基于模型预测控制的电动汽车纵横垂向力集成控制研究
发布时间：2021-04-12 06:12
当前,由于能源危机和环境污染,电动汽车成为了汽车研究领域的热点。分布式电动汽车具有四轮独立可控、电机响应快等优势,对底盘电控系统的开发带来了许多机遇和挑战。底盘电控系统主要是通过对车辆的轮毂电机、悬架、转向电机的控制,全面提升车辆的驱动制动性能、操纵性能和舒适性能。车辆的动力学系统是一个强耦合非线性的系统,车辆在一些极端工况下,由于动力学之间的耦合关系,不能简单的对底盘电控系统进行分散控制,这势必会使执行器子系统之间产生冲突,因此,对车辆底盘控制系统的集成控制是十分必要的。本文基于六自由度车身动力学模型,设计了基于非线性模型预测控制（Nonlinear Model Predictive Control,NMPC）的车身运动控制器,采用粒子群的算法进行MPC优化求解,得到了车辆合力与合力矩,同时考虑了轮胎负荷系数和执行器约束条件等设计了轮胎力分配器,从而将合力与合力矩优化得到合理的轮胎纵向力、侧向力和垂向力。具体工作内容如下:首先介绍了电动汽车的研究背景和研究意义,并且说明底盘控制的重要性。总结归纳了电动汽车纵横向、纵垂向、横垂向和纵横垂向力控制领域的研究现状,通过对底盘电控领域的现状进...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球电动汽车保有量作为工业革命后引入的新兴技术，电动汽车已经存在了100多年
第1章绪论3着眼于电动汽车的技术发展，对电动汽车底盘电控技术展开研究，全球电动汽车保有量如图1.1所示。图1.1全球电动汽车保有量作为工业革命后引入的新兴技术，电动汽车已经存在了100多年。第一辆实用的电动汽车由托马斯·帕克（ThomasParker）于1884年发明。早期电动汽车的另一个著名例子是费迪南德·保时捷（FerdinandPorsche）的电动汽车，该电动汽车于1899年在德国制造。与当时的蒸汽和汽油发动机相比，电动汽车安静，易于驾驶并且没有散发出浓烈的污染物。在亨利·福特（HenryFord）通过新的大规模生产工艺开发出ModelT之前，电动汽车制造商在20世纪20年代取得了一定程度的成功，当时美国生产的车辆中有28％是电动汽车。然而，由于电动汽车的高价格和燃油车辆的快速发展，电动汽车的推广速度有所放缓。从21世纪初开始，由于环境污染和能源相关问题，电动汽车的研究得到了加速。随着政府和汽车行业的参与，相关基础设施和电动汽车技术得到了改善。2016年，电动汽车的全球销量达到一百万，2018年全球轻型电动汽车和插电式混合动力汽车的销量超过五百万。大众、梅赛德斯和福特等著名汽车制造商初步实现了对电动汽车的推广。英国Protean公司是电驱动汽车驱动系统领域的权威企业，与Pannonporto公司共同推出了轮毂电机驱动的纯电动汽车，并将轮毂电机结构图和概念车示意图公布在官网proteanelectric.com上，如图1.2所示[8]。图1.2Protean公司轮毂电机及开发样车
吉林大学硕士学位论文12车辆的驱动和制动条件下车辆的动力学性能，也就是车辆在直线行驶工况下车辆的运动和控制，即汽车的纵向运动与其受力的关系。最后通过车辆的加速时间，最高车速，轮胎滑移率，制动距离等指标评价车辆纵向动力学性能。车辆在紧急制动的情况下，车身会产生俯仰运动（即绕Y轴方向），会造成轮胎负载的前后轮转移，对乘坐舒适性也产生一定影响。此外，轮胎发生抱死车轮不能转动，也会降低车辆的操纵性能。2.平顺性分析车辆在行驶过程中，在路面不平激励下，车轮、悬架，整车零部件都会产生一定的振动，通过对车辆行驶动力学的研究，可以减小车辆行驶过程产生的振动对乘坐舒适性的影响。同时由于车辆动力学的耦合关系，也会对车辆的纵向驱动制动性能产生一定影响，在极端工况下，此影响不能忽略。3.操纵动力学分析操纵动力学的研究主要是对车辆侧向力的控制，防止车辆在转弯过程中发生侧倾、侧滑和横摆运动。操纵稳定性是为了保证车辆的操纵性和稳定性。操纵性是指，车辆动作能否及时跟随驾驶员指令的响应。稳定性则是指车辆在行驶过程中，受到外部干扰的情况下，保持原来状态的能力。因此，操纵性和稳定性在一定程度上也是矛盾的，需要设计控制器实现两者平衡。通常操纵稳定性的衡量指标为：侧向加速度、侧倾角、质心侧偏角和横摆角速度。2.2车辆动力学仿真模型的建立针对本文所研究的底盘电控系统，为了清楚地表达车辆动力学模型坐标系下的运动情况，明确车辆坐标系是非常有必要的，车辆坐标系定义如图2.2所示。图2.2车辆模型参考坐标系
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于集成式电子液压制动系统的横摆稳定性控制策略研究[J]. 韩伟,熊璐,李彧,侯一萌,余卓平. 机械工程学报. 2017(24)
[2]轮毂电机驱动电动汽车侧倾稳定性解耦控制[J]. 张利鹏,李亮,祁炳楠. 机械工程学报. 2017(16)
[3]四轮独立减振车辆分层建模与控制[J]. 吴龙. 重庆大学学报. 2014(04)
[4]基于“魔术公式”的轮胎动力学仿真分析[J]. 郑香美,高兴旺,赵志忠. 机械与电子. 2012(09)
[5]考虑路面影响的车辆稳定性控制质心侧偏角动态边界控制[J]. 陈无畏,刘翔宇,黄鹤,喻海军. 机械工程学报. 2012(14)
[6]整车转弯制动控制仿真研究[J]. 王阳阳,章志龙,靳晓雄. 汽车科技. 2007(05)
[7]电动汽车发展现状及趋势[J]. 孙逢春. 科学中国人. 2006(08)
[8]一种用于电动车辆驱动控制的模糊控制系统设计[J]. 张志远,万沛霖. 电机与控制学报. 2005(03)
博士论文
[1]分布式电驱动车辆纵横向运动综合控制[D]. 戴一凡.清华大学 2013
[2]基于四轮协调的电动轮车辆纵横向耦合动力学控制研究[D]. 喻厚宇.武汉理工大学 2011
[3]汽车底盘系统分层式协调控制研究[D]. 初长宝.合肥工业大学 2008
硕士论文
[1]分布式电动汽车纵横垂集成控制[D]. 张艺林.吉林大学 2018
[2]四轮轮毂驱动电动汽车滑移率控制系统研究[D]. 袁磊.吉林大学 2016
[3]基于模型预测控制的底盘分层集成控制算法研究[D]. 梁赫奇.吉林大学 2011
本文编号：3132780
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球电动汽车保有量作为工业革命后引入的新兴技术，电动汽车已经存在了100多年
第1章绪论3着眼于电动汽车的技术发展，对电动汽车底盘电控技术展开研究，全球电动汽车保有量如图1.1所示。图1.1全球电动汽车保有量作为工业革命后引入的新兴技术，电动汽车已经存在了100多年。第一辆实用的电动汽车由托马斯·帕克（ThomasParker）于1884年发明。早期电动汽车的另一个著名例子是费迪南德·保时捷（FerdinandPorsche）的电动汽车，该电动汽车于1899年在德国制造。与当时的蒸汽和汽油发动机相比，电动汽车安静，易于驾驶并且没有散发出浓烈的污染物。在亨利·福特（HenryFord）通过新的大规模生产工艺开发出ModelT之前，电动汽车制造商在20世纪20年代取得了一定程度的成功，当时美国生产的车辆中有28％是电动汽车。然而，由于电动汽车的高价格和燃油车辆的快速发展，电动汽车的推广速度有所放缓。从21世纪初开始，由于环境污染和能源相关问题，电动汽车的研究得到了加速。随着政府和汽车行业的参与，相关基础设施和电动汽车技术得到了改善。2016年，电动汽车的全球销量达到一百万，2018年全球轻型电动汽车和插电式混合动力汽车的销量超过五百万。大众、梅赛德斯和福特等著名汽车制造商初步实现了对电动汽车的推广。英国Protean公司是电驱动汽车驱动系统领域的权威企业，与Pannonporto公司共同推出了轮毂电机驱动的纯电动汽车，并将轮毂电机结构图和概念车示意图公布在官网proteanelectric.com上，如图1.2所示[8]。图1.2Protean公司轮毂电机及开发样车
吉林大学硕士学位论文12车辆的驱动和制动条件下车辆的动力学性能，也就是车辆在直线行驶工况下车辆的运动和控制，即汽车的纵向运动与其受力的关系。最后通过车辆的加速时间，最高车速，轮胎滑移率，制动距离等指标评价车辆纵向动力学性能。车辆在紧急制动的情况下，车身会产生俯仰运动（即绕Y轴方向），会造成轮胎负载的前后轮转移，对乘坐舒适性也产生一定影响。此外，轮胎发生抱死车轮不能转动，也会降低车辆的操纵性能。2.平顺性分析车辆在行驶过程中，在路面不平激励下，车轮、悬架，整车零部件都会产生一定的振动，通过对车辆行驶动力学的研究，可以减小车辆行驶过程产生的振动对乘坐舒适性的影响。同时由于车辆动力学的耦合关系，也会对车辆的纵向驱动制动性能产生一定影响，在极端工况下，此影响不能忽略。3.操纵动力学分析操纵动力学的研究主要是对车辆侧向力的控制，防止车辆在转弯过程中发生侧倾、侧滑和横摆运动。操纵稳定性是为了保证车辆的操纵性和稳定性。操纵性是指，车辆动作能否及时跟随驾驶员指令的响应。稳定性则是指车辆在行驶过程中，受到外部干扰的情况下，保持原来状态的能力。因此，操纵性和稳定性在一定程度上也是矛盾的，需要设计控制器实现两者平衡。通常操纵稳定性的衡量指标为：侧向加速度、侧倾角、质心侧偏角和横摆角速度。2.2车辆动力学仿真模型的建立针对本文所研究的底盘电控系统，为了清楚地表达车辆动力学模型坐标系下的运动情况，明确车辆坐标系是非常有必要的，车辆坐标系定义如图2.2所示。图2.2车辆模型参考坐标系
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于集成式电子液压制动系统的横摆稳定性控制策略研究[J]. 韩伟,熊璐,李彧,侯一萌,余卓平. 机械工程学报. 2017(24)
[2]轮毂电机驱动电动汽车侧倾稳定性解耦控制[J]. 张利鹏,李亮,祁炳楠. 机械工程学报. 2017(16)
[3]四轮独立减振车辆分层建模与控制[J]. 吴龙. 重庆大学学报. 2014(04)
[4]基于“魔术公式”的轮胎动力学仿真分析[J]. 郑香美,高兴旺,赵志忠. 机械与电子. 2012(09)
[5]考虑路面影响的车辆稳定性控制质心侧偏角动态边界控制[J]. 陈无畏,刘翔宇,黄鹤,喻海军. 机械工程学报. 2012(14)
[6]整车转弯制动控制仿真研究[J]. 王阳阳,章志龙,靳晓雄. 汽车科技. 2007(05)
[7]电动汽车发展现状及趋势[J]. 孙逢春. 科学中国人. 2006(08)
[8]一种用于电动车辆驱动控制的模糊控制系统设计[J]. 张志远,万沛霖. 电机与控制学报. 2005(03)
博士论文
[1]分布式电驱动车辆纵横向运动综合控制[D]. 戴一凡.清华大学 2013
[2]基于四轮协调的电动轮车辆纵横向耦合动力学控制研究[D]. 喻厚宇.武汉理工大学 2011
[3]汽车底盘系统分层式协调控制研究[D]. 初长宝.合肥工业大学 2008
硕士论文
[1]分布式电动汽车纵横垂集成控制[D]. 张艺林.吉林大学 2018
[2]四轮轮毂驱动电动汽车滑移率控制系统研究[D]. 袁磊.吉林大学 2016
[3]基于模型预测控制的底盘分层集成控制算法研究[D]. 梁赫奇.吉林大学 2011
本文编号：3132780
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