四轮毂驱动电动汽车分布驱动控制系统研究

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相较大多数采用集中驱动的电动汽车,四轮毂驱动电动汽车的车体结构精简且动力强大,使其在传动效率、动力控制性、能量利用率、驱动智能化方面,更具备先天优势。传统电动汽车因机械传动轴和机械差动器的存在,不仅加大了整车的重量,还限制了汽车运行的姿态和驱动智能化进程。因此,针对轮毂驱动电动汽车分布驱动控制策略的研究和系统的设计开发越来越重要,如何开发先进控制系统和控制算法使汽车的动力控制更加精细、汽车运行更加安全、汽车行驶更加节能成为当下研究热点。本文依据四轮毂驱动电动汽车的动力模型及控制需求,对车辆的分布式控制系统的核心部分进行研究。针对汽车行驶面临的多工况环境问题,通过分析人车路模型特点设计了一种可以进行模式切换的驱动力分配算法,使车辆得以在多种环境下行驶平稳。针对永磁轮毂电机抖振和脉动问题,通过分析电机振动的特征和原因,提出了一种优化后的电机调速算法。即空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation)柔性调速算法,该算法对转矩脉动进行了优化。本文的研究工作如下:首先,基于汽车动力学理论来推导并建立符合轮毂式电动汽车的特征模型,通过对传统机械车辆力学模型进行简化,使参考模型更贴近本文所研究的轮毂驱动电动车模型。建立所要测试的道路模型和符合电动车规则的驾驶员操控模型并在Car Sim软件中完成模型搭建。其次,采用分层理论来组建整车的控制系统,上层为驱动力分配层,下层为驱动调速控制层。针对复杂多变的道路状态下的驱动力分配问题,提出一种可以随着道路特征模型变动而切换的驱动力分配方案。基于分配方案设计一种驱动力多模态分配器,并对驱动力分配系统进行仿真验证。然后,对电机本体及其控制系统进行理论分析,以解决电机系统存在的高速抖振难题。通过在车体控制系统的驱动力调速控制层设计柔性矢量控制策略,以优化永磁轮毂电机调速时产生的转矩脉动,降低脉动的幅度和频次。通过Matlab搭建柔性矢量控制模型,并对比传统矢量控制和直接转矩控制,分析转矩脉动的优化效果。最后,在Car Sim-Simulink联仿环境下完成分布驱动控制系统的上层仿真,验证多模态驱动策略的控制效率。利用具有快速运算能力的DSP28335来完成电机控制器的开发,同时进行驱动板的设计。接着完成驱动程序的设计,并进行驱动调速层的实测,验证驱动调速控制系统的可靠性。
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