四轮驱动轮毂电机驱动系统研究

发布时间：2020-06-20 00:49

【摘要】：汽车工业发展日新月异,环境保护意识也日益提高,传统汽车的尾气排放与当今的环境保护成为越来越突出的矛盾,以电动汽车为代表的新能源汽车成为解决汽车工业的发展与低碳节能环保之间矛盾的突破口。四轮独立驱动的电动汽车因为其结构及性能的优越性成为电动汽车发展的重点方面。该车型的驱动电机一般为无刷直流电机,直接安装在车轮的轮毂中随车轮一同转动,因此也称为轮毂电机。驱动控制系统是指如何控制四台轮毂电机协调动作,满足用户的用车需求和体验,同时也是发挥四轮独立驱动特性的关键技术,正因为如此,四轮驱动电动汽车驱动系统研究成为当今汽车行业研究的热点之一。基于此,本文进行了四轮驱动电动汽车的轮毂电机驱动系统的研究,所研究的驱动电机控制系统要求电机必须满足精度高、响应快、鲁棒性好等要求。在此方针下,本文作了研究如下的研究工作:在绪论中,文章首先研究了电动汽车的国内外发展现状,在电动汽车的研究基础上又讨论了四轮驱动轮毂电机驱动技术的发展现状,在此基础上,对电动汽车采用的无刷直流电机进行研究并介绍了控制电机的PID控制算法原理,根据PID控制参数整定的研究现状提出自动整定的方法并在此基础上提出让群智能算法介入自动整定参数。其次,基于汽车运动学原理建立了四轮驱动电动汽车的数学模型,再采用Simulink平台建立了了四轮驱动电动汽车的仿真模型,此模型下电机按照其电压量与转速关系的外特性建立。整车模型在CYC-1015及EUDC工况下仿真,仿真结果表明所研究的四轮驱动电动汽车是可以适应不同工况的行驶要求得,这为侧重研究轮毂电机驱动系统控制奠定了基础。在掌握整车动态特性后着重对以无刷直流电机为代表的轮毂电机进行了研究,基于电机理论建立了无刷直流电机的数学模型。为了进一步研究无刷直流电机的运动特性本课题先后采用梯形波控制法及矢量控制法在Simulink建立仿真模型并进行仿真分析。仿真结果表明所研究的无刷直流电机模型能够正确反映电机运行状态并能积极响应外部载荷。为了提高轮毂电机驱动系统的控制性能,采用萤火虫优化算法对PID控制器的控制参数进行优化,从而设计了GSO-PID算法模型并采用Simulink进行仿真实验,实验结果得到了萤火虫优化算法能够正确找出PID控制参数的结果,表明在PID参数整定领域应用群智能优化算法是可行的。采用STM32单片机为中央控制器(CPU),在此基础上研究并设计了功率控制单元和功率控制芯片;研究并编写了控制程序,完成了一整套驱动控制系统的设计。基于所设计的驱动系统搭建了台架并进行了台架试验。从试验所得的数据表明PID控制参数能够使电机运行稳定并且响应迅速,也从另一个方面表明萤火虫算法寻优PID控制器参数具有实际应用价值。
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72
【图文】：

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燃料电池汽车的燃料电池使用的是铂做电池材储量非常有限，因此也不宜推广。纯电动汽车只有电无需使用石油、不排放任何废气，是最理想的汽车类型用电动机取代发动机，仍然保留变速器等传动系统，机以也不是最理想的纯电动汽车结构形式；轮毂电机四轮机与汽车车轮合为一体，将汽车的轮毂视为电机转子，这种结构很大程度上简化了汽车结构，是非常理想的先设计一款四轮独立驱动电动汽车，建立各系统数学模 CYC_1015 工况和 CYC_EUDC 工况进行仿真试验[30]。统结构及工作原理图 2-1 所示，本文研究的四轮独立驱动电动汽车包括电

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基于 Matlab/Simulink 环境搭建 Simulink 仿真模型；最后在建立的仿真模型据上一章内容设置好相应的控制参数进行仿真试验。无刷直流电机结构及驱动原理1 无刷直流电机基本结构无刷直流电机有别于有刷电机：无换向器，具有使用范围广、维护方便、结单等特点。电动汽车用轮毂电机所用的无刷直流电机体现形式为外转子内定，它由电机本体和驱动器组成。定子的三相绕组安装在电机内部，转子与永合为一体，为了检测电机转子极性，电机内设位置传感器，也即霍尔传感器。器是电机与控制器的中间单元，其功能丰富又不可缺少：自上接收信号流提供能量流；自下还接收电机反馈信号流；自身还可具有保护和显示等功能无刷直流电机的结构如图 3-1 所示。

【参考文献】