纯电动四轮独立驱动汽车整车控制器开发
发布时间：2020-09-14 20:41
分布式驱动电动汽车以直接转矩控制等优点被广泛关注与研究,而电池、电机与电控是电动汽车研发的三大关键技术。本文研究依托于国家自然科学基金面上项目(51375086)“四轮独立电动轮直驱汽车底盘系统机电耦合摆振控制”,针对电控技术进行研究,基于四轮独立驱动的纯电动汽车设计了一款整车控制器(Vehicle Control Unit,VCU),以实现整车安全可靠的运行。首先,根据整车控制器需求确定整车控制系统框架,参考AUTOSAR架构完成了VCU的软硬件框架定义。使用基于模型的V流程开发方法,通过快速控制原型平台完成控制器软件的开发。基于SAE J1939协议,对整车CAN通信网络进行开发。搭建整车电子底盘,完成外围电路设计与线路布置。最终设计实车实验对整车控制器与整车控制系统各项功能进行验证,实验结果符合设计要求。本文主要工作如下:(1)根据整车设计指标,完成整车控制器与控制系统的总体方案设计。分析纯电动汽车技术指标与设计要求,确定整车控制器的功能需求。设计整车控制系统框架,明确各子控制器、传感器、执行器以及整车通信的技术要求。(2)对整车控制策略进行设计。首先,根据电动汽车运行工况对整车工作模式进行划分,设计工作模式间的跳转逻辑。设计转矩需求解析策略,根据驾驶员输入与整车状态确定输出转矩。在整车安全上,从软件与硬件层面对高压安全进行设计。(3)通过CAN网络实现整车控制器与子控制器和传感器等的通信。基于SAE J1939协议,对整车通信分别从物理层、数据链路层和网络应用层进行设计,为整车通信设定完整的通信协议,保证整车通信的可靠性、可读性与可扩展性。(4)基于Woodward/MotoHawk快速控制原型平台在MATLAB/Simulink/Stateflow下完成整车控制器模型的搭建。根据使用工况完成I/O引脚的初始化配置以及数据预处理。利用Stateflow搭建工作模式状态机,实现整车各工作模式的定义与跳转,和各工作模式下对执行器的控制。搭建转矩需求模块,考虑踏板开度、电池SOC、电池和电机温度等因素计算整车转矩需求。编写m文件完成CAN协议的封装,实现CAN报文的解析与打包。(5)完成整车电子底盘各电气器件的布置。对传感器、执行器和各子系统等进行布置,为相应电气器件设计外围电路,并完成整车强弱电电气线路的布置。设计人机交互界面,实现整车运行状态的实时显示,以及驾驶员对整车控制参数的标定与设定。(6)设计实车实验对整车控制器与控制系统进行验证。直线加速实验验证了整车设计功能正常,VCU与电机、电池系统协调工作。通过差速转向与差动转向实验验证了电动汽车实验平台设计要求,且验证了差速转向的合理性与差动转向的可行性。通过以上工作,完成了整车控制器的设计到验证,实验结果表明该整车控制器符合设计要求。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U469.72
【部分图文】：
纯电动汽车根据驱动方式可分为集中式驱动与分布式驱动。集中式驱动电动汽车直接将内燃机替换为驱动电机，如图 1-1 所示。其优点在于与传统汽车布局类似，设计中可沿用传统汽车思路，与传统内燃机汽车在传动系统和底盘系统上具有较好的继承性，需要改动的内容较少；但其缺点在于，动力由驱动电机发出后仍需经过减速器等机械传动装置传递至驱动轮，机械效率损失难以避免，且不便进行复杂的车辆动力学控制。分布式驱动可根据电机的布置分为轮边驱动和轮毂驱动。轮边驱动电动汽车在轮轴附近的车架上添加四个电机，经由减速器将动力传递给车轮，如图 1-2 所示。其优点在于可对四轮独立驱动，分别控制其转矩以实现复杂的车辆动力学控制，且传动链短机械效率较高；缺点在于减速器会使传动效率有所损失，且电机的布置空间较小，容易与车辆悬架部件出现干涉，限制了悬架设计的自由度。轮毂驱动电动汽车直接在四个驱动轮上安装轮毂电机，如图 1-3 所示。其具有转矩独立可控，转速转矩易测量，响应速度快，传动效率高等优点，且四轮驱动制动力矩可任意分配，可实现车辆动力学关注的各种优化控制，还具有结构紧凑、底盘布置灵活的优点；但缺点在于簧下质量增加，对悬架设计要求更高[3]。
图1-2分布式轮边驱动
纯电动汽车根据驱动方式可分为集中式驱动与分布式驱动。集中式驱动电动汽车直接将内燃机替换为驱动电机，如图 1-1 所示。其优点在于与传统汽车布局类似，设计中可沿用传统汽车思路，与传统内燃机汽车在传动系统和底盘系统上具有较好的继承性，需要改动的内容较少；但其缺点在于，动力由驱动电机发出后仍需经过减速器等机械传动装置传递至驱动轮，机械效率损失难以避免，且不便进行复杂的车辆动力学控制。分布式驱动可根据电机的布置分为轮边驱动和轮毂驱动。轮边驱动电动汽车在轮轴附近的车架上添加四个电机，经由减速器将动力传递给车轮，如图 1-2 所示。其优点在于可对四轮独立驱动，分别控制其转矩以实现复杂的车辆动力学控制，且传动链短机械效率较高；缺点在于减速器会使传动效率有所损失，且电机的布置空间较小，容易与车辆悬架部件出现干涉，限制了悬架设计的自由度。轮毂驱动电动汽车直接在四个驱动轮上安装轮毂电机，如图 1-3 所示。其具有转矩独立可控，转速转矩易测量，响应速度快，传动效率高等优点，且四轮驱动制动力矩可任意分配，可实现车辆动力学关注的各种优化控制，还具有结构紧凑、底盘布置灵活的优点；但缺点在于簧下质量增加，对悬架设计要求更高[3]。
本文编号：2818624
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U469.72
【部分图文】：
纯电动汽车根据驱动方式可分为集中式驱动与分布式驱动。集中式驱动电动汽车直接将内燃机替换为驱动电机，如图 1-1 所示。其优点在于与传统汽车布局类似，设计中可沿用传统汽车思路，与传统内燃机汽车在传动系统和底盘系统上具有较好的继承性，需要改动的内容较少；但其缺点在于，动力由驱动电机发出后仍需经过减速器等机械传动装置传递至驱动轮，机械效率损失难以避免，且不便进行复杂的车辆动力学控制。分布式驱动可根据电机的布置分为轮边驱动和轮毂驱动。轮边驱动电动汽车在轮轴附近的车架上添加四个电机，经由减速器将动力传递给车轮，如图 1-2 所示。其优点在于可对四轮独立驱动，分别控制其转矩以实现复杂的车辆动力学控制，且传动链短机械效率较高；缺点在于减速器会使传动效率有所损失，且电机的布置空间较小，容易与车辆悬架部件出现干涉，限制了悬架设计的自由度。轮毂驱动电动汽车直接在四个驱动轮上安装轮毂电机，如图 1-3 所示。其具有转矩独立可控，转速转矩易测量，响应速度快，传动效率高等优点，且四轮驱动制动力矩可任意分配，可实现车辆动力学关注的各种优化控制，还具有结构紧凑、底盘布置灵活的优点；但缺点在于簧下质量增加，对悬架设计要求更高[3]。
图1-2分布式轮边驱动
纯电动汽车根据驱动方式可分为集中式驱动与分布式驱动。集中式驱动电动汽车直接将内燃机替换为驱动电机，如图 1-1 所示。其优点在于与传统汽车布局类似，设计中可沿用传统汽车思路，与传统内燃机汽车在传动系统和底盘系统上具有较好的继承性，需要改动的内容较少；但其缺点在于，动力由驱动电机发出后仍需经过减速器等机械传动装置传递至驱动轮，机械效率损失难以避免，且不便进行复杂的车辆动力学控制。分布式驱动可根据电机的布置分为轮边驱动和轮毂驱动。轮边驱动电动汽车在轮轴附近的车架上添加四个电机，经由减速器将动力传递给车轮，如图 1-2 所示。其优点在于可对四轮独立驱动，分别控制其转矩以实现复杂的车辆动力学控制，且传动链短机械效率较高；缺点在于减速器会使传动效率有所损失，且电机的布置空间较小，容易与车辆悬架部件出现干涉，限制了悬架设计的自由度。轮毂驱动电动汽车直接在四个驱动轮上安装轮毂电机，如图 1-3 所示。其具有转矩独立可控，转速转矩易测量，响应速度快，传动效率高等优点，且四轮驱动制动力矩可任意分配，可实现车辆动力学关注的各种优化控制，还具有结构紧凑、底盘布置灵活的优点；但缺点在于簧下质量增加，对悬架设计要求更高[3]。
【参考文献】
相关博士学位论文 前3条
1 孙伟;基于主动轮系统的电动汽车整车动力学分析与集成控制[D];重庆大学;2015年
2 李刚;线控四轮独立驱动轮毂电机电动汽车稳定性与节能控制研究[D];吉林大学;2013年
3 谷靖;四轮驱动微型电动车整车控制[D];清华大学;2012年
本文编号：2818624
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