四轮驱动电动汽车驱动力分配与防滑控制研究

发布时间：2020-10-10 04:20

　　电动汽车作为未来交通出行的主要平台在世界范围内受到越来越多的关注,其零排放的特性符合能源利用绿色清洁化的大趋势。区别于传统集中驱动式电动汽车,分布式驱动电动汽车的独特构型使其不仅具有电动汽车力矩精确可控、响应速度快的特点,还拥有更大的控制自由度,可实现单轮层面的力矩控制。上述的这些特点使其动力学控制成为近年来的研究热点。本文以轮毂四驱电动汽车为研究对象,充分利用其驱动控制优势,对驱动力分配与驱动防滑技术展开研究,在传统的动力学控制基础之上探索更多可能性。首先,本文阐述了分布式驱动电动汽车的发展与当前驱动力控制研究现状。根据轮毂四驱电动汽车构型特点确定了动力学模型架构,在CarSim环境下基于传统车模型根据实车参数匹配改装完成了动力学仿真车体模型,之后在Simulink下搭建电机模型与驾驶员模型,为后面策略仿真验证建立基础。其次,对常规工况下驱动力分配策略展开研究。本文驱动力分配研究立足于汽车日常稳定行驶过程,以改善转向操纵性为主要内容,确定了以提高横摆角速度稳态及瞬态响应为目标的驱动力分配策略。驱动力前后轴分配主要影响横摆角速度稳态响应,所以将其作为改善横摆角速度稳态响应的主要分配方法进行了研究。将横摆角速度瞬态响应过程看做二阶系统,调节固有频率与阻尼比以设计理想目标,通过左右电机差动扭矩形成直接横摆力矩进行控制,最终实现了横摆角速度动态性能的改善。然后,对驱动防滑控制进行研究。影响驱动防滑控制效果的关键是路面最优滑转率识别。本文利用-曲线中最优滑转率与最大利用附着系数关系特性进行路面识别,后结合模糊逻辑推理匹配路面类型进行修正。基于路面识别结果进行驱动防滑PI控制,并加入前馈补偿环节以减小滑转率控制超调,同时对PI控制参数进行了模糊自整定以适应不同路面类型。在单轮层面的防滑控制后同样需要考虑整车层面滑转力矩的协调问题,由于车轮发生滑转后会影响整车行驶的动力性与稳定性,所以根据不同滑转工况制定了相应的滑转力矩动态补偿逻辑。本文最后提出了分层式的动力学控制架构,实现了驱动力分配与驱动防滑的集成控制,其中在低附作路面下决策的过大的差扭横摆力矩极易引起汽车侧滑,根据摩擦椭圆原理考虑轮胎附着能力对差扭驱动力分配进行了优化。最后,对驱动力分配与驱动防滑策略进行了离线仿真验证与实车试验。离线仿真时为精确辨识横摆角速度频率特性建立了基于ARMAX模型的辨识算法。受制于试验条件的限制,实车试验主要对差扭驱动力分配进行验证,主要包括差扭控制实车应用中的功能安全性、连续转向时方向盘转角使用程度及转向瞬态响应三个层面。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U469.72
【部分图文】：

轮毂电机,驱动系统,公司

该车区别于前车最大特点就是采用机械制动与电机制动年，最高时速达 311km/h 的轿车 KAZ 研发成功，其采用了 8 。同时期，东京大学的轮毂驱动电动汽车-“UOT Electricric March II”也相继研发成功。除了大学，国外传统车企也的研发工作，三菱汽车公司将量产车“Lancer Evolution”传动装置，加装了四个轮毂电机，在 2005 年低 39 届东京动汽车。2003 年，美国通用汽车公司开发了一款两轮轮毂电在之后的 2005 年，其又开发出四轮轮毂驱动电动汽车 Seq供能源，并能进行制动能量回收。美国底特律的 Protean E轮毂电机生产商之一，其轮毂电机集成了逆变器等电子电直接相连，无需减速器等机构，重量和体积大大减小，其矩 1250Nm，完全满足一般汽车动力性要求。

分层式,横摆,控制方案,文献

配策略将运动总力分配至四个车轮上。在角阶跃试验中，横摆角速控制前期出现很大幅度震荡，而有约束的终端滑模控制在整个过程，且很快逼近理性特性。验证了终端滑模控制相比于普通滑模控制限时间快速收敛的特点[11]。大学熊璐团队也对四驱电动汽车稳定性横摆控制进行了很多探索。的控制结构，上层运动控制器输出纵向加速需求力矩与经过线性二方法）决策出的横摆力矩。最后将上述控制合力经过力矩分配器采乘法优化分配[12][13]。大学的任秉韬针对轮毂驱动过约束控制系统特点设计了分层式的稳虑到轮胎侧偏力非线性特性的影响，采用非线性三步法设计了上层路面附着饱和与轮毂电机驱动能力约束，建立了基于 MPC 滚动优最优分配器，经试验验证算法具有一定的实时性能[14]。

主界面,仿真环境,汽车动力学仿真

第 2 章四驱轮毂驱动电动汽车动力学建模2.2 CarSim 仿真环境及接口设置（1）CarSim 仿真环境 CarSim 作为一款成熟的汽车动力学仿真软件，具有仿真精度高、界面友好、运行稳定的特点[22]。图 2.2 是 CarSim 仿真主界面，提供了供用户选择的汽车配置功能、仿真工况选择、联合仿真接口设置、仿真参数曲线显示及仿真 3D 动画演示。

【参考文献】