四驱轮毂电机电动汽车驱动转矩控制策略研究

摘要

能源短缺与环境污染迫使传统汽车产业转型，纯电动汽车迎来了飞速发展。分布式四轮毂电机驱动电动汽车结构简单，驱动转矩可连续、独立控制的特点，为汽车动力学控制开辟了新的研究思路。然而不同于成熟的传统底盘控制系统，目前在整车驱动控制方面还存在较多问题。基于此，本文针对四驱轮毂电机电动汽车及其驱动控制策略展开研究，主要内容如下。 对本文研究对象进行建模分析，在保证模型精度的基础上简化了整车模型自由度。对整车进行模块化建模，其中包括七自由度车体模型、车轮模型、轮胎模型，轮毂电机模型，并对各个子系统的参数传递关系进行介绍，为后续驱动控制策略的设计与仿真实验的搭建奠定基础。 针对电子差速控制中忽略车架内力对各个车轮协调作用的问题，分析了传统汽车差速行驶过程，确定出轮毂电机电动汽车差速行驶约束条件，并对包含车架内力的车轮进行了受力分析，由此提出整车转矩控制自适应差速原理。另外，在转矩控制的过程中考虑到车辆动力学这一维度，采用分层控制的方法，设计了分工况整车驱动转矩控制系统，目标为在不同工况下提高车辆稳定性与节能性。 在转向工况下，针对车辆较容易产生不足或过度转向甚至发生失稳的问题，提出稳定性驱动转矩控制策略。控制策略包括力矩计算层与力矩分配层。在力矩计算层，首先通过考虑侧偏刚度变化的二自由度模型确定出控制目标的期望值，为了避免控制目标相互之间存在耦合、冲突，采用质心侧偏角对横摆角速度进行约束限制，最后通过滑模控制进行附加横摆力矩的计算，其中为了减少系统“抖振”，引入RBF神经网络对传统滑模控制进行改进。在力矩分配层，考虑到垂直载荷的转移，提出基于动态载荷的转矩分配算法。最后通过设计CarSim和Simulink联合仿真实验，证明了稳定性驱动转矩控制策略能够很好的改善车辆转向特性，提高车辆稳定性。 在直线稳定行驶工况下，针对电动汽车续航里程短的问题，提出节能性驱动转矩控制策略。为了得到轮毂电机驱动效率MAP图，搭建了电机实验台架，另外考虑到电机转矩变化对车辆机动性与舒适性的影响，设计了多目标节能优化分配算法，并通过模糊控制调整目标权重系数。同时，进行了NEDC城市道路循环工况下的底盘测功机实验。结果表明，节能性驱动转矩控制能够有效的提高轮毂电机的驱动效率，减少整车系统能量损耗。

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