四轮轮毂电机驱动车辆直驶稳定性控制策略研究

发布时间：2017-08-30 03:24

  本文关键词：四轮轮毂电机驱动车辆直驶稳定性控制策略研究

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【摘要】：随着新能源车辆产业的迅猛发展,轮毂电机驱动车辆成为当下高校、企业研究开发的热点。四轮轮毂电机驱动车辆具有传动链短,动力响应速度快、能量传递效率高等优点。但是由于轮毂电机驱动转矩存在相关耦合干涉,如何协同四个电机转矩工作,保证车辆在不同路况下的直线行驶稳定性成为相关研究的重点。本文以北京市教委项目“线控分布式驱动纯电动乘用车控制理论研究与关键技术开发”为背景,以四轮轮毂电机驱动车辆作为研究对象,对车辆直线行驶稳定性展开研究。首先,通过多体动力学软件CarSim建立了四轮轮毂电机驱动车辆的整车动力学模型。根据车辆动力性能指标,对轮毂电机驱动系统进行了参数匹配设计,并在MATLAB中建立了理想电机模型,并通过MATLAB/CarSim联合仿真平台对车辆的直线行驶能力进行了验证,为后续车辆仿真奠定了基础。分析了高附着系数路面、低附着系数路面、对开路面对车辆直线行驶稳定性的影响,仿真结果表明低附着系数路面和对开路面对于车辆直线行驶性能和稳定行驶性能有较大影响。针对不同路面对车辆行驶的影响,设计了车辆直线行驶稳定性控制策略。控制策略包括基于滑模变结构算法和PID算法的上层控制器和基于最优控制方法的下层控制器。其中上层控制器主要包括速度跟踪滑模控制器、横摆力矩滑模控制器、路面识别模块和PID滑转率控制器。针对高附着系数路面、低附着系数路面和对开路面,进行了车辆直线行驶稳定性仿真,仿真结果表明:当路面附着系数过低,控制策略不仅可以将各个车轮滑转率保持在最优滑转率附近,同时通过横摆力矩调节,保证车辆横摆角在0.5deg/s范围内,可以有效保证车辆直线行驶稳定性。最后,建立了基于RT_LAB的四轮轮毂电机驱动硬件在环仿真,完成了整车控制器驱动代码编写,设计了基于Labview的CAN总线数据采集软件,并在样车上实施了低附着系数路面实验验证:试验结果表明:控制策略下,在0.5s以后,车轮滑转率控制在最优滑转率0.12附近,同时横摆角速度处于0.1deg/s以下,证明了控制策略的有效性。
【关键词】：电动汽车 轮毂电机 直线行驶稳定性
【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】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-26
• 1.1 课题研究的背景及意义11-14
• 1.1.2 课题研究的目的和意义13-14
• 1.2 轮毂电机驱动车辆国内外发展现状14-19
• 1.2.1 轮毂电机驱动车辆国外发展状况14-18
• 1.2.2 轮毂电机驱动车辆国内发展状况18-19
• 1.3 国内外车辆直驶稳定性控制研究发展19-25
• 1.3.1 车辆直驶稳定性控制上层控制研究概述19-23
• 1.3.2 车辆直驶稳定性控制下层控制研究概述23-24
• 1.3.3 车辆直驶稳定性控制方法现状总结24-25
• 1.4 本文主要研究内容25-26
• 第2章 四轮轮毂电机驱动车辆动力学建模26-42
• 2.1 车辆动力学模型建立方法概述26-29
• 2.1.1 人工建模方法26-27
• 2.1.2 计算机自动建模方法27-28
• 2.1.3 图像化建模方法28-29
• 2.2 动力学软件CarSim介绍29-31
• 2.3 软件CarSim整车动力学模型31-35
• 2.3.1 车身系统模型32
• 2.3.2 空气动力学系统模型32-33
• 2.3.3 动力与传动系统模型33-34
• 2.3.4 制动系统系统模型34
• 2.3.5 转向系统模型34-35
• 2.3.6 悬架系统模型35
• 2.3.7 轮胎模型35
• 2.4 驾驶员模型建立35-37
• 2.5 轮毂电机匹配计算37-40
• 2.6 车辆Car Sim模型直线行驶能力验证40-41
• 2.7 本章小结41-42
• 第3章 不同路面对车辆直驶稳定性影响42-52
• 3.1 车辆直线行驶稳定性控制参数分析42-44
• 3.2 不同路面对车辆直驶稳定性影响仿真44-51
• 3.2.1 高附着系数路面仿真45-47
• 3.2.2 低附着系数路面仿真47-49
• 3.2.3 对开路面仿真49-51
• 3.3 本章小结51-52
• 第4章 车辆直驶稳定性控制策略研究52-77
• 4.1 车辆数学模型的建立52-55
• 4.1.1 车辆坐标系选择52-53
• 4.1.2 整车动力学模型建立53-54
• 4.1.3 车轮动力学分析54-55
• 4.2 直线行驶稳定性控制目标与控制变量55
• 4.3 基于分层结构的车辆直线行驶控制策略55-57
• 4.3.1 车辆控制单元与执行器冗余系统55-56
• 4.3.2 车辆控制系统分层结构设计56-57
• 4.4 车辆直线行驶稳定性上层控制器设计57-68
• 4.4.1 滑模变结构控制方法简介57-61
• 4.4.1.1 滑模控制的基本原理57-60
• 4.4.1.2 滑模控制在运动跟踪控制上的应用60
• 4.4.1.3 滑模控制中的“抖振”问题60-61
• 4.4.2 控制策略上层控制器描述61-63
• 4.4.3 车辆纵向车速滑模控制器设计63
• 4.4.4 车辆横摆角速度滑模控制器设计63-64
• 4.4.5 路面状态识别模块64-66
• 4.4.6 车轮滑转率控制器66-68
• 4.5 车辆直线行驶稳定性下层控制器设计68-70
• 4.6 车辆直线行驶稳定性仿真70-76
• 4.6.1 高附着系数路面仿真分析71-72
• 4.6.2 低附着系数路面仿真分析72-74
• 4.6.3 对开路面仿真分析74-76
• 4.7 本章小结76-77
• 第5章 四轮轮毂电机驱动车辆试验平台开发77-88
• 5.1 四轮轮毂电机驱动系统的功能需求77-78
• 5.2 四轮轮毂电机驱动车辆试验平台的总体设计方案78-79
• 5.3 四轮轮毂电机驱动车辆试验平台搭建79-85
• 5.3.1 四轮轮毂电机驱动样车改造79-81
• 5.3.2 RT_LAB实时仿真仿真工控机配置81-83
• 5.3.3 整车控制器83-84
• 5.3.4 数据采集系统84-85
• 5.4 四轮轮毂电机独立驱动试验平台总装85
• 5.5 车辆直线行驶稳定性试验85-87
• 5.5.1 试验方法介绍85
• 5.5.2 试验结果及分析85-87
• 5.6 本章小结87-88
• 结论88-90
• 1.全文总结88-89
• 2.创新点89
• 3.研究工作展望89-90
• 参考文献90-94
• 攻读学位期间发表的论文与研究成果清单94-95
• 致谢95

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