輪轂電機(jī)電動汽車實(shí)車平臺及其驅(qū)動控制策略研究.pdf

1、節(jié)能、環(huán)保、安全是汽車未來持續(xù)發(fā)展的方向和永恒主題，輪轂電機(jī)電動汽車因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與驅(qū)動形式越來越受到研究學(xué)者的關(guān)注。與傳統(tǒng)汽車相比，輪轂電機(jī)電動汽車具有顯著的動力學(xué)控制優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在其各輪驅(qū)動轉(zhuǎn)矩獨(dú)立且實(shí)時(shí)可控、電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快且控制精度高這兩個(gè)方面。那么，如何利用這些優(yōu)勢，通過合理的控制輪轂電機(jī)電動汽車驅(qū)動車輪的轉(zhuǎn)矩來提高車輛電氣化連接驅(qū)動行駛的穩(wěn)定性自然就成了目前的一個(gè)重要挑戰(zhàn)和研究熱點(diǎn)。本文正是基于此，對輪轂電機(jī)電動汽車

2、的實(shí)車平臺及其驅(qū)動過程的穩(wěn)定性控制策略進(jìn)行了展開研究。
　　首先，根據(jù)研究需要，設(shè)計(jì)搭建了基于傳統(tǒng)簡易車架的輪轂電機(jī)電動汽車實(shí)車平臺。平臺車設(shè)計(jì)先從總體架構(gòu)層面上對整車的電子控制系統(tǒng)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)通訊架構(gòu)進(jìn)行了定義，然后對整車的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、動力電池、懸架轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等關(guān)鍵子系統(tǒng)進(jìn)行了獨(dú)立設(shè)計(jì)，經(jīng)匹配、校核、組裝、加工，完成輪轂電機(jī)電動汽車實(shí)車平臺的搭建。
　　其次，根據(jù)實(shí)車平臺物理結(jié)構(gòu)及參數(shù)，基于CarSim傳統(tǒng)車模型，

3、經(jīng)動力系統(tǒng)等修改建立了輪轂電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動電動汽車整車模型，并設(shè)置了整車與電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的接口。在電機(jī)參數(shù)及其數(shù)學(xué)模型分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Simulink建立了基于特性查表的轉(zhuǎn)矩PI控制的電機(jī)動力學(xué)模型。根據(jù)所定義的接口，通過制定基于車速跟隨PID控制以獲取總驅(qū)動力的整車驅(qū)動行駛策略，聯(lián)合CarSim/Simulink搭建了通用的輪轂電機(jī)電動汽車仿真測試平臺，并對其進(jìn)行了直駛能力及轉(zhuǎn)向能力的驗(yàn)證，同時(shí)進(jìn)一步對汽車在直線加速及轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性工況下常態(tài)

4、行駛的動態(tài)性能進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證表明了該平臺的準(zhǔn)確性。
　　再次，基于分層結(jié)構(gòu)控制思想，設(shè)計(jì)了整車驅(qū)動控制策略。整個(gè)策略上層采用模塊化設(shè)計(jì)且分工明確，集成了車輛參考模型、失穩(wěn)判定模塊、總驅(qū)動力制定模塊、橫擺力矩決策模塊、滑轉(zhuǎn)率控制模塊等五大模塊。車輛參考模型負(fù)責(zé)給其他控制模塊提供參考信號，為使其能與CarSim的整車模型相匹配，選用了遺傳算法對其參數(shù)進(jìn)行了辨識。失穩(wěn)判定模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)地判斷車輛運(yùn)行過程的穩(wěn)定性狀態(tài)，為不使驅(qū)動穩(wěn)定性控制

5、系統(tǒng)頻繁無故的啟動，設(shè)計(jì)了基于相平面法聯(lián)合橫擺角速度偏差門限值法的車輛失穩(wěn)判定方法?？傭?qū)動力制定模塊則負(fù)責(zé)獲得車輛行駛需求的總驅(qū)動力，并對設(shè)定目標(biāo)車速的穩(wěn)定自適應(yīng)跟蹤。橫擺力矩決策模塊主要在車輛發(fā)生失穩(wěn)的情況下決策出調(diào)節(jié)車輛穩(wěn)定所需的橫擺力矩，考慮魯棒性，基于滑模理論，分別設(shè)計(jì)了以車身橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角為控制變量并考慮其誤差變化率的二階滑?？刂破?，為了消除兩控制變量之間的耦合影響，設(shè)計(jì)了一個(gè)耦合協(xié)調(diào)控制策略，通過加權(quán)得到橫擺力矩?；?/p>

6、轉(zhuǎn)率控制模塊則負(fù)責(zé)保證車輛運(yùn)行時(shí)車輪不發(fā)生滑轉(zhuǎn)，一旦車輪滑轉(zhuǎn)，基于模糊算法的滑轉(zhuǎn)率控制器則開始工作，從而提高整車行駛的穩(wěn)定性。下層驅(qū)動力分配層則負(fù)責(zé)將獲得的總驅(qū)動力、橫擺力矩及滑轉(zhuǎn)率控制力矩實(shí)時(shí)分配給每個(gè)驅(qū)動車輪?；谵D(zhuǎn)矩規(guī)則分配，對設(shè)計(jì)的驅(qū)動控制策略進(jìn)行角階躍及雙移線工況的仿真試驗(yàn)，結(jié)果表明：相比無控制情況及橫擺角速度單變量橫擺力矩滑?？刂茣r(shí)，設(shè)計(jì)的驅(qū)動綜合控制策略能更加有效提高車輛的操縱穩(wěn)定性和行駛安全性，驗(yàn)證了驅(qū)動控制策略的有效性

7、及其對工況的適應(yīng)性。
　　然后，對上層獲得的三種力矩在下層的有效分配問題進(jìn)行了研究，提出了基于動態(tài)載荷因子的分配方法及基于穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)矩優(yōu)化分配方法，前者以動態(tài)載荷因子為分配系數(shù)，充分考慮了汽車行駛過程的載荷轉(zhuǎn)移問題；后者以各個(gè)輪胎利用率之和最小為優(yōu)化目標(biāo)，并考慮載荷轉(zhuǎn)移、路面附著條件限制以及電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出限制等因素，實(shí)時(shí)地將上層獲得的三種力矩由有效集算法解算并最優(yōu)分配給每個(gè)車輪。與轉(zhuǎn)矩規(guī)則分配方法相比，三種算法在Fishhook及蛇