多轴轮式机电复合驱动车辆驱动策略研究

发布时间：2017-08-15 16:35

  本文关键词：多轴轮式机电复合驱动车辆驱动策略研究

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【摘要】：在多轴轮式机电复合驱动车辆的动力学研究中,执行器数量明显多于被控物理量,控制分配方法是解决执行器冗余控制的有效方法。多轴轮式机电复合驱动车辆通过多动力源联合输出动力,动力传动系统结构形式较多,在驱动系统方面与传统的燃油汽车存在很大区别,传统的多轮驱动技术并不能完全移植于多轴轮式机电复合驱动车辆中。为解决多轮驱动车辆由驱动结构产生的前、后及两侧驱动轮运动干涉问题,控制驱动轮滑转以提高车辆通过性以及解决驱动电机容错控制等问题,整车控制系统需依据车辆反馈信息,实时对驱动力矩实现控制分配。多轴轮式机电复合驱动车辆是一个复杂的多自由度非线性系统,对其进行运动学及动力学仿真分析,在确定动力学模型主体结构的基础上,建立八轮驱动车辆传动系统及十一自由度动力学模型,为分析轴间及轮间力矩分配策略提供依据。通过对多轴轮式机电复合驱动车辆混合驱动模式下的轴间及轮间驱动策略进行分析,提出以机械路和电传动路的驱动总力矩最大为优化目标,在此基础上确定轴间力矩分配系数;以线性二自由度模型设计参考模型,求解理想质心侧偏角和横摆角速度,运动控制器通过与实际车辆反馈状态进行比较计算误差值,采用前馈反馈复合控制方法得到横摆力矩,最后通过控制分配器将需求横摆力矩合理分配给各执行器电机,实现轮间力矩优化分配。由于车辆行驶环境的复杂性以及电机自身寿命等因素,车辆行驶过程中可能出现电机或电机控制器失效,导致该轮驱动力无法正常用于驱动车辆。提出基于附着系数估值的电机故障诊断方法,采用滑模控制方法设计控制分配器提高系统的鲁棒性。并针对加速紧急转向工况,加速单移线工况和直线加速工况对电机容错控制策略进行仿真,验证了策略在不同行驶工况下的有效性。为了检验轴间及轮间力矩优化分配策略对车辆控制的效果,开发了基于SIMULINK仿真环境,通过CAN总线与整车控制器实现控制通讯的硬件在环仿真平台。基于此平台,对车辆不同运行工况下的轴间及轮间力矩分配策略效果进行验证。
【关键词】：多轴轮式机电复合驱动车辆 力矩优化分配 容错控制 硬件在环仿真
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-26
• 1.1 多轮独立驱动车辆研究现状11-17
• 1.1.1 传统多轮驱动系统分类11-12
• 1.1.2 混合动力多轮驱动系统分类12-15
• 1.1.3 多轮独立驱动车辆国内外研究现状15-17
• 1.2 多轮独立驱动车辆驱动力矩控制分配国内外研究现状17-24
• 1.2.1 面向车辆稳定性的控制分配策略17-22
• 1.2.2 面向能耗最优及执行器失效模式下的控制分配策略22-24
• 1.3 本课题研究意义24
• 1.4 研究内容24-26
• 第2章 多轴轮式机电复合驱动车辆整车动力学模型26-41
• 2.1 多轴轮式机电复合驱动车辆整车结构及驱动形式26-27
• 2.2 车辆子系统模型27-35
• 2.2.1 发动机和液力变矩器共同工作模型27-29
• 2.2.2 变速箱模型29-30
• 2.2.3 差速器模型30-31
• 2.2.4 发电机和电动机模型31-33
• 2.2.5 电池模型33-35
• 2.3 车辆动力学模型35-40
• 2.3.1 整车模型35-37
• 2.3.2 轮胎模型37-39
• 2.3.3 垂向载荷计算39-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第3章 多轴轮式机电复合驱动车辆轴间轮间力矩优化分配策略41-60
• 3.1 多轴轮式机电复合驱动车辆整车控制策略41-43
• 3.1.1 车辆驱动模式41
• 3.1.2 蓄电池充放电特性41-43
• 3.2 轴间力矩优化分配策略43-45
• 3.2.1 轴间力矩优化分配目标43-45
• 3.2.2 轴间力矩优化分配约束条件45
• 3.3 轮间力矩优化分配策略45-58
• 3.3.1 轮间力矩优化分配控制结构45-46
• 3.3.2 针对参考模型设计的车辆线性二自由度模型46-49
• 3.3.3 运动控制器前馈修正设计49-50
• 3.3.4 参考模型设计50-51
• 3.3.5 优化算法概述51-52
• 3.3.6 运动控制器反馈修正设计52-56
• 3.3.7 控制分配器设计56-58
• 3.4 本章小结58-60
• 第4章 多轴轮式机电复合驱动车辆电机容错控制策略60-80
• 4.1 系统模型及问题公式描述60-63
• 4.2 故障诊断设计63-68
• 4.2.1 不考虑模型误差的故障诊断设计63-66
• 4.2.2 考虑模型误差的故障诊断设计66-68
• 4.3 容错控制系统设计68-70
• 4.3.1 控制器设计68-69
• 4.3.2 控制分配设计69-70
• 4.4 电机容错控制策略仿真验证70-79
• 4.4.1 故障诊断结果70-72
• 4.4.2 容错控制结果72-79
• 4.5 本章小结79-80
• 第5章 控制策略硬件在环仿真80-92
• 5.1 硬件在环仿真平台80-85
• 5.1.1 硬件平台80-82
• 5.1.2 软件平台82-85
• 5.2 优化分配策略硬件在环仿真分析85-91
• 5.2.1 轴间优化分配仿真分析85-87
• 5.2.2 轮间优化分配仿真分析87-91
• 5.3 本章小结91-92
• 结论92-94
• 参考文献94-102
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单102-103
• 致谢103-104

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本文编号：679239