分布式驱动电动汽车关键状态参数观测方法研究

发布时间：2020-08-05 08:16

【摘要】：本文依托于国家自然科学基金项目“分布式驱动电动汽车动力学仿真软件集成开发与应用”。以轮毂电机驱动的分布式电动汽车为研究对象,从车辆系统动力学及其控制原理出发,构建了分布式驱动电动汽车七自由度车辆模型。设计了基于无轨卡尔滤波理论的车辆状态观测器。并且搭建Simulink和Carsim联合仿真平台、车辆状态量测试系统与轮毂电机驱动试验样车。本文的主要研究内容如下:(1)建立联合仿真平台本文基于Simulink和Carsim软件搭建了包含Simulink电机模型与Carsim车辆模型的分布式驱动电动汽车联合仿真平台。通过断开CarSim传统内燃机汽车模型的动力源,然后接入Simulink电机模型,搭建分布式驱动电动汽车Simulink和CarSim联合仿真平台,并通过联合仿真实验对模型进行了验证。双移线实验工况与蛇形绕桩实验工况联合仿真表明,Carsim车辆模型和Simulink电机模型均具有良好的响应特性。该联合仿真平台为后续的对分布式驱动电动汽车车辆状态估计奠定了基础。(2)建立七自由度车辆模型与设计车辆状态观测器在分布式驱动电动汽车Simulink和CarSim联合仿真平台的基础上,通过Simulink软件构建了包含纵向、横向、横摆以及四个车轮的转动等7自由度的非线性车辆动力学模型,利用Simulink七自由度车辆动力学模型和CarSim车辆模型进行对比验证。在设计无轨卡尔曼滤波状态观测器时,以转向盘转角、分布式电动汽车轮毂电机转矩及各轮轮速等易测信号为输入量,对纵向车速、横向车速、横摆角速度以及纵、横向加速度等车辆关键参数进行估计。最后,选取高附着系数双移线工况和低附着系数双移线工况对观测器进行仿真实验。仿真结果:在高附着系数路面时,其状态估计的绝对误差在0.15%以内;在低附着系数路面时,其状态估计的绝对误差在0.2%以内。表明所建的车辆动力学模型是准确有效,能实时反应车辆行驶过程中的状态;所设计的参数观测器观测误差小、估计精度高。(3)搭建车辆状态量测试系统本文需要测量的变量有轮毂电机转矩、方向盘转角、四个车轮的轮速以及待估计的关键状态量(纵向车速、横向车速、横摆角速度、纵向加速度和横向加速度)。由于轮毂电机转矩不易测得,故转化为测量轮毂电机的电流和电压;而轮毂电机的电流和电压则通过自主设计的电流、电压信号采集装置测得;方向盘转角信号通过加装在汽车原方向盘上的测力方向盘测得。轮速信号是通过安装在车轴转动部分的齿圈与安装在非转动部分的轮速传感器之间的相对运动得到的;待估计的关键状态量则通过姿态方位组合导航系统(产品型号:XW-ADU5630)测得。该系统主要由高精度的MEMS陀螺和加速度计以及姿态测量算法组成。(4)关键状态参数观测方法的实验验证试验样车的制作是在某国产电动汽车的基础上进行改装而成。将原有的前置前驱驱动形式改为四轮独立驱动形式。对前后悬架的转向节、下控制臂、减振器、制动器进行了改造,以方便驱动电机的安装。轮毂驱动电机总成与悬架系统装配合理,解决了通常安装轮毂驱动电机所带来的轮距增大和簧下质量增加难题。从而保证试验样车在场地实车实验过程中的安全性和良好的运动特性。
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72
【图文】：

逦（ｂ）轮边驱动逦（ｃ）轮毅驱动逡逑图１．１纯电动汽车驱动系统典型结构形式逡逑１．１．２轮毂电机电动汽车国内外发展历程逡逑在１９００年，费迪南德？保时捷制造出两个前轮为轮毂电机的电动汽车Ｍ，如图Ｌ２所逡逑示。美国军方曾与通用达成合作，并于在２０世纪初致力研发出了以轮毂电机驱动的全逡逑路况“悍马”特种车辆（如图１．３所示）。最近几年来，双方又促进合作，并开发了先逡逑进的地面机动车辆ＡＧＭＶ邋（如图１．４所示）。逡逑ｍｍ逡逑图１．２保时捷制造的轮z@电机前轮驱动电动汽车逡逑，＇逦１ＯＴＣ逡逑图１．３焊马越野车逦图１．４美军战车ＡＧＭＶ逡逑日本在轮毂电机驱动汽车研宄方面起步较早，上世纪９０年代末，日本丰田汽车公逡逑２逡逑

逦（ｂ）轮边驱动逦（ｃ）轮毅驱动逡逑图１．１纯电动汽车驱动系统典型结构形式逡逑１．１．２轮毂电机电动汽车国内外发展历程逡逑在１９００年，费迪南德？保时捷制造出两个前轮为轮毂电机的电动汽车Ｍ，如图Ｌ２所逡逑示。美国军方曾与通用达成合作，并于在２０世纪初致力研发出了以轮毂电机驱动的全逡逑路况“悍马”特种车辆（如图１．３所示）。最近几年来，双方又促进合作，并开发了先逡逑进的地面机动车辆ＡＧＭＶ邋（如图１．４所示）。逡逑ｍｍ逡逑图１．２保时捷制造的轮z@电机前轮驱动电动汽车逡逑，＇逦１ＯＴＣ逡逑图１．３焊马越野车逦图１．４美军战车ＡＧＭＶ逡逑日本在轮毂电机驱动汽车研宄方面起步较早，上世纪９０年代末，日本丰田汽车公逡逑２逡逑

在１９００年，费迪南德？保时捷制造出两个前轮为轮毂电机的电动汽车Ｍ，如图Ｌ２所逡逑示。美国军方曾与通用达成合作，并于在２０世纪初致力研发出了以轮毂电机驱动的全逡逑路况“悍马”特种车辆（如图１．３所示）。最近几年来，双方又促进合作，并开发了先逡逑进的地面机动车辆ＡＧＭＶ邋（如图１．４所示）。逡逑ｍｍ逡逑图１．２保时捷制造的轮z@电机前轮驱动电动汽车逡逑，＇逦１ＯＴＣ逡逑图１．３焊马越野车逦图１．４美军战车ＡＧＭＶ逡逑日本在轮毂电机驱动汽车研宄方面起步较早，上世纪９０年代末，日本丰田汽车公逡逑２逡逑

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本文编号：2781274