电动汽车电磁机械耦合再生制动系统构建及主动稳定性控制研究

发布时间：2017-07-08 14:29

  本文关键词：电动汽车电磁机械耦合再生制动系统构建及主动稳定性控制研究

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【摘要】：电动汽车技术是解决汽车能源和污染问题的有效途径,再生制动是实现电动汽车高效制动能回收、提高能量利用率的优势技术之一。现行制动能量回收技术通常采用两套独立的制动系统,即摩擦制动系统和再生制动系统,制动过程中再生制动和摩擦制动需要协调独立控制,存在协调控制难度大、消耗促动能、控制参量多、ABS离散开关控制高频抖振等问题,不能有效兼顾侧向稳定性和制动能量回收。基于电动汽车再生制动与分布驱动的技术现状和研究成果,依据电磁理论和制动能量流分析,融合现代先进机电控制技术,提出了一种新型电磁机械耦合再生制动系统(Electromagnetic-Mechanical Coupled Regenerative Braking System, EMCB),集成了电子机械制动、轮毂电机再生制动和直接分布驱动的优点,克服了两套制动系统相互独立的缺点,在电磁制动能量回馈的同时,促动摩擦制动,实现电磁摩擦耦合制动。基于自行搭建的车辆主动安全综合试验平台和设计完成的第一代原型样机,以及电磁制动与耦合制动试验台架和软硬件测控系统对电磁机械耦合再生制动系统的耦合机理进行了试验验证。电磁机械耦合再生制动系统(EMCB)不仅显著简化了电动汽车制动/驱动系统结构、提高了能量利用率,而且为电动汽车稳定性控制和无人驾驶技术提供了新的实现手段。基于制动力分配I曲线和滑模自适应控制,提出了理想制动力分配策略和ABS连续状态控制策略,研究结果表明：常规制动工况下能够实现前、后轴制动力分配接近Ⅰ曲线,使得前后轮的滑移、磨损基本一致,有效减小了各轮胎纵向特性的差异,保证了制动方向稳定性,提高了路面利用附着系数。ABS制动工况下连续状态控制改善了传统ABS离散开关控制的不足,避免了系统高频抖振,具有很好的响应性、鲁棒性和滑移率控制性能,提高了车辆总体制动能回收率和制动舒适性,有效增加了电动汽车的续驶里程。基于内嵌侧向力约束模型和模糊补偿控制,提出了集成再生制动的非附着极限态侧向稳定性控制策略,研究结果表明：基于质心侧偏角、横摆角速度设计的双模糊控制器和车轮分配补偿器兼顾了操纵稳定性和轨迹跟随性,具有较好的鲁棒性和操纵响应性,有效减小了质心侧偏角和横摆角速度的跟踪误差,避免了对驾驶员的过度干扰和修正,既保证了电动汽车的侧向稳定性,又具有较好的制动能回收率,增强了行车安全性。根据国内外车辆主动稳定性控制和无人驾驶技术的最新研究成果,通过分析研究专业赛车中常见的手刹过弯、Pendulum-Turn和Trail-Braking等专业操纵技能和车辆稳态侧滑运动,揭示了车辆主动附着极限态运动学机理和动力学特性,提出了认知边界概念和能量转换假设。针对四轮轮毂电机制动／驱动集成线控电动汽车,基于无人驾驶车辆认知边界和能量转换假设提出了车辆主动附着极限态稳定性控制思想,修正整车非线性动力学模型以大角度转向和发夹弯道为例探讨了从非附着极限态到附着极限态和附着极限态回到非附着极限态的主动附着极限态稳定性控制机理,为无人驾驶车辆主动稳定性控制提供了一定的参考和可能的解决方案。
【关键词】：电动汽车 电磁机械耦合制动 ABS连续状态控制 主动附着极限态 稳定性控制
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-26
• 1.1 电动汽车与无人驾驶9-10
• 1.2 再生制动与分布驱动研究现状10-21
• 1.3 车辆主动稳定性控制研究现状21-25
• 1.4 主要研究内容25-26
• 第二章 车辆非线性动力学模型26-56
• 2.1 车辆系统动力学26-32
• 2.2 整车动力学模型32-37
• 2.3 轮胎模型37-49
• 2.4 模型验证49-55
• 2.5 本章小结55-56
• 第三章 电磁机械耦合再生制动机理研究及系统构建56-79
• 3.1 电磁摩擦耦合制动机理56-60
• 3.2 EMCB子系统模型60-74
• 3.3 电磁机械耦合再生制动系统构建74-78
• 3.4 本章小结78-79
• 第四章 基于电磁机械耦合再生制动系统的纵向稳定性控制79-99
• 4.1 常规制动性能分析79-87
• 4.2 ABS制动性能分析87-98
• 4.3 本章小结98-99
• 第五章 基于电磁机械耦合再生制动系统的侧向稳定性控制99-126
• 5.1 车辆稳定性边界表征分析99-105
• 5.2 非附着极限态侧向稳定性控制105-116
• 5.3 主动附着极限态稳定性控制116-124
• 5.4 本章小结124-126
• 第六章 车辆主动安全综合试验平台及EMCB耦合机理试验验证126-141
• 6.1 车辆主动安全综合试验平台126-136
• 6.2 电磁机械耦合再生制动系统耦合机理试验验证136-140
• 6.3 本章小结140-141
• 第七章 总结和展望141-145
• 7.1 全文总结141-143
• 7.2 主要创新点143-144
• 7.3 研究展望144-145
• 参考文献145-162
• 个人简介162-164
• 致谢164

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本文编号：534997