分布式驱动电动汽车横摆稳定性控制研究

发布时间：2017-06-29 21:12

  本文关键词：分布式驱动电动汽车横摆稳定性控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：节能、安全、环保的理念是汽车可持续发展重要内容，目前发展潜力最大的新能源汽车无可否认的当属电动汽车。在汽车不断发展的同时，社会问题也日益突出，其中安全性是大家最先关注的话题。对传统汽车来说，近年发展起来的主动安全控制成为这一方向上的研究热点，其中电子稳定性控制(ESP)是一种有效提高安全性的技术。而对于电动汽车来说，由于其取消了传统的发动机、动力传动系统，被电机电池系统所代替，而电机有制动能量回馈和转矩输出能力有限的特点，所以对包含液压系统和电机两种执行方式的稳定性问题成为大家研究和关注的重要对象。本文就是基于分布式驱动的电动汽车的特点对横摆稳定性控制进行研究。 本文选用四个轮毂电机驱动各个车轮，为进行分布式驱动电动汽车的动力学仿真，建立了十自由度车辆模型，包括车体、轮胎、电机、驾驶员、制动模型等。最后在相应的工况下对整车动力学模型进行了仿真验证，这为后面横摆稳定性控制的研究打下坚实的基础。 实时得知车辆的状态参量对车辆稳定性控制是十分重要的，而质心侧偏角就是衡量车辆稳定性的重要参数之一，但是它难以通过直接测量方法得到。本文利用卡尔曼滤波的估算方法对车辆的质心侧偏角进行了估计。在此基础之上，以线性二自由度车辆模型的状态输出值为控制目标，利用线性二次型最优控制理论以实际横摆角速度和质心侧偏角与理想值间的误差为控制变量，决策保持车辆横摆稳定的附加横摆力矩。 然后，文章对以液压制动执行方式以及电机驱动/制动方式来完成稳定性横摆力矩控制分别进行研究。根据当前车辆运动情况判断施加控制的有效车轮，利用制动力的差值来达到横摆稳定性力矩的轮间分配，这同传统车的横摆运动稳定性控制是一样的。接着研究了基于电机特性进行横摆力矩分配，先采用转矩平均分配的方法，即一侧车轮电机驱动转矩减小，另一侧车轮电机驱动转矩增加，以达到横摆力矩的需求。后又基于轮胎负荷利用率最小为优化函数进行四个车轮电机输出转矩的优化重新分配，对两种分配算法的不同进行了对比研究。 其次，文章研究了液压制动方式与电机驱动或者制动执行方式相结合共同来确保横摆稳定性的实现。当需要横摆力矩控制时，优先采用电机控制，，若电机制动达到极限仍不能满足需求时，采用液压制动进行补偿控制。后又研究了针对电机发生故障的不同失效模式的横摆稳定性协调控制。针对车辆在稳定行驶下的电机失效，应优先采用保证车辆的动力性的方法实现横摆稳定性，即横摆力矩在剩余车轮的重新分配；针对极限车辆状况下的电机失效，对角车轮电机失效和多电机失效最好选用以液压差动制动的方式来满足稳定性的需求，其他的电机失效模式控制与车辆稳定运动状态下电机失效控制基本一致。 最后，论文对分布式驱动电动汽车横摆稳定性控制做了全面的总结，针对横摆稳定性控制以后要继续探究的内容做了展望。
【关键词】：分布式驱动 横摆稳定 液压制动 优化分配 协调控制 电机失效控制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第1章 绪论14-24
• 1.1 课题研究的背景和意义14-16
• 1.2 分布式驱动电动汽车研究概述16-18
• 1.3 电动汽车稳定性控制国内外研究现状18-23
• 1.3.1 国外电动汽车稳定性控制研究18-21
• 1.3.2 国内电动汽车稳定性控制研究21-23
• 1.4 本文研究的主要内容23-24
• 第2章 分布式驱动电动汽车动力学模型24-44
• 2.1 电动汽车动力学模型整体架构24-27
• 2.1.1 车辆模型的坐标系24-26
• 2.1.2 车辆模型整体架构26-27
• 2.2 电动汽车动力学模型27-36
• 2.2.1 车体模型27-31
• 2.2.2 轮胎模型31-32
• 2.2.3 驾驶员模型32-33
• 2.2.4 制动模型33-34
• 2.2.5 液压调节器模型34
• 2.2.6 车轮模型34
• 2.2.7 电机模型34-35
• 2.2.8 K&C 特性模型35-36
• 2.3 动力学模型仿真验证36-42
• 2.3.1 开环角阶跃工况37-39
• 2.3.2 开环正弦输入工况39-40
• 2.3.3 闭环双移线工况40-41
• 2.3.4 闭环蛇形工况41-42
• 2.4 本章小结42-44
• 第3章 质心侧偏角估计与横摆力矩决策44-60
• 3.1 车辆横摆稳定性控制原理44-47
• 3.1.1 轮胎动力学特性44-45
• 3.1.2 横摆稳定性表征45-47
• 3.2 质心侧偏角参数估计47-53
• 3.2.1 卡尔曼滤波理论48-49
• 3.2.2 车辆质心侧偏角估计49-53
• 3.3 横摆力矩决策算法研究53-58
• 3.3.1 线性二自由度车辆模型54-55
• 3.3.2 线性二次型最优控制问题描述55-56
• 3.3.3 基于最优控制的横摆力矩决策56-58
• 3.4 本章小结58-60
• 第4章 基于液压与电机特性的横摆力矩轮间分配研究60-80
• 4.1 基于液压制动的横摆力矩轮间分配算法60-66
• 4.1.1 控制变量偏差带的设计60-61
• 4.1.2 基于液压制动的轮缸压力计算及有效车轮选择61-62
• 4.1.3 基于液压特性的横摆力矩分配算法仿真验证62-66
• 4.2 基于电机特性的驱动转矩平均分配研究66-73
• 4.2.1 电机工作特性66-67
• 4.2.2 基于电机驱动"制动的横摆力矩分配策略67-69
• 4.2.3 基于电机特性的横摆力矩分配算法仿真验证69-73
• 4.3 基于电机特性的驱动转矩优化分配研究73-78
• 4.3.1 驱动转矩优化分配算法73-75
• 4.3.2 驱动转矩优化分配仿真验证75-78
• 4.4 本章小结78-80
• 第5章 横摆力矩轮间分配协调控制策略研究80-98
• 5.1 基于液压制动和电机特性的协调控制研究80-83
• 5.2 横摆力矩轮间分配协调控制仿真验证83-90
• 5.3 考虑电机失效的力矩协调分配90-97
• 5.4 本章小结97-98
• 第6章 全文总结与展望98-100
• 6.1 全文总结98-99
• 6.2 全文展望99-100
• 参考文献100-106
• 致谢106

【参考文献】

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本文编号：499333