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四轮独立驱动电动汽车转矩协调控制研究

四轮独立驱动电动汽车转矩协调控制研究

引用

作者：甄成聪天津科技大学

学位级别：硕士

电动汽车由于具有节约能源、减少有害气体排放的优势,在汽车行业中得到快速发展。四轮独立驱动电动汽车通常将驱动电机安装在车轮内或者车轮附近,具有传输链短,结构紧凑,传输效率高,驱动车轮独立可控的优点。然而,四轮独立驱动电动汽车... 详细信息

电动汽车由于具有节约能源、减少有害气体排放的优势,在汽车行业中得到快速发展。四轮独立驱动电动汽车通常将驱动电机安装在车轮内或者车轮附近,具有传输链短,结构紧凑,传输效率高,驱动车轮独立可控的优点。然而,四轮独立驱动电动汽车同轴两侧电机的转矩响应差异以及两侧车轮的附着能力不同会导致直线行驶状况下车辆稳定性变差。因此,本文针对同轴电机相位角度差(Difference of Phase Angle,DPA)和复杂路面对四轮独立驱动电动汽车直线行驶稳定性影响的问题展开了研究。首先,根据开关磁阻电机的数学模型、转矩控制原理以及设计的平均转矩估计器建立了基于转矩、电流双闭环控制的开关磁阻电机驱动系统模型。在Car Sim中根据整车的结构参数、传动系统、转向系统等建立了外部电机驱动的整车模型。在MATLAB环境下,基于开关磁阻电机驱动系统模型和Car Sim整车模型搭建了四轮独立驱动电动汽车整车模型,并且验证了所建立的整车模型的加速性能和直线行驶车辆稳定性能。其次,分析了车辆同轴开关磁阻电机间DPA对直线行驶车辆稳定性的影响;提出了一种基于同轴电机间DPA控制的四轮独立驱动电动汽车的转矩协调控制策略。为了解决DPA导致同轴车轮驱动转矩存在响应差异的问题,建立了考虑汽车横摆角速度指标的DPA控制系统,设计了响应更快的DPA计算器和四轮驱动模式下的电机控制选择器。通过基于DPA控制的联合仿真模型,验证了所提出的控制策略在四轮驱动和两轮驱动模式下的有效性。最后,为了提高四轮独立驱动电动汽车的路面适应性,增强汽车抵抗行驶不稳定风险的能力,提出了一种适应复杂路面的基于滑转率和横摆角速度控制的直线行驶车辆稳定性控制策略,设计了基于滑模控制原理的横摆运动控制器以及基于模糊PI控制的驱动防滑控制器。通过横摆运动控制器和驱动防滑控制器,得到了维持汽车稳定运行的附加横摆力矩和驱动防滑力矩。为了提高直线行驶车辆行驶稳定性,提出了一种在保证驱动车轮不发生过度滑转的情况下对汽车进行横摆运动控制的转矩协调控制策略。为了检验所提出的控制策略的有效性,搭建了直线行驶车辆稳定性控制联合仿真平台,选择了对接路面和对开路面两种路况进行仿真研究。仿真结果显示,提出的直线行驶车辆稳定性控制策略能够有效地协调每个车轮的转矩,提高直线行驶车辆稳定性。

关键词：电动汽车四轮独立驱动开关磁阻电机相位角度差直线行驶车辆稳定性

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四轮独立驱动电动汽车操纵稳定性控制

四轮独立驱动电动汽车操纵稳定性控制

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作者：宋虎翼天津科技大学

学位级别：硕士

电动汽车是目前汽车市场发展的重要方向,其能耗低、污染小的优点使其在汽车行业得到了越来越多的关注。四轮独立驱动电动汽车具有传动链短、传动效率高、结构紧凑、控制效率高等优点,并且在制动工况下时,可以回收一部分的制动能量,将电... 详细信息

电动汽车是目前汽车市场发展的重要方向,其能耗低、污染小的优点使其在汽车行业得到了越来越多的关注。四轮独立驱动电动汽车具有传动链短、传动效率高、结构紧凑、控制效率高等优点,并且在制动工况下时,可以回收一部分的制动能量,将电机制动力与机械制动力协调分配输出。然而,电动汽车同轴两侧电机不一致的相位角度和各个车轮的不同附着能力会导致其直线行驶稳定性受到挑战。为了改善以上问题,本文对同轴两侧电机相位间的角度差(Difference of Phase Angle,DPA)以及电动汽车的直线行驶操纵稳定性问题进行了研究分析。首先,依据数学模型和控制原理搭建了开关磁阻电机驱动系统模型。在Car Sim中建立了传动系统、悬架系统、制动系统、转向系统模型,在分布式驱动电动汽车上设置结构参数。最后,基于电机驱动系统模型和整车模型建立了电动汽车整车模型。其次,分析了四轮独立驱动电动汽车同轴两侧开关磁阻电机之间DPA对汽车直线行驶稳定性的影响,提出了一种根据横摆角速度设定阈值的DPA控制策略。为了减小电机间的DPA对汽车直线行驶稳定性造成的影响,设计了DPA控制系统。最后分别在低速和中高速工况下进行联合仿真验证,验证了DPA控制策略的有效性。然后,分析了复杂路面工况下,道路附着系数较低或不一致对四轮独立驱动电动汽车行驶稳定性的影响。提出了以横摆角速度与滑转率为控制目标的控制策略,分别得到驱动力矩、附加横摆力矩、驱动防滑力矩并将转矩协调分配到四个驱动车轮上。为了验证控制策略的有效性,在复杂路面工况下进行仿真验证,仿真结果显示,控制策略能够有效提高汽车的直线行驶稳定性。最后,分析了四轮独立驱动电动汽车的制动安全性与经济性问题,采用串联制动的方式并基于汽车系统动力学模型、驾驶员模型、动力电池模型搭建了整车制动控制系统模型,提出了一种分段制动力分配方案,并增加了横摆运动控制器。在典型路面工况下进行联合仿真验证,仿真结果表明所设计的操纵稳定性转矩协调控制系统不仅能满足驾驶员的制动意图,保证了制动时的稳定性,同时能进一步提高制动能量的回收效率。

关键词：电动汽车相位角度差开关磁阻电机转矩协调控制复合制动

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