电动轮驱动汽车多重耦合建模与底盘协同控制

发布时间：2020-11-06 06:19

　　 电动轮驱动汽车各驱动轮的转速和转矩可以单独控制,从而使整车具备优越的空间稳定性控制潜力,相关研究已经成为汽车动力学领域的研究热点。目前,上述研究主要集中于驱动轮力矩分配等上层控制策略,针对底层执行系统控制的研究较少。本文对电动轮驱动车辆的运行工况及性能约束进行分析,搭建动力学模型;优化系统结构、研制试验样车并进行实车验证;设计底盘协同控制策略,采用多种控制算法进行整车横摆-侧倾稳定性控制。本文主要内容包括:(1)结合电动轮驱动汽车的结构特点和行驶工况,建立15自由度整车模型,对悬架-转向-轮毂电机系统动力学耦合特性进行分析;搭建CarSim/Simulink仿真平台,通过多工况仿真分析,客观评价轮毂电机引入对整车操稳性和平顺性的影响。(2)针对轮毂电机结构导致转向系统性能退化和平顺性恶化问题,改进悬架结构;进行悬架-转向系统多目标优化设计,在此基础上研制电动轮驱动汽车试验平台,通过实车试验对转向性、操稳性和平顺性进行验证。(3)由于整车质量分布关系导致簧载质量和非簧载质量比值很小,使整车平顺性显著恶化,为此,基于直线电机,设计馈能型主动悬架系统以及调理电路;以能耗最低和平顺性最优为控制目标,利用LQG算法,设计最优控制器;通过仿真试验和对比验证馈能型主动悬架在改善电动轮汽车行驶平顺性和提高整车能耗方面的有效性。(4)在整车动力学分析和子系统验证的基础上,制定底盘分层协同控制策略。利用差动驱动、主动悬架和双重转向原理,以轮胎力和整车动力学为约束条件,采用优化算法进行执行器的作动力和力矩分配,采用复合控制方法和滑模控制方法实现车辆横摆和侧倾稳定性协同控制;通过Carsim和MATLAB/Simulink联合仿真验证了控制策略的有效性。本文基于理论分析和实车试验相结合的方法,实现电动轮驱动汽车底层执行系统协同控制,为上层控制策略的实施奠定了基础,对于相关研究具有理论参考价值和工程应用意义。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U469.72
【部分图文】：

图2-9 轮毂电机转速-转矩特性为了提高建模精度，本文提出考虑饱和作用的电机力矩响应模型，如图 2-10 所示。图2-10 轮毂电机仿真模型0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600020406080100120140160180200转速 (r/min)转矩/Nm

2.2.5 电机助力转向系统模型电动助力转向系统由转向盘、转向输入轴、转向输出轴、齿条、助力电机、转矩转角传感器以及控制器等零部件构成。将系统模型进行适当简化，得到如图2-13所示的简化模型。图2-13 电动助力转向模型电动轮汽车转向系统阻力矩由外力矩和内力矩构成，其中，外力矩由差动驱动附加力矩、重力回正阻力矩和侧向力回正阻力矩构成。转向系统内部阻力矩由三部

最主要的影响是导致主销横向偏移距增大，转向阻力矩增大，动态行驶时对侧向力很敏感，高速稳定性变差，验证影响车辆操纵性和安全性。本文所采用的双节臂式悬架系统如图3-1所示。可以使虚拟铰接点位于轮内，保证主销下点的位置合理，使得控制臂与转向节的实际铰接点仍在轮外，不与车轮产生干涉，满足轮毂电机的安装要求。使得悬架主销位置设置更加灵活，不局限于物理结构约束，即提供轮内空间，又保证主销参数和车辆轮距等整体参数。图3-1 双节臂悬架结构原理本车转向采用电机助力型机械转向系统，利用优化技术设计转向梯形，要求能够满足操稳性要求同时和悬架及车身不产生干涉。本车架的设计需要达到两个要求：一是满足整车刚度和强度要求，保证承受一定强度的路面冲击；二是空间布局合理，能够布置下座椅、电池、悬架等各种机械系统和附件。利用Adams/Car建立整车虚拟样机如图3-2所示。
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本文编号：2872766