分布式驱动电动汽车驱动防滑及转矩协调控制研究

来源 :华东交通大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:xinwei313624094
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随着能源短缺和环境污染问题的日益加剧,发展新能源汽车能够起到改善环境和能源结构的作用。纯电动汽车在行驶过程中零排放、结构简单、噪音小,而分布式驱动电动汽车除了具有纯电动汽车的优势外,其在动力学控制上具有控制精确、响应迅速等特点。如何提高分布式驱动电动汽车动力性和稳定性成为主要的研究方向,本文以分布式驱动电动汽车为研究对象,将驱动防滑和转矩协调控制作为切入点,对车轮滑转率控制、路面估计和转矩协调控制进行较为深入的研究,主要内容如下:根据实车参数对Carsim中传统汽车模型的结构参数及传动系统进行修改,对输入、输出接口进行配置,并与Matlab/Simulink建立的驱动电机模型和驾驶员模型进行结合,最终建立分布式驱动电动汽车整车动力学模型。通过直线匀加速工况和转向盘转角阶跃输入工况仿真实验,验证了所建立的分布式驱动电动汽车整车动力学模型的准确性和有效性。针对驱动加速工况,分布式驱动电动汽车容易出现车轮滑转现象,基于滑模控制理论设计了驱动防滑鲁棒控制器对车轮滑转率进行控制,并进行了仿真实验。仿真结果表明,驱动防滑鲁棒控制器的抖振现象较为明显。为了削弱其抖振现象,提出了基于新型滑模面的滑转率控制方法,并通过对接路面起步加速仿真实验对其有效性进行了验证。仿真结果表明,基于新型滑模面的滑转率控制能够减小滑转率滑模控制的抖振现象,但需要进一步优化。基于Burckhardt轮胎模型,在分析单轮动力学的基础上,设计了路面估计算法,对车辆当前行驶路面状况进行辨识,以提高分布式驱动电动汽车驱动防滑控制的自适应性,并通过低、中和高附着系数路面起步加速验证了设计的路面估计算法的有效性。为减少车轮滑转率低速起步阶段的抖振,对控制变量进行了重新设计,设计了基于车轮转速的积分滑模控制器,与设计的路面估计算法进行联合,使滑转率控制器能够根据车辆行驶路面的状况,对车轮滑转率进行最优滑转率调节。进行单一路面、对接路面和对开路面驱动加速仿真实验,仿真结果表明基于车轮转速的滑转率自适应控制能够根据当前路面的最优滑转率,使车轮滑转率维持在最优滑转率附近,且车轮滑转率和电机力矩的抖振较小。基于分层控制思想对转矩协调控制策略进行了设计,以横摆角速度和质心侧偏角作为联合控制变量,设计了横摆力矩滑模控制器;基于扩展卡尔曼滤波算法对横摆角速度和质心侧偏角进行估计,以解决联合控制变量较难测量的问题,并通过双移线工况和正弦输入工况仿真实验,验证了其有效性和准确性;基于设计的优化目标和约束条件,将计算得到的期望驱动力矩和期望横摆力矩分配到各个车轮;最后通过滑转率控制器对各轮驱动力矩进行修正,得到各轮最终驱动力矩,完成驱动力矩再分配。通过双移线工况和蛇形工况对转矩协调控制策略进行验证,仿真结果表明,相比于只采用横摆角速度作为控制变量的控制方法和无控制情况,转矩协调控制能够更有效的提高车辆稳定性。
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