基于FSEC的四轮轮毂电机驱动赛车力矩控制策略研究

摘要

新能源汽车作为汽车行业目前发展最快的分支，得到越来越多人的关注。目前，纯电动汽车以及混合动力汽车是新能源汽车中发展最迅速的两种车型。纯电动汽车以其优良的加速性能以及环保的特点，受到行业以及消费者的青睐。纯电动汽车在消费市场磅礴发展的同时，纯电动方程式赛车也引领着行业发展。很多新技术也首先在赛车中使用。其中，分布式轮毂电机驱动系统作为一项新技术，已经开始在大学生电动方程式（FSEC-Formula Student Electric China）赛车中得到运用。本文主要是围绕基于FSEC四轮轮毂电机驱动系统中的动力分配问题展开研究。
　　本文以我校横向课题《本田节能电动赛车关键技术研究》为依托，以本校已有的大学生纯电动方程式赛车为原型车，对四轮轮毂电机驱动系统的动力分配问题进行了研究。轮毂电机驱动的车辆四轮动力输出具有独立、连续、可控以及反应快速的特点，并且四轮独立驱动系统具有多自由度的特点，其运动必须满足车辆行驶的稳定性要求。针对上述特点，本文首先建立了七自由度非线性汽车模型，在该模型中建立了整车动力学模型、基于“预瞄-跟随理论”的驾驶员转向模型以及基于“魔术公式”的轮胎模型。根据原型车的参数，对整车参数、电机参数做出了适应性的调整。通过对车辆行驶稳定性的研究，本文的控制策略以车辆的质心侧偏角和横摆角速度作为控制目标，以车辆四轮的力矩输出作为控制变量。在明确了控制原理后，本文设计了分层控制的控制器策略：上层为基于模糊控制理论的车身运动控制器，将车辆的质心侧偏角和横摆角速度与参考状态的偏差作为输入量，以整车的横摆力矩以及侧向力作为输出；下层为基于最优控制算法的四轮动力分配控制器，目标函数的最优化目标是轮胎的利用率最小。上层控制器得出整车目标侧向力以及横摆力矩后，下层控制器将所需的目标力在最优目标函数的分配下，由四轮不同的力矩输出来实现。
　　最后，基于上述控制策略，本文将控制系统在MATLAB/Simulink中建立模型，并对其进行了仿真验证。

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第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 新能源汽车行业发展现状

1.3 方程式赛车的发展现状

1.4 选题来源

1.5 分布式驱动动力控制研究现状

1.6 本文主要研究内容

第2章 四轮轮毂电机驱动赛车动力学建模

2.1 整车模型简介

2.2 车辆动力学模型

2.3 驾驶员-转向系统模型

2.4 轮胎模型

2.5 轮胎的滑移率及侧偏角的计算

2.6 电机模型

2.7 本章小结

第3章 整车操纵稳定性及控制策略研究

3.1 车辆操纵稳定性分析

3.2 车辆操纵稳定性的控制策略

3.3 上层车身运动控制策略设计

3.4 本章小结

第4章 下层四轮动力分配控制策略研究

4.1 四轮转矩分配的问题阐述

4.2 分布式四轮轮毂电机动力分配方法介绍

4.3 最优控制方法

4.4 本章小结

第5章 整车动力学建模仿真分析

5.1 整车动力学建模

5.2 仿真验证分析

5.2 本章小结

第6章 总结

6.1 本文主要工作

6.2 创新与展望

致谢

参考文献