电动轮汽车驱动助力转向与稳定性协调控制研究

发布时间：2017-08-09 11:31

  本文关键词：电动轮汽车驱动助力转向与稳定性协调控制研究

  更多相关文章： 电动轮汽车 稳定性 驱动助力 协调 Carsim/Simulink仿真 实车实验

【摘要】：由于环境和资源需求,传统汽车由新能源汽车取代已经成为一种趋势,而轮毂电机汽车将会成为电动车发展的最终趋势。电动轮汽车具有结构简单,无污染,能量回收效率高等优点,电气电子设备的先进化为这种汽车的控制带来方便,各主机厂争相投入研究,并有相关样车投产。电动轮汽车不同于传统汽车,由于取消了轴间差速器,使整车运动自由度更高,可以实现左右车轮的差动控制,而该差动转矩成为了电动轮驱动汽车稳定性和转向助力的关键,由于两种特性原理类似,所以不可避免的会在控制时产生干扰,所以有必要在稳定性和差动助力的协调控制方法上投入研究,这对电动轮汽车的普及具有实际意义。本文分别从动力学分析,原理阐述,联合仿真及实车搭建和实验入手,旨在开发一种能够兼顾稳定性和驱动助力转向性能的协调控制算法。本文所投入的研究主要有：首先根据轮电动轮驱动汽车的动力学特点,分别对整车和研究所需的子模块进行牛顿力学分析,包括七自由度整车模型,转向模型,轮胎模型,电机模型等,阐述了该种驱动形式下稳定新和助力特性产生干涉的不同工况,给出了车辆运行时理想质心侧偏角和横摆角速度的计算方法。提出了电动轮汽车稳定性控制的自适应滑模变结构控制方法,针对质心侧偏角的介入控制给予了相应门限,其中针对一些需求变量如质心侧偏角等给出了估算方法。设计了助力曲线,引入了驱动助力转向时助力系数的修正因子ki,并通过模糊控制设计了该因子随根据不同整车姿态和工况变化的规则,最后给出了协调控制的基本流程框架。其次,为验证协调控制策略的可行性,建模后通过Carsim/Simulink联合仿真平台分别进行了双移线、单移线、正弦、阶跃等仿真实验,并分别验证了高速和低速下的控制效果,实验结果表明：提出的协调控制算法很好的兼顾了稳定性和驱动助力转向性能。最后,为了证明算法的实用性,搭建了轮毂电机式驱动的实验车,分别对实车搭建过程中使用的传感器和控制器给予了相应说明,通过Simulink和Stateflow设计搭建整车控制框架和换挡流程,使用Dspace-microautobox作为整车控制器通过CAN通信控制MCU,实现电机的驱动。针对需求分别进行了双移线实验和阶跃实验的验证,实验结果和联合仿真结果的一致性说明了仿真建模的正确性和所提出算法的实车应用价值。
【关键词】：电动轮汽车 稳定性 驱动助力 协调 Carsim/Simulink仿真 实车实验
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 轮毂电机汽车简介11-16
• 1.2.1 电动轮汽车结构及优势11-12
• 1.2.2 电动轮汽车的发展现状12-16
• 1.3 电轮汽车的驱力转向及稳定性控制简介16-18
• 1.3.1 驱动助力转向(Differential Drive Assisted Steering,DDAS)16-17
• 1.3.2 稳定性控制系统(Electronic Stability Control,ESC)17-18
• 1.4 DDAS及ESC用于电动轮中的矛盾分析18
• 1.5 主要研究内容18-19
• 1.6 小结19-20
• 第二章 整车力学模型分析及搭建20-28
• 2.1 引言20
• 2.2 七自由度整车模型20-23
• 2.3 轮胎及电机模型23-25
• 2.3.1 轮胎力学模型23-24
• 2.3.2 车轮动力学和电机模型24-25
• 2.4 转向系模型25-26
• 2.5 整车车速控制方式26-27
• 2.6 小结27-28
• 第三章 基本参数估算及协调控制算法研究28-44
• 3.1 引言28-30
• 3.2 整车稳定性控制设计30-36
• 3.2.1 理想横摆角速度和质心侧偏角30-32
• 3.2.2 质心侧偏角的估算方法32-33
• 3.2.3 稳定性的滑模变结构控制方法33-36
• 3.3 驱动助力控制系统设计36-38
• 3.3.1 驱动助力转向的基本结构36-37
• 3.3.2 助力曲线设计37-38
• 3.3.3 驱动助力基本控制框架38
• 3.4 协调控制方案设计38-39
• 3.5 差动特性的协调控制方法39-42
• 3.6 小结42-44
• 第四章 几种典型工况仿真分析44-54
• 4.1 引言44
• 4.2 仿真系统开发工具CARSIM/SIMULINK介绍44-46
• 4.3 仿真结果及分析46-53
• 4.3.1 双移线实验46-48
• 4.3.2 单移线实验48-50
• 4.3.3 “J”形实验50-51
• 4.3.4 弦实验51-53
• 4.4 小结53-54
• 第五章 实车搭建及实验验证54-76
• 5.1 引言54
• 5.2 整体结构和布置54-57
• 5.2.1 电机性能参数55-56
• 5.2.2 电池性能参数56-57
• 5.3 强电设计57-59
• 5.3.1 强电线路布置57
• 5.3.2 强电控制箱57-59
• 5.4 弱电设计59-66
• 5.4.1 开关信号60-62
• 5.4.2 模拟信号62-63
• 5.4.3 电机控制器Can通信63-64
• 5.4.4 整车控制器64-66
• 5.4.5 Can网络66
• 5.5 控制策略设计66-72
• 5.5.1 整车控制模块说明66-67
• 5.5.2 整车控制模式识别说明67-71
• 5.5.3 Can通信设置71-72
• 5.6 实车实验72-75
• 5.7 小结75-76
• 第六章 全文总结及展望76-79
• 6.1 全文总结76-77
• 6.1.1 论文主要内容总结76-77
• 6.1.2 本文创新点77
• 6.2 工作展望77-79
• 参考文献79-85
• 附录85-90
• A Micro-autobox引脚85-88
• B 作者简介及与硕士期间的学术成果88-90
• 致谢90

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本文编号：645105