輪轂電機驅(qū)動電動汽車耦合動力學特性研究.pdf

1、迫于能源緊缺與環(huán)境污染的雙重壓力，高效、節(jié)能、環(huán)保的電動汽車成為全球汽車行業(yè)研究的熱點。近年來，基于輪轂電機獨立驅(qū)動的電動汽車具有廣闊的研究前景。輪轂電機驅(qū)動車輛具有獨特的結(jié)構(gòu)和布置方式，取消了傳統(tǒng)的機械傳動部件，使傳動系統(tǒng)簡化，整車整備質(zhì)量降低，傳動效率提高，有效利用空間增大,提高了車輛的通過性能。輪轂電機驅(qū)動電動汽車全新的電動汽車結(jié)構(gòu)形式，已成為未來電動汽車領(lǐng)域發(fā)展的一個新趨勢。但是，由于輪轂電機的引入，使得輪轂電機驅(qū)動電動汽車的非

2、簧載質(zhì)量顯著增加，嚴重影響了車輛的動力學特性；同時輪轂電機受不平路面激勵振動進一步惡化，造成電機定轉(zhuǎn)子位移量不斷變化，給車輛的動力學特性帶來不利的影響。因此，系統(tǒng)的研究輪轂電機驅(qū)動電動汽車的耦合動力學特性具有十分重要的意義。
　　在總結(jié)了國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，以兩后輪輪轂電機驅(qū)動電動汽車為研究對象，建立了整車非線性耦合動力學模型，分析了路面及電磁力雙重激勵下輪轂電機驅(qū)動電動汽車的耦合動力學性能，研究了主動前輪轉(zhuǎn)向控制、直接橫

3、擺力矩控制和主動懸架控制集成的分層式協(xié)調(diào)控制，并對汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制器參數(shù)進行了集成優(yōu)化設(shè)計。論文主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）輪轂電機驅(qū)動電動汽車耦合動力學模型的建立及驗證：考慮車輛縱向、橫向和垂向動力學之間的主要耦合關(guān)系，建立了相對比較完備的輪轂電機驅(qū)動電動汽車16自由度非線性耦合動力學模型。在車輛建模過程中，根據(jù)前后軸距的滯后及左右車輪的相關(guān)程度，建立了路面不平度時域模型。應(yīng)用 Matlab/Simulink軟件建立了整車耦

4、合動力學仿真模型，并基于多體動力學軟件Adams/Car對模型的正確性進行了驗證，為后續(xù)車輛動力學性能的仿真分析及系統(tǒng)控制的研究奠定了基礎(chǔ)。
　?。?）路面及電磁力復(fù)合激勵下車輛的耦合動力學特性研究：基于永磁同步電機本體結(jié)構(gòu)，建立了路面激勵引起的輪轂電機均勻/不均勻氣隙長度模型，應(yīng)用麥克斯韋應(yīng)力張量法推導(dǎo)出了輪轂電機電磁力的解析表達式，并對路面不平度及電磁力復(fù)合激勵下輪轂電機驅(qū)動電動汽車的耦合動力學特性進行仿真分析。
　?。?/p>

5、3）車輛耦合動力學系統(tǒng)的分層式協(xié)調(diào)控制研究：為了消除車輛各子系統(tǒng)間的耦合作用對整車控制性能的影響，本文針對汽車轉(zhuǎn)向、制動和懸架集成系統(tǒng)，分別設(shè)計了主動前輪轉(zhuǎn)向、直接橫擺力矩、主動懸架的各子系統(tǒng)控制器及其協(xié)調(diào)控制器，制定了汽車各子系統(tǒng)具體的協(xié)調(diào)控制策略和控制功能權(quán)重的分配。通過與分散控制系統(tǒng)進行仿真對比，驗證了汽車耦合動力學系統(tǒng)分層式協(xié)調(diào)控制效果的有效性，為后續(xù)汽車多個子系統(tǒng)集成的分層式協(xié)調(diào)控制提供了一個新的思路。
　　（4）車輛耦

6、合動力學系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制器參數(shù)的集成優(yōu)化：在分析各系統(tǒng)參數(shù)對動力學評價指標影響的基礎(chǔ)上，采用擾動法分析了車輛動力學性能指標對懸架剛度和阻尼、車身與電機質(zhì)量比、定轉(zhuǎn)子質(zhì)量比及軸承與輪胎剛度比的靈敏度。在對輪轂電機驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)靈敏度分析的基礎(chǔ)上，選擇靈敏度較大的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)作為優(yōu)化變量。針對車輛耦合動力學系統(tǒng)全局性能的最優(yōu)的問題，采用了基于粒子群算法的系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)與協(xié)調(diào)控制器參數(shù)的集成優(yōu)化設(shè)計，并與協(xié)調(diào)控制和結(jié)構(gòu)優(yōu)化對比仿真分析，結(jié)果表明：系