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轮毂电机驱动电动汽车双横臂前悬架运动学优化

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汽车工程 2021年第3期43卷 305-312页

作者：王军年刘鹏杨钫靳立强付铁军吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130025 中国第一汽车集团有限公司新能源开发院长春130011

基于传统汽车底盘平台进行电动轮驱动改型时,轮毂电机的布置将导致悬架硬点坐标的改变,从而严重影响悬架运动学特性,为此须对电动轮驱动改型车悬架系统进行优化设计。以某传统车底盘平台的双横臂前悬架运动学特性为优化目标,根据参数灵... 详细信息

基于传统汽车底盘平台进行电动轮驱动改型时,轮毂电机的布置将导致悬架硬点坐标的改变,从而严重影响悬架运动学特性,为此须对电动轮驱动改型车悬架系统进行优化设计。以某传统车底盘平台的双横臂前悬架运动学特性为优化目标,根据参数灵敏度分析结果,提出两步优化方案,即首先进行主销定位参数的优化,而后再进行前轮外倾角和前轮前束角的优化。利用ISIGHT软件和全局非归一化的多目标遗传优化算法NSGA-II得到的悬架参数优化解集在ADAMS/Car平台下进行了验证。结果表明,悬架运动学特性得到较大幅度的改善,特性曲线与原型车悬架K特性实验结果基本一致。证明了该优化方法的可行性,确保了改型后电动汽车的操纵稳定性受安放轮毂电机的影响较小。

关键词：轮毂电机驱动电动汽车双横臂悬架灵敏度分析优化悬架运动学特性

轮毂电机驱动电动汽车耦合动力学特性参数灵敏度分析

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科学技术与工程 2015年第28期35卷 78-87页

作者：鲁超谭迪刚宪约山东理工大学交通与车辆工程学院淄博255049

以两后轮轮毂电机驱动电动汽车为研究对象,考虑车辆动力学纵向、横向和垂向的主要耦合因素,建立了整车16自由度非线性耦合动力学模型;并基于Adams/Car对模型的正确性进行了验证。在此基础上,以侧向加速度、横摆角速度、侧倾角、俯仰角... 详细信息

以两后轮轮毂电机驱动电动汽车为研究对象,考虑车辆动力学纵向、横向和垂向的主要耦合因素,建立了整车16自由度非线性耦合动力学模型;并基于Adams/Car对模型的正确性进行了验证。在此基础上,以侧向加速度、横摆角速度、侧倾角、俯仰角、垂向加速度及轮毂电机定转子间的相对位移为评价指标,对前后悬架刚度、车身与电机质量比、定转子质量比、轴承与轮胎刚度比对动力学评价指标的影响进行分析。在分析各项系统参数对动力学评价指标影响的基础上,采用扰动法对各项系统参数进行灵敏度分析。结果表明,对侧向加速度和横摆角速度影响最大的均为定转子质量比,灵敏度分别为4×10-3和1.21×10-2;前悬架刚度对侧倾角和垂向加速度的影响最大,灵敏度分别为2.69×10-2和2.06×10-2;后悬架刚度对俯仰角的影响最大,灵敏度为2.9×10-3;定转子质量比对两轮毂电机定转子间的相对位移最为敏感,灵敏度分别为9.550 2×10-7和1.007 3×10-6。为后续轮毂电机驱动电动汽车结构参数优化设计及动力学控制的进一步研究奠定了理论基础。

关键词：轮毂电机驱动电动汽车耦合动力学灵敏度

考虑轮胎弛豫特性的轮毂电机驱动电动汽车鲁棒自适应驱动防滑控制

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机械工程学报 2023年第14期59卷 222-236页

作者：沈童殷国栋任彦君王凡勋梁晋豪沙文瀚东南大学机械工程学院南京211189 奇瑞新能源汽车股份有限公司电控与架构部芜湖241000

针对轮毂电机驱动电动汽车驱动防滑控制问题,充分考虑轮胎弛豫特性对加速舒适性的影响,提出一种基于线性参数时变-鲁棒保性能极点配置的驱动防滑控制方法。阐述轮胎弛豫特性与传统稳态车轮旋转动力学的耦合机理,指出弛豫特性是造成的滑... 详细信息

针对轮毂电机驱动电动汽车驱动防滑控制问题,充分考虑轮胎弛豫特性对加速舒适性的影响,提出一种基于线性参数时变-鲁棒保性能极点配置的驱动防滑控制方法。阐述轮胎弛豫特性与传统稳态车轮旋转动力学的耦合机理,指出弛豫特性是造成的滑移率振荡的原因,并依此建立弛豫车轮旋转动力学模型。为了抑制车轮滑转的同时降低弛豫特性对纵向舒适性的影响,基于保性能极点配置方法设计驱动防滑控制系统。针对模型中存在的摄动参数与时变参数,构建鲁棒控制-增益调度策略保证滑移率跟踪的稳定性。数值仿真和实车试验结果表明,所设计的驱动防滑控制系统可以实现任意路面附着与初始车速下车轮滑移率的自适应控制,具有较强的鲁棒性。与传统的驱动防滑控制系统相比,其对车身加速度振荡的抑制更加明显,提高轮毂电机驱动电动汽车的纵向稳定性和加速舒适性。

关键词：轮毂电机驱动电动汽车驱动防滑控制轮胎弛豫特性鲁棒控制

轮毂电机驱动电动汽车自适应巡航系统跟驰控制策略研究

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轮毂电机驱动电动汽车自适应巡航系统跟驰控制策略研究

作者：冯秋实东北林业大学

学位级别：硕士

汽车自适应巡航控制系统(Adaptive Cruise Control,ACC)作为高级辅助驾驶系统(Advanced Driving Assistant System,ADAS)的主要组成部分,能够在复杂的道路环境中有效识别前方跟车目标,在保证车辆跟车安全性基础上,缓解驾驶员疲劳,降低... 详细信息

汽车自适应巡航控制系统(Adaptive Cruise Control,ACC)作为高级辅助驾驶系统(Advanced Driving Assistant System,ADAS)的主要组成部分,能够在复杂的道路环境中有效识别前方跟车目标,在保证车辆跟车安全性基础上,缓解驾驶员疲劳,降低追尾事故率。论文以轮毂电机驱动电动汽车为研究对象,提出了考虑自车速度与两车相对车速的可变车间时距算法,采用分层式控制策略设计自适应巡航控制系统的跟驰控制策略,基于模型预测控制算法设计上层控制器,基于PID控制算法设计下层控制器。利用Matlab/Simulink与Carsim软件建立联合仿真模型,进行仿真实验,对所设计的自适应巡航控制系统的跟驰控制策略进行验证。论文的主要研究内容如下:将自适应巡航控制系统工作模式划分为定速巡航模式与跟车巡航模式,提出定速/跟车巡航切换策略。在传统车间时距算法基础上,提出改进可变车间时距(VTH)算法,综合考虑了自车速度与两车相对速度的影响,设置了匀速工况与复合工况两种工况,进行仿真实验,对所提出的改进可变车间时距算法进行验证。提出分层式自适应巡航控制系统跟驰控制策略,基于模型预测控制理论,建立ACC系统多目标优化的上层控制器,确定了模型预测控制器的性能指标和系统约束条件,引入反馈机制对ACC系统预测模型进行修正,引入松弛因子对其求解可行域进行扩展。将系统目标优化问题转化为约束二次规划问题,求解出车辆期望加速度。进行仿真实验,对所设计上层控制器的跟车性与响应速度进行验证。建立汽车纵向动力学模型、逆纵向动力学模型以及包含轮毂电机模型的轮毂电机驱动电动汽车动力学模型。基于PID控制理论,设计ACC系统下层控制器,提出了轮毂电机驱动力矩分配策略,完成ACC系统对前车加速度的跟踪,实现跟驰控制。选取C级掀背车,利用Matlab/Simulink与Carsim软件,建立ACC系统跟驰控制策略联合仿真模型,设定了匀速、紧急制动、变速、变加速、变减速、城市循环六种行驶工况,对所设计的自适应巡航控制系统进行仿真实验,结果表明,论文所提出的自适应巡航控制系统的跟驰控制策略可以较好的实现速度响应与跟踪控制,具有良好的跟车性。论文研究成果可以为ACC系统研究提供理论及实践依据。

关键词：跟驰控制自适应巡航轮毂电机驱动电动汽车模型预测控制力矩分配

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轮毂电机驱动电动汽车悬置构型平顺性研究

轮毂电机驱动电动汽车悬置构型平顺性研究

作者：李国珊山东科技大学

学位级别：硕士

近年来,因能源日益欠缺与环境质量逐渐降低,既环保又节能的电动汽车变成全球汽车业关注的焦点,而电动汽车中轮毂电机驱动电动汽车因具有空间使用度大、传动效率高、控制智能化等独特优势得到了巨大的关注。但是,因在车轮内部集成轮毂电... 详细信息

近年来,因能源日益欠缺与环境质量逐渐降低,既环保又节能的电动汽车变成全球汽车业关注的焦点,而电动汽车中轮毂电机驱动电动汽车因具有空间使用度大、传动效率高、控制智能化等独特优势得到了巨大的关注。但是,因在车轮内部集成轮毂电机等元件,使汽车非簧载质量过大,汽车垂向性能指标在车轮共振峰值相邻部分衰减,对电动汽车平顺性不利。另外,轮毂电机垂向激励与路面激励叠加后加剧车身振动,并进一步恶化振动激励,不利于车辆平顺性和轮胎接地安全性。因此,研究双重激励下轮毂电机悬置构型对平顺性影响及如何减小其垂向振动负效应已经成为轮毂电机驱动电动汽车未来研究中的焦点问题。针对上述由于轮毂电机引入电动汽车使车辆平顺性降低的问题,基于不同电动汽车构型对平顺性影响规律,分析了将轮毂电机作为动态吸振器的可行性和影响因素,搭建了电机定子悬置和整体悬置两种方案模型,并通过对两种悬置构型进行平顺性比较分析得到较优构型为电机整体悬置型,对比了电机整体悬置构型主被动控制下平顺性表现,研究了电机整体悬置构型中影响平顺性关键部件并应用多目标优化算法得到满足的匹配参数,最后分析了优化效果。论文主要研究内容如下:（1）电动汽车悬置构型方案的分析。对现有电动汽车车轮的结构及存在的问题分析,分别建立传统集中电机式驱动电动汽车和常规轮毂电机驱动电动汽车1/4车辆模型进行平顺性仿真。然后加入动态吸振器分析较常规型轮毂电机电动汽车平顺性能的提升,并且分析吸振器质量元件和电机剩余非簧载质量影响车辆平顺性的规律,得到二者较优的质量区间,根据所得到的质量影响规律,分别搭建电机定子悬置构型和电机整体悬置构型,为后续悬置构型方案的平顺性研究提供方向。（2）悬置构型平顺性影响分析和优选比较。首先分析电机振动对车辆平顺性产生的影响,并对两种悬置构型进行优选比较,构型选优过程包括路面和电机双重激励影响分析、车速影响分析、定转子相对位移影响分析和振动路径传递率分析四部分。根据选优比较结果得到较优悬置构型,为后续进一步对悬置构型优化研究提供对象。（3）主被动控制悬置构型平顺性性能分析。首先分析求解不同频率下系统各个主振型,得到一阶至四阶主振型中起主要作用的不同部分。然后根据得到主要振动质量块连接件,以降低振动负效应为目的,使用以直线电机为作动器的主动悬架并采用天棚控制策略,与使用被动悬架的较优悬置构型对比平顺性能,并将电机振动加速度纳入评价指标。（4）悬置构型方案的优化。首先对较优悬置构型系统参数进行灵敏度分析,得到对车辆平顺性影响最大的关键部件。然后分析关键部件中结构参数对各平顺性指标影响规律。为避免引起共振,根据建议参数取值范围,通过改进的基于Pareto最优解的NSGA-Ⅱ算法对关键部件参数进行多目标优化,并仿真对比验证有效性,结果表明平顺性得到改善。研究结果对双重激励下轮毂电机驱动电动汽车平顺性改进具有一定的参考意义。

关键词：轮毂电机驱动电动汽车悬置构型选优双重激励平顺性

轮毂电机驱动电动汽车状态和参数估计方法研究

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轮毂电机驱动电动汽车状态和参数估计方法研究

作者：陈瑶重庆大学

学位级别：硕士

随着环境、能源对汽车提出的挑战越来越严峻，开发以电动汽车为首的绿色环保汽车成为世界的研究热点。轮毂电机驱动电动汽车由于其动力布置灵活，取消了传统的机械传动系统，且轮毂电机转矩响应比内燃机快速而精确，更容易实现底盘集成... 详细信息

随着环境、能源对汽车提出的挑战越来越严峻，开发以电动汽车为首的绿色环保汽车成为世界的研究热点。轮毂电机驱动电动汽车由于其动力布置灵活，取消了传统的机械传动系统，且轮毂电机转矩响应比内燃机快速而精确，更容易实现底盘集成控制。然而，由于轮毂电机的引入，导致轮边驱动电动汽车的非簧载质量增大，使得整车稳定性、安全性、舒适性等发生改变。在对汽车进行稳定性控制、主动安全性控制时，通常需要实时获知部分车辆状态，如质心侧偏角、横摆角速度、纵向车速、侧倾角等作为决策控制的状态反馈，单凭依靠车载传感器难以完全获取车辆的各种状态信号。为了解决由于测量困难及成本限制带来的状态信息获取不完整性的问题，以轮毂电机驱动电动汽车为研究对象，对其行驶过程中进行了状态和参数的辨识研究，主要开展了以下几部分内容：①建立轮毂电机驱动电动汽车的仿真模型。以某纯电动汽车为平台开发轮毂电机驱动系统，通过MATLAB/Simulink和商用软件CarSim联合仿真的方式建立轮毂电机驱动电动汽车的整车仿真模型。②车辆底盘集成控制的关键状态估计。准确、实时地获取汽车行驶状态参数是实现汽车稳定性、主动安全性控制的前提，建立三自由度的车辆估计模型，采用扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波及强跟踪滤波算法对车辆行驶的状态进行估计，通过虚拟仿真软件，选择单移线工况对估计算法准确性的进行验证。③估计算法的改进。在原有状态估计结果的基础上，通过建立更完整的状态估计模型和引入噪声统计估值器，采用两个扩展卡尔曼滤波器对车辆行驶状态及参数进行估计，仿真结果表明，模型的改进使估计器能够估计更多的状态，算法的改进使估计结果具有更高的精度。④路面附着系数的估计。利用原有状态及参数估计结果，采用扩展卡尔曼滤波算法对车辆行驶的路面附着系数进行估计。

关键词：轮毂电机驱动电动汽车状态估计参数估计扩展卡尔曼滤波

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轮毂电机驱动电动汽车的转向性能分析与优化

轮毂电机驱动电动汽车的转向性能分析与优化

作者：张风长沙理工大学

学位级别：硕士

随着各国政府对环境与能源两个危机的重视,电动汽车被认为是未来汽车工业发展的重要方向。轮毂电机驱动电动汽车因其结构紧凑、传动效率高、转矩分配灵活等优点,成为电动汽车的一个研究热点。但是,由于在轮毂上安装驱动电机后,会导致簧... 详细信息

随着各国政府对环境与能源两个危机的重视,电动汽车被认为是未来汽车工业发展的重要方向。轮毂电机驱动电动汽车因其结构紧凑、传动效率高、转矩分配灵活等优点,成为电动汽车的一个研究热点。但是,由于在轮毂上安装驱动电机后,会导致簧下质量增加较大,且轮毂电机的安装也给悬架的结构空间带来了挑战,设计不合理的悬架会严重影响轮毂电机驱动电动汽车的操纵稳定性。因此,开展轮毂电机驱动电动汽车的转向性能研究具有十分重要的意义。首先,在可利用的设计空间中,初步设计了适合轮毂电机驱动的前悬架转向节结构和初步确定了关键硬点的坐标值,然后根据轮毂电机驱动电动汽车的整车参数,利用动力学软件Adams/Car建立车辆仿真模型。然后,通过对转向回正力矩计算模型的分析,建立了转向力矩、残留横摆角速度与主销后倾角及主线内倾角的函数关系,并通过数值分析研究了主销后倾角及主销内倾角对转向力矩的影响机理。结果表明,主销后倾角和主销内倾角的增大都会导致转向力矩的增大,从而影响车辆的转向性能。通过对转向力矩、残留横摆角速度与主销后倾角及主线内倾角的函数关系,建立以转向轻便性为优化目标,以转向回正性为约束条件的车轮定位参数优化模型。利用Isight和Adams/Car集成优化平台对转向节的硬点坐标值进行参数优化,并根据优化后的悬架硬点修改仿真模型。依据国家标准,通过仿真模型分别进行了转向回正试验和转向轻便性试验,详细对比了优化前后的转向性能。仿真结果表明,优化后的转向回正性能与转向轻便性能得到了较大提高。最后,根据优化结果试制了悬架的转向节,利用实车分别进行了转向回正试验和转向轻便性试验。实验结果表明,优化后的转向回正性能与转向轻便性能得到改善,进一步验证了优化结果的有效性。同时,通过对比数值仿真与实车试验的转向性能,验证了所建立车辆动力学模型的精度。

关键词：轮毂电机驱动电动汽车悬架设计参数优化车轮定位参数转向性能

轮毂电机驱动电动汽车横向稳定性抗饱和协同控制

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轮毂电机驱动电动汽车横向稳定性抗饱和协同控制

作者：俞佳栋长沙理工大学

学位级别：硕士

为解决传统汽车带来的能源危机和环境污染问题,各国政府越来越注重电动汽车的研发。由于轮毂电机驱动电动汽车具有传动短、车轮转矩独立可控、车辆动力学控制自由等优点,已成为电动汽车发展的重要方向。但是,如何充分发挥分布式驱动的优... 详细信息

为解决传统汽车带来的能源危机和环境污染问题,各国政府越来越注重电动汽车的研发。由于轮毂电机驱动电动汽车具有传动短、车轮转矩独立可控、车辆动力学控制自由等优点,已成为电动汽车发展的重要方向。但是,如何充分发挥分布式驱动的优势,提高车辆极限工况下的主动安全性,仍需要对车辆横向稳定性评价、控制方法开展深入研究。本文研究创新点主要包括以下两个方面:1)为解决轮毂电机输出转矩的幅值和响应速度存在饱和的问题,结合二阶嵌套饱和模型提出抗饱和模糊滑模控制器;2)为减小主动安全控制系统的介入感来提升乘坐舒适性,提高车辆动力学稳定性,提出基于平衡转矩矢量和差动制动的转矩分配协同控制策略。首先,以期望质心侧偏角和横摆角速度为控制目标,针对轮毂电机输出转矩饱和与响应速度受限问题,建立基于抗饱和模糊滑模控制策略的横向稳定性上层控制器。通过AMEsim和MATLAB/Simulink联合仿真结果表明,所提出的控制策略能严格限制直接横摆力矩的幅值与变化速率,提高了转矩分配控制可靠性。其次,在质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面双线法的基础上,基于非线性偏最小二乘回归方法,提出稳定性边界参数关于车速、前轮转角和路面附着系数的建模方法。精度分析结果证明,所提出方法的建模精度高,能为后续的转矩分配协调控制提供决策依据。再次,为减小主动安全控制系统的介入感,提高极限工况下的安全行,提出基于平衡转矩矢量分配和差动制动的转矩分配协同控制方法。两种分配方法的权值系数根据车辆失稳风险动态调整。最后,通过数值仿真和硬件在环仿真试验开展了控制性能验证,结果证明,所提出的抗饱和控制策略能可靠实现直接横摆力矩;所提出协调控制策略能提高车辆极限工况下的安全性和乘坐舒适性。

关键词：轮毂电机驱动电动汽车横向稳定性抗饱和转矩分配协同控制

轮毂电机驱动电动汽车转向工况下的转矩分配策略研究

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轮毂电机驱动电动汽车转向工况下的转矩分配策略研究

作者：王东涛长沙理工大学

学位级别：硕士

环境污染和能源危机迫使人们寻求高效、清洁的绿色汽车。纯电动汽车在这种背景下应运而生,其中轮毂电机驱动电动汽车由于其传动效率高、空间利用率大,并且四个车轮都能实现独立控制,在提高汽车主动安全性方面存在较大潜力而备受关注。... 详细信息

环境污染和能源危机迫使人们寻求高效、清洁的绿色汽车。纯电动汽车在这种背景下应运而生,其中轮毂电机驱动电动汽车由于其传动效率高、空间利用率大,并且四个车轮都能实现独立控制,在提高汽车主动安全性方面存在较大潜力而备受关注。然而轮毂电机驱动电动汽车没有机械式差速器,且每个车轮可独立驱动车辆行驶,因此需要差速控制来协调车轮转矩,避免轮胎磨损过快。与此同时,车辆高速转向行驶时不仅需要协调车轮的转速,避免轮胎过快磨损,还来避免侧滑、甩尾、激转等横向失稳事故。为了解决上述问题,本文首先根据轮毂电机驱动电动汽车的发展过程,分析了国内外学者在电子差速控制、横向稳定性控制等方面的研究现状。根据车辆动力学理论,建立了七自由度车辆动力学模型,并验证了其转向工况下的动力学响应有效性。然后针对以车轮转速为目标的电子差速控制策略存在的不足,提出了适合不同车速和行驶工况的多模式电子差速控制策略。该控制策略具有控制策略简单、适应车速宽的优点,不仅能进行内外侧车轮转矩调整,而且能实现四轮驱动模式和两轮驱动模式的适时切换。通过数值仿真,验证了所提出控制策略的有效性。针对高速转向易失稳的问题,采用分层控制控制结构实现横向稳定性控制,改善车辆操纵稳定性。首先,设计了基于状态观测的H∞车身稳定性控制器,计算调整车辆行驶姿态的直接横摆力矩;结合分布式驱动特点,提出了集成差动制动和差动驱动的直接横摆力矩的转矩分配策略,以及驱动模式切换方法。通过数值仿真,提出的控制策略能确保高速转向工况下车辆的操纵稳定性。

关键词：轮毂电机驱动电动汽车电子差速横向稳定性控制转矩分配策略