分布式驱动电动汽车横摆力矩控制与转矩分配研究

发布时间：2017-05-15 00:06

  本文关键词：分布式驱动电动汽车横摆力矩控制与转矩分配研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在有限的能源压力以及环境污染日益加剧的困扰下，大力发展电动汽车被认为是能够有效缓解这种现象的一种途径。因此，当今世界各国都在积极的研究电动汽车并致力于其向市场的推广。而分布式驱动电动汽车由于其特殊的结构形式以及性能特点正受到各国研究学者的重视，成为当前的一个研究热点。由于分布式驱动电动汽车取消了传统的内燃机、动力传动系统，而将其替换为电池和内嵌在车轮里的轮毂电机，这也就使得各个车轮能够独立可控。那么分布式驱动电动汽车在行驶过程中的稳定性控制必将与传统汽车有所不同，所以研究其在行驶过程中的稳定性控制问题很有必要。本文针对分布式驱动电动汽车在行驶过程中横摆稳定性控制与转矩分配问题进行展开研究的。 首先，，针对于本文所要研究的对象，对其进行车辆动力学建模，将车辆的各个子系统进行模块化建模，包括车身动力学模型、UniTire轮胎模型、车轮动力学模型、驾驶员模型、轮毂电机模型等，再将这些子系统集成整合为分布式驱动电动汽车仿真试验平台。 其次，利用层次化双层控制架构思想对本文的控制系统进行开发。层次化双层控制架构系统分为上层运动控制器和下层控制分配器，其上层控制器的输入为车辆在行驶过程中状态参数。所以研究开发准确估计车辆状态参数的观测器很有必要。为了降低观测器的复杂程度，开发了降阶的滑模状态观测器对车辆状态进行了实时的准确估计。结果表明本文开发的降阶滑模观测器能够达到理想的估计效果。 之后，再从车辆系统的可控性分析入手，并分析了车辆状态与行驶稳定性的关系。选择车辆的质心侧偏角作为控制目标，在基于动态面控制理论对车辆质心侧偏角进行控制，让其跟随二自由度线性车辆模型的质心侧偏角，通过上层控制器计算出所需要的期望横摆力矩。然后由下层控制器将上层控制器计算的期望横摆力矩在各个约束条件下通过优化分配算法最优地分配到各个电机执行器，这样就得到了各个电机的驱动或制动转矩，也即完成了最优的全轮转矩分配，最终完成对车辆稳定性的控制。仿真结果表明本文开发的层次化双层控制系统对分布式驱动电动汽车的稳定性有着良好的控制效果。 最后，通过驾驶员在环实时仿真试验平台对本文开发的车辆控制系统的上层控制器进行了驾驶员在环仿真试验，其结果表明本文开发的车辆稳定性控制系统能够很好的提升车辆在复杂工况下的操纵稳定性。
【关键词】：分布式驱动 横摆力矩控制 分层控制架构 降阶滑模观测器 动态面控制 优化分配 驾驶员在环
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 本课题的研究背景及意义12-15
• 1.1.1 传统汽车面临巨大挑战12-14
• 1.1.2 新能源汽车发展优势14-15
• 1.2 分布式驱动电动汽车发展现状及前景15-16
• 1.3 横摆稳定性控制国内外的研究现状16-20
• 1.3.1 国外电动车直接横摆力矩控制(DYC)研究17-18
• 1.3.2 国内电动车直接横摆力矩控制(DYC)研究18-20
• 1.4 本文的研究关注点和主要内容20-22
• 1.4.1 本文研究的关注点20
• 1.4.2 本文研究的主要内容20-22
• 第2章 分布式驱动电动汽车动力学建模22-40
• 2.1 引言22
• 2.2 搭建分布式驱动电动汽车仿真模型的意义22-23
• 2.3 分布式驱动电动汽车车辆动力学模型的总体架构23-25
• 2.3.1 坐标系定义23-24
• 2.3.2 车辆动力学模型的总体架构24-25
• 2.4 分布式驱动电动汽车动力学建模25-35
• 2.4.1 车身动力学模型25-26
• 2.4.2 轮胎模型26-29
• 2.4.3 车轮动力学模型29-30
• 2.4.4 驾驶员模型30-33
• 2.4.5 轮毂电机模型33-35
• 2.5 整车动力学模型的仿真试验验证35-39
• 2.5.1 低速低附着双移线仿真36-37
• 2.5.2 高速高附着双移线仿真37-39
• 2.6 本章小结39-40
• 第3章 层次化双层控制架构及车辆状态参数估计40-58
• 3.1 引言40
• 3.2 构建层次化双层架构40-42
• 3.2.1 层次化双层控制架构特征40-41
• 3.2.2 控制架构的结构框图41-42
• 3.3 车辆状态参数估计的必要性42-43
• 3.4 非线性系统可观性论证43
• 3.5 几种观测器介绍43-46
• 3.5.1 Luenberger 观测器43-44
• 3.5.2 卡尔曼滤波器(KF)44
• 3.5.3 扩展卡尔曼滤波器44
• 3.5.4 精确线性化观测器44-45
• 3.5.5 鲁棒观测器45
• 3.5.6 粒子滤波器45
• 3.5.7 滑模观测器45-46
• 3.6 非线性滑模状态观测器的设计46-48
• 3.6.1 非线性系统滑模状态观测器理论46-47
• 3.6.2 滑模观测器抖震的抑制47-48
• 3.7 分布式驱动电动汽车滑模状态观测器开发48-50
• 3.8 分布式驱动电动汽车降阶滑模状态观测器的建立50-51
• 3.9 分布式驱动电动汽车降阶滑模状态观测器性能仿真验证51-57
• 3.9.1 正弦输入仿真验证52-54
• 3.9.2 双移线工况仿真验证54-57
• 3.10 本章小结57-58
• 第4章 上层控制器 DSCDYC 系统开发58-74
• 4.1 引言58
• 4.2 车辆运动状态与行驶稳定性的关系58-63
• 4.2.1 轮胎动力学特性59-61
• 4.2.2 横摆角速度对车辆稳定性的影响61-62
• 4.2.3 质心侧偏角对车辆稳定性的影响62-63
• 4.3 上层控制器 DSCDYC 系统开发63-69
• 4.3.1 动态面控制理论介绍63-66
• 4.3.2 上层控制器控制目标选取66-67
• 4.3.3 基于动态面控制理论的 DSCDYC 系统开发67-69
• 4.4 上层控制器 DSCDYC 系统仿真验证69-71
• 4.4.1 低速低附着双移线仿真工况69-70
• 4.4.2 高速高附着双移线仿真工况70-71
• 4.5 本章小结71-74
• 第5章 下层控制器转矩优化分配研究74-84
• 5.1 引言74-75
• 5.2 全轮转矩控制分配算法介绍75
• 5.3 下层控制器全轮转矩控制优化分配算法75-81
• 5.3.1 全轮转矩控制优化分配目标76-78
• 5.3.2 全轮转矩控制优化分配约束边界78-79
• 5.3.3 优化分配算法的求解79-80
• 5.3.4 轴载比例分配80
• 5.3.5 权重系数取值的调整80-81
• 5.4 下层控制系统转矩分配控制算法仿真验证81-83
• 5.5 本章小结83-84
• 第6章 上层控制器 DSCDYC 系统驾驶员在环实时仿真试验84-90
• 6.1 引言84
• 6.2 驾驶员在环实时仿真平台阐述84-85
• 6.3 驾驶员在环实时仿真验证85-89
• 6.3.1 高速双移线工况试验验证86-87
• 6.3.2 低速双移线工况试验验证87-89
• 6.4 本章小结89-90
• 第7章 全文总结与展望90-94
• 7.1 全文总结90-91
• 7.2 研究展望91-94
• 参考文献94-100
• 致谢100

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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4 郭孔辉;纪云峰;庄晔;赵志文;;分布式驱动电动车降阶滑模状态观测器设计![J];科学技术与工程;2014年20期

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1 张缓缓;采用电动轮驱动的电动汽车转矩协调控制研究[D];吉林大学;2009年

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本文编号：366494