四輪驅(qū)動電動汽車動力學(xué)理論與控制研究.pdf

1、本論文研究來源于863電動汽車重大專項(xiàng)計(jì)劃。論文以基于輪轂電機(jī)的四輪驅(qū)動電動汽車為研究對象，以提高汽車的經(jīng)濟(jì)性和安全性為目標(biāo)，針對四輪驅(qū)動電動汽車的輪轂電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和選型方法、旨在改善經(jīng)濟(jì)性的轉(zhuǎn)矩動態(tài)分配控制，以及驅(qū)動防滑控制進(jìn)行了深入的研究和分析。論文研究成果是對四輪驅(qū)動電動汽車動力學(xué)控制的初步探索，有利于推動四輪驅(qū)動電動汽車動力平臺的產(chǎn)業(yè)化。論文共分五章，主要研究內(nèi)容如下：第一章是緒論。詳細(xì)介紹和分析了基于輪轂電機(jī)的四輪

2、驅(qū)動電動汽車動力系統(tǒng)的特征，并將其與機(jī)械式四輪驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行了對比分析。綜述了國內(nèi)外在四輪驅(qū)動電動車領(lǐng)域的動力學(xué)理論與控制研究進(jìn)展，并指出了本文的主要研究內(nèi)容。第二章提出了輪轂電機(jī)驅(qū)動電動汽車的輪轂電機(jī)的匹配設(shè)計(jì)和選型方法。以滿足汽車動力性指標(biāo)為目標(biāo)提出了電機(jī)匹配原則，并應(yīng)用該匹配設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了四例國內(nèi)外研制成功的輪轂電機(jī)驅(qū)動電動車的輪轂電機(jī)選型，說明了匹配設(shè)計(jì)原則的合理性。第三章創(chuàng)新性的提出了旨在改善經(jīng)濟(jì)性的轉(zhuǎn)矩動態(tài)控制策略

3、。研究了最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配控制、驅(qū)動/制動模式切換控制、統(tǒng)一模糊控制和聯(lián)合模糊控制四種轉(zhuǎn)矩動態(tài)分配控制方法，通過對各種駕駛循環(huán)的仿真分析考察了各種動態(tài)分配控制經(jīng)濟(jì)性改善的效果，并對比分析各種轉(zhuǎn)矩分配方法的優(yōu)缺點(diǎn)。其中，在最優(yōu)轉(zhuǎn)矩動態(tài)分配控制中提出了以效率最大化為目標(biāo)確定最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)矩陣的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，在模糊控制的模糊推理規(guī)則的確定中采用了自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的方法。第四章主要研究了基于模型跟蹤控制的電動汽車的驅(qū)動防滑和制動防抱死

4、控制問題。研究過程中建立了非線性九自由度整車非線性動力學(xué)模型，建設(shè)了基于Matlab/Simulink軟件和dSPACE的軟硬件的半實(shí)物仿真試驗(yàn)平臺，為動力學(xué)分析和控制策略開發(fā)調(diào)試奠定了基礎(chǔ)。系統(tǒng)闡述了模型跟蹤控制實(shí)現(xiàn)驅(qū)動防滑控制和制動防抱死控制的基本原理，通過基于單輪動力學(xué)模型的全數(shù)字仿真和半實(shí)物仿真分析了模型跟蹤控制的有效性，并利用九自由度非線性動力學(xué)模型考察了彎道制動工況下模型跟蹤控制對改善整車穩(wěn)定性的作用。第五章對

5、全文進(jìn)行了總結(jié)，提出了論文的創(chuàng)新點(diǎn)，并指出需要進(jìn)一步完善和開展的研究內(nèi)容。論文研究主要得到以下結(jié)論：第一，以滿足動力性指標(biāo)進(jìn)行輪轂電機(jī)的選型設(shè)計(jì)是非常合理的，本文的設(shè)計(jì)選型方法可以應(yīng)用于電動汽車電機(jī)及其傳動系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)。第二，通過轉(zhuǎn)矩動態(tài)分配控制能夠明顯改善汽車的經(jīng)濟(jì)性。本文提出的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配控制、驅(qū)動/制動模式切換控制以及統(tǒng)一模糊控制和聯(lián)合模糊控制兩種模糊分配控制策略都能夠有效提高能量總體利用效率，改善經(jīng)濟(jì)性。第三，

6、模型跟蹤控制對汽車驅(qū)動防滑控制和制動防抱死控制非常有效，對彎道制動工況下的車輛穩(wěn)定性也具有明顯的改善作用。第四，半實(shí)物仿真試驗(yàn)平臺和九自由度非線性整車動力學(xué)在控制策略開發(fā)和控制效果檢驗(yàn)和分析中發(fā)揮重要作用，是進(jìn)行汽車動力學(xué)控制研究與開發(fā)的基礎(chǔ)。論文創(chuàng)新點(diǎn)如下：(1)突破以往轉(zhuǎn)矩分配控制研究目標(biāo)，系統(tǒng)的提出旨在改善經(jīng)濟(jì)性的轉(zhuǎn)矩動態(tài)分配控制思想，能夠在無需改變和增加任何硬件的條件下，僅僅通過分配控制實(shí)現(xiàn)3％左右經(jīng)濟(jì)性改善效果。

7、(2)根據(jù)轉(zhuǎn)矩動態(tài)分配控制改善的思想，建立了轉(zhuǎn)矩分配控制的理論基礎(chǔ)，提出了最優(yōu)轉(zhuǎn)矩動態(tài)分配控制、驅(qū)動/制動模式切換控制和模糊轉(zhuǎn)矩分配控制三類控制方法，都取得明顯的經(jīng)濟(jì)性改善效果，算法有效。(3)提出了驅(qū)動防滑的模型跟蹤控制控制方法，并通過直線驅(qū)動和制動，彎道制動的數(shù)字仿真和半實(shí)物仿真驗(yàn)證了算法在實(shí)現(xiàn)驅(qū)動防滑控制、制動防抱死控制和提高汽車穩(wěn)定性方面的有效性。關(guān)鍵詞：電動汽車 輪轂電機(jī) 四輪驅(qū)動 最優(yōu)轉(zhuǎn)矩動態(tài)分配控制 驅(qū)動/制