四轮轮毂驱动电动汽车滑移率控制系统研究

发布时间：2017-08-20 15:32

  本文关键词：四轮轮毂驱动电动汽车滑移率控制系统研究

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【摘要】：采用轮毂电机驱动的电动汽车由于其动力传动系统结构简单和控制模式灵活的特点,已经成为近些年研究的热点。而四轮轮毂驱动电动汽车的四个车轮的转矩和转速信息容易获取,并且可以对四个车轮进行独立精确的控制,使得控制更为灵活、方便,同时电机具有驱动和制动两种工作模式,四轮轮毂驱动电动汽车的这些特性为先进控制算法的应用奠定了坚实的基础。本文主要针对四轮轮毂驱动电动汽车滑移率控制系统进行研究,电动汽车滑移率控制系统与传统滑移率控制系统相比具有更加全面的功能,它能有效防止车轮在驱动时过度滑转或者在制动时抱死,并增强车辆的操纵性、稳定性和转弯性能。当然,由于要同时对四个车轮进行精确控制,控制问题变得更加复杂,普通的算法难以满足控制需求。本文设计了一种基于非线性模型预测控制的电动汽车滑移率控制系统。为了保证车辆安全,将车轮滑移率稳定区间作为系统的时域约束来处理,滑移率稳定区间是变化的,它与路面附着系数有关。同时,由于电机本身物理结构限制,其驱动或者制动能力是有限的,所以电机的实际输出力矩不能超过电机的最大输出力矩,而电机的最大输出力矩值是变化的,它与电机转速和电压相关,因此将电机的最大输出力矩限制作为系统时变约束。控制目标除了保证驱动和制动性能外,还考虑了驾驶员舒适性和减少控制能量。并且电动汽车的滑移率控制系统要同时控制四个车轮的滑移率,它是一个非线性、机理复杂、多目标、带约束的系统。而非线性模型预测控制能有效解决这类问题,并且能显性处理约束。此外,为了防止车轮滑移率稳定区间约束造成控制问题不可解,还引入了滑移率的松弛变量,对稳定区间约束进行适当松弛。所设计的滑移率控制系统通过同时控制四个车轮的力矩使得四个车轮的滑移率严格保持在稳定区间内,从而有效防止车轮在驱动时过度滑转或者在制动时抱死,并在保证安全前提下提供较大的纵向力来获得良好的驱动和制动性能。为了验证控制器的有效性,在AMESim中搭建15自由度的高精度四轮轮毂驱动电动汽车模型,并在多种典型工况下,分别通过离线仿真和快速原型仿真实验验证了滑移率控制系统的良好性能。主要内容和创新点:1.基于AMESim高级仿真软件搭建了15自由度高精度四轮轮毂驱动电动汽车模型,并且结合实车数据完成了对模型的参数匹配并对电动汽车模型进行了系统动力学分析,为控制系统设计提供基础。2.设计了一种基于非线性模型预测控制的滑移率控制系统,控制目标包括车辆安全性,良好的驱动和制动性能,同时还考虑了驾驶员舒适性和控制能量问题。其中车辆的安全性目标通过滑移率稳定区间约束实现,同时考虑电机最大力矩时变约束,并且为了防止造成控制问题不可解,还引入了滑移率的松弛变量以及其惩罚项。然后基于AMESim和Simulink联合仿真平台,在多种典型工况下离线验证了滑移率控制系统的有效性。3.提出利用改进型粒子群优化算法来求解非线性模型预测控制优化问题,从而提高非线性模型预测控制的在线计算性能。并搭建了基于d SPACE的实时仿真平台,对所设计的滑移率控制系统进行快速原型实验,验证了控制器的实时性能,为下一步的工程实际应用提供了良好基础。
【关键词】：电动汽车 轮毂电机 滑移率控制 非线性模型预测控制 时变约束 d SPACE
【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】：U469.72;TP273
【目录】：

• 前言4-5
• 摘要5-7
• abstract7-14
• 第1章 绪论14-24
• 1.1 课题背景及研究意义14-15
• 1.2 轮毂驱动电动汽车15-21
• 1.2.1 轮毂驱动电动汽车的结构及特点15-17
• 1.2.2 轮毂驱动电动汽车国外研究现状17-19
• 1.2.3 轮毂驱动电动汽车国内研究现状19-21
• 1.3 电动汽车滑移率控制研究现状21-22
• 1.4 主要研究内容22-24
• 第2章 四轮毂驱动电动汽车整车模型搭建24-43
• 2.1 AMESim软件简介24-26
• 2.2 基于AMESim的电动汽车模型搭建26-37
• 2.2.1 模型结构26-28
• 2.2.2 模型搭建28-37
• 2.3 电动汽车模型动力学分析37-42
• 2.3.1 驱动工况38
• 2.3.2 制动工况38-39
• 2.3.3 双移线工况39-40
• 2.3.4 电动汽车模型的系统特性分析40-42
• 2.4 本章小结42-43
• 第3章 电动汽车滑移率控制系统设计43-60
• 3.1 控制问题分析43-47
• 3.2 面向控制的滑移率控制系统模型47-50
• 3.3 非线性模型预测控制算法50-53
• 3.3.1 NMPC基本原理50-51
• 3.3.2 约束优化问题描述51-53
• 3.4 基于非线性模型预测控制的滑移率控制系统设计53-59
• 3.4.1 控制策略53-55
• 3.4.2 面向控制的离散模型55-57
• 3.4.3 目标函数设计57-59
• 3.5 本章小结59-60
• 第4章 滑移率控制系统仿真测试60-70
• 4.1 驱动工况测试60-65
• 4.1.1 车辆起步61-63
• 4.1.2 车辆加速63-65
• 4.2 制动工况测试65-67
• 4.2.1 易滑路面制动66-67
• 4.2.2 分离路面制动67
• 4.3 双移线工况测试67-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第5章 基于dSPACE的的实时仿真实验70-82
• 5.1 改进型粒子群优化算法70-74
• 5.1.1 PSO算法公式及原理70-71
• 5.1.2 PSO参数选取71-72
• 5.1.3 PSO实现步骤72-74
• 5.2 实时仿真平台搭建74-78
• 5.2.1 dSPACE系统简介74-76
• 5.2.2 DS1006处理器板76-77
• 5.2.3 MicroAutoBox 1401/1505/150777-78
• 5.3 快速原型实验与分析78-81
• 5.4 本章小结81-82
• 第6章 全文总结及工作展望82-84
• 6.1 全文工作总结82-83
• 6.2 未来工作展望83-84
• 参考文献84-90
• 攻读硕士学位期间的研究成果90-92
• 致谢92

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本文编号：707462