四驱轮毂电机电动汽车稳定性控制研究

发布时间：2017-05-20 05:03

  本文关键词：四驱轮毂电机电动汽车稳定性控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着汽车保有量的急剧增长，能源危机和交通安全问题日益突出，，电动汽车研发和车辆先进安全技术引起社会各界广泛关注。电动汽车不仅有能量利用效率高以及环境友好等优点，而且由于电动汽车采用电机驱动系统，具有转矩易于精确测量、响应快速、可动力分布式控制等优势，可以用来研究新型的动力学控制结构和方法，能显著提升车辆安全控制性能。 本文以四轮独立驱动轮毂电机电动汽车为研究对象，从车辆的纵向稳定性控制和侧向稳定性控制两个方面来研究电动汽车在行驶过程中的稳定性问题。 1.本文纵向稳定性主要解决车辆在路面条件变化时（特别是湿滑路面）驱动防滑。本文建立了基于LuGre轮胎动力学模型的汽车纵向动力学模型，并基于此模型设计了滑模观测器(SMO)，利用电动汽车（EV）四个独立的电机的力矩和角速度估计每个轮胎的LuGre模型中反应路面条件的参数。然后根据通过稳态LuGre动力学模型的最佳滑移量和路面最大摩擦系数,进而获得每个轮胎所能获得的最大牵引力,从而限制电机转矩，使电动汽车以最大加速度驱动而不打滑。最后通过CarSim与Simulink联合仿真实验来验证四驱电动汽车在不同路面条件下以最大加速度驱动的控制策略。仿真实验中车辆行驶于附着系数变化的路面，每个车轮能够实时准确地估计出对应的路面附着系数，取得了良好控制效果。 2.本文侧向稳定性主要通过直接横摆力矩控制（DYC）解决电动汽车转向时车辆出现问题,同时尽可能的跟踪驾驶员的期望轨迹，提高车辆的操纵性能。本文提出了利用轮胎侧向力信息和简化的车辆动力学模型，通过扩展卡尔曼（EKF）估计车辆的侧偏角。同时利用估计得到侧偏角和轮胎动力学模型，采用遗忘因子递推最小二乘法（FFRLS）估计轮胎的侧偏刚度。利用估计到的车辆状态变量来设计侧向稳定性控制系统的上下位控制器。上位控制器采用前馈控制加动态滑模（DSM）反馈控制，通过直接控制横摆力矩M z使车辆跟踪期望的横摆角速率d的同时能够限制车辆侧偏角在稳定的范围内。 d通过车辆动力学根据驾驶员方向盘给定的转向角和车辆的当前侧偏角计算得到。下位控制器会根据M z和限制条件（如路面条件、轮胎摩擦圆特性等）来优化分配每个车轮的驱动力矩。最后通过CarSim与Simulink联合仿真实验验证了所提出的控制策略，并与经典的PI控制算法对比。在仿真实验中，采用动态滑模（DSM）控制比采用PI控制的车辆能够更好地跟随期望值d。并且本文提出的控制目标模型得到的期望值d相比一般模型能更好地体现驾驶员意图。
【关键词】：四驱电动汽车 LuGre轮胎动力学 滑模观测器 扩展卡尔曼 动态滑模控制
【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4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 论文研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 纵向稳定性国内外研究现状12-14
• 1.2.2 侧向稳定性国内外研究现状14-17
• 1.3 目前存在的主要问题17
• 1.4 本文的主要研究内容和研究思路17-20
• 第2章 四驱轮毂电动汽车动力学模型的建立20-26
• 2.1 引言20
• 2.2 电动汽车车身动力学模型20-23
• 2.2.1 车辆纵向动力学模型20-21
• 2.2.2 车辆侧向动力学模型21-23
• 2.3 车轮动力学模型23-24
• 2.3.1 车轮力矩平衡方程23-24
• 2.3.2 车轮垂直载荷动力学模型24
• 2.4 LuGre 轮胎动力学模型24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 四驱电动汽车纵向稳定性研究26-44
• 3.1 引言26-27
• 3.2 基于 LuGre 模型的 SMO 观测器设计27-33
• 3.2.1 滑模变结构的基本原理27-28
• 3.2.2 基于 LuGre 模型的电动汽车纵向动力学状态方程28-30
• 3.2.3 滑模观测器的设计30-33
• 3.3 四驱电动汽车路面识别与最大电磁力矩估计33-35
• 3.3.1 路面条件参数的估计34
• 3.3.2 最大电磁力矩估算34-35
• 3.4 基于 CarSim 和 Simulink 联合仿真实验35-41
• 3.5 本章小结41-44
• 第4章 四驱电动汽车侧向稳定性控制研究44-64
• 4.1 引言44
• 4.2 电动汽车侧向动力学状态估计44-47
• 4.2.1 基于扩展卡尔曼的车辆侧偏角估计44-46
• 4.2.2 基于遗忘因子递推最小二乘法的轮胎侧偏刚度的估计46-47
• 4.3 基于 CarSim 和 Simulink 的车辆侧偏角估计的联合仿真实验47-51
• 4.3.1 CarSim 与 Simulink 联合仿真程序47-48
• 4.3.2 仿真实验结果与分析48-51
• 4.4 直接横摆力矩侧向稳定性控制器设计51-55
• 4.4.1 期望控制目标51-52
• 4.4.2 基于前馈和反馈的侧向稳定性控制器设计52-54
• 4.4.3 四轮驱动力分配策略54-55
• 4.5 侧向稳定性控制系统仿真实验与结果分析55-62
• 4.5.1 基于 CarSim 和 Simulink 联合仿真系统平台55-56
• 4.5.2 仿真试验设计与分析56-62
• 4.6 本章小结62-64
• 第5章 全文总结及展望64-66
• 5.1 本文的研究背景和研究目标64
• 5.2 本文完成的主要研究工作和结论64-65
• 5.3 需要进一步研究的问题65-66
• 参考文献66-72
• 作者简介及研究成果72-74
• 致谢74

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本文编号：380691