轮毂电机驱动电动汽车的电子稳定控制研究

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在能源和环境的双重压力下,电动汽车已成为当今汽车工业研究的重点,其中,四轮轮毂电机驱动的电动汽车成为当前领域研究的热点,伴随着对于电动汽车动力性和经济性研究成熟,人们越来越关注电动汽车的动力学性能。本文在借鉴国内外研究成果的基础上,对于四轮轮毂电机驱动电动汽车的建模,稳定性控制策略和控制力分配算法进行了系统的研究。针对于本文所研究的对象为四轮独立驱动的电动汽车,建立包含车体动力学模型、车轮旋转动力学模型、转向系模型、驱动电机模型和轮胎模型的整车模型。之后在稳定性控制所涉及的高速,高、低附着路面工况,与商业软件Carsim的仿真结果进行对比分析,验证模型的准确性。通过对车辆状态与稳定性关系的分析,确立了以汽车质心侧偏角和横摆角速度为控制变量。通过对前轮转向2WS、直接横摆力矩DYC、四轮转向4WS参考模型开环、闭环特性进行对比分析,确定直接横摆力矩DYC(零化质心侧偏角)为本文参考模型。设计了分层结构的稳定性控制器,上层运动控制器用于产生跟踪驾驶员目标的纵向力和横摆力矩广义合力,纵向力需求通过目标车速与实际车速的偏差,应用PID控制进行调节;横摆力矩需求由参考状态和实际车辆运动状态对比后,采用线性二次型调节器计算得出。对于执行器的数目大于广义合力的冗余控制分配问题,在考虑路面附着条件,电机驱动能力的条件下,基于稳定性和机动性优化目标设计了各自纵向力的分配算法,通过引入车辆质心侧偏角和质心侧偏角上限的比值这一动态量,确立由上面两个目标所得纵向力的权重。除此以外,在优化分配条件不成立的情况下,提出了轴载比例分配的控制算法。本文最后选取了高附路面、低附路面正弦转向及加速超车工况进行仿真验证,验证结果表明,优化分配能够将车辆质心侧偏角控制在很小的范围内,并能有效跟随目标车速和横摆角速度,垂直载荷大的轮胎被分配了更大的驱动/制动力,充分的利用的轮胎的附着能力,保持各个轮胎利用率大致相等,保留了更大的路面附着裕量,证明本文所提出的稳定性控制算法能够提高电动汽车的稳定性。
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