四轮独立驱动电动汽车最小转弯能耗转矩优化控制研究

发布时间：2020-11-08 13:03

　　 与传统内燃机驱动的车辆相比,新能源和混合动力汽车以其低能耗和低污染,成为目前汽车领域的一个重要研究方向。在新能源汽车的众多构型中,各个车轮分别由电机驱动的四轮独立驱动电动汽车,由于其空间布置灵活,转矩解耦,以及驱动模式多样化而日益受到学者们的关注。四轮独立驱动电动汽车的一个关键控制技术,就是各个车轮的转矩优化控制,而目前大多数的研究都停留在利用转矩差所产生的直接横摆力矩来提高车辆的侧向稳定性,从而提高车辆的操纵稳定性。本文主要着眼于转矩优化控制对车辆弯道工况的能耗影响,旨在利用转矩定向分配控制策略实现车辆弯道工况的最小转弯能耗的需求,有效的提高整车经济性。本文首先利用MATLAB/Simulink仿真软件,搭建了四轮独立驱动电动汽车车辆动力学模型、轮毂电机模型和驾驶员模型等,并利用现有商用软件CarSim对模型的准确度进行了验证,为后文的理论分析及仿真试验提供了可靠的仿真平台。为了从原理上说明车辆转弯的受力机理,本文利用三自由度车辆动力学模型进行了建立了车辆的运动微分方程,基于转弯降速现象,说明了转弯阻力的产生机理和影响因素,同时提出了通过转矩定向分配控制技术来抑制转弯阻力的控制方法。本文通过仿真分析,验证了转弯阻力的存在以及其对车辆动力性和能耗的影响。通过研究发现车速和前轮转角是对转弯阻力影响最大的两个因素。通过仿真验证,可以清楚的说明采用转矩定向分配控制技术,主动的调节车辆内外侧车轮的驱动转矩,在不改变车辆的行驶状态的同时,可以有效的降低车辆的转弯阻力,从而降低车辆驱动的需求功率,实现节能控制。本文还对比了车辆不同驱动模式下的能耗情况,明确了车辆转弯工况下的前轮模式受到的转弯阻力小。本文还通过仿真验证,证明了转矩定向分配控制技术可以改变车辆的转弯特性,有效的改善车辆的转向不足特性,提高车辆的转弯机动性。为了确定弯道工况以经济性为目标的转矩轴间分配系数k,前轴内外侧车轮转矩分配系数k_f和后轴内外侧车轮转矩分配系数k_r,本文采用遗传粒子群混合优化算法,综合考虑弯道工况经济性和稳定性的影响,构建了最小转弯能耗的转矩优化控制策略,对转矩分配系数进行离线优化,制定出了基于车辆动力学模型的最小转弯能耗转矩分配系数表,同时本文确定出了不同弯道工况的转矩优化控制的最佳节能贡献度。为了进一步说明最小转弯能耗转矩优化控制策略在实际工作中的应用价值,本文还考虑了电机工作点对转矩分配系数的影响,并通过离线优化制定出了基于电机工作点的转弯节能转矩分配系数表。本文在对车辆弯道工况进行以节能为目的的转矩优化控制的同时,还综合考虑了车辆弯道工况路面附着系数和侧向扰动所带来的稳定性影响。通过车速估计制定出了自适应防滑驱动控制策略;同时,对基于效率分配可能引起的车辆失稳情况,通过横摆角速度控制,设计了防止车辆侧滑失稳的转矩定向分配控制策略。综合考虑车辆转弯节能和操纵稳定的转矩需求,实现离线优化表的在线修正,进而实现节能与稳定性的转矩协调控制本文最后采用dSPACE和驾驶模拟器等搭建的硬件在环试验平台,采用驾驶员在环的方式,进行了常见弯道工况和综合工况的硬件在环试验,重点关注车辆在弯道工况的转矩分配情况和经济性,验证了本文所提出的最小转弯能耗转矩优化控制策略的可行性和实际应用价值。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U469.72
【部分图文】：

第1章 绪论 论文选题的背景1 新能源汽车发展现状能源供给和环境保护是目前人类社会可持续发展所面临的两大难题。汽车模使用的交通工具，在全球终端能源消耗中占据着重要的地位[1]。2009 年产销量就已经突破千万辆（1350 万），成为全球第一大市场。但由此带来染问题也不容小觑，42%大气污染来自交通部分，其中大城市比例高达 《BP 能源统计年鉴（2017 版）》中国已经成为世界上第一大能源消费国成为了仅次于美国的全球第二大石油消费国[2]。如下图 1.1 所示，二十一，全球的石油消耗量呈现出整体的逐年增多的趋势，中国也从 2000 年的/日增长超过两倍，达到 2016 年的 12761 千桶/日。

总保有量达到 1350 万辆。德国经济部、交通部、环境部和教育研发部等政府部门共同负责组织实施国家电动汽车发展计划。2016 年 9 月，德国联邦经济能源部发布了《促进电动汽车销售政策（环境补贴）》，希望通过加大政策力度实现到 2020 年在用电动汽车达到 10万辆的目标。我国为了缓解能源和环境的压力，于 2012 年推出了《节能与新能源汽车发展规划》（2012~2020 年）。经过连续数年的高速增长，截至 2016 年，全球新能源乘用车销售 77.4 万辆，其中，中国销售 33.6 万辆，成为全球新能源车辆销量第一的国家[4]。2016 年新能源乘用车在各国的销售情况，如图 1.2 所示。

混合动力、纯电动和燃料电池等多种新能源车型[13],[14]。电动汽车的四轮独立驱动系统，通常采用四个独立的电机分别驱动车辆的，从而实现四个车轮的转矩解耦，车轮之间没有机械连接，从而实现独立车轮运动状态的目的[15],[16]。目前常见的电动汽车电机的驱动方案如下图电机与车轮之间通常采用轴式连接的轮边驱动，如下图 1.4(a)所示，或由接布置于车辆轮毂内的轮毂电机驱动，如下图 1.4 (b)，有些车轮还带有轮等机构。这种由电机直接驱动车轮的驱动系统称为电动轮驱动系统。(a) 单个集中式电机 (b) 多个集中式电机
【参考文献】

相关期刊论文 前6条

1 刘吉超;陈阳舟;;基于GA-PSO混合优化的BPNN车速预测方法[J];交通运输系统工程与信息;2017年06期

2 陈哲明;张博涵;陈宝;付江华;;独立驱动电动汽车驱动防滑控制的优化研究[J];机械设计与制造;2017年11期

3 李玲;施树明;王宪彬;张向东;;滚动阻力对车辆运动稳定性的影响分析[J];汽车工程;2017年04期

4 王军年;刘健;初亮;王庆年;吴坚;;电动汽车驱动电机结构参数优化设计[J];交通运输工程学报;2016年06期

5 孙文;王军年;王庆年;靳立强;宋传学;;电动轮驱动系统结构设计与仿真研究[J];汽车工程;2016年03期

6 高玉明;张仁津;;一种GA-PSO算法优化BP网络的网络流量预测[J];计算机应用与软件;2014年04期

本文编号：2874825