电动汽车轮毂电机设计与驱动控制策略研究

摘要

国内外汽车保有量的不断增长，使得能源与环境问题日益严峻，为了减少化石能源的使用，电动汽车正逐步成为研究热点，其中四驱电动汽车凭借着独特结构和控制方面的优势，受到高校及研究机构的重视。 针对电动汽车四轮动力分配，以及行驶稳定性方面问题的研究，首先需要确定被控车辆的车体参数，以作为开展后续仿真研究工作的基础。为此本文选择某款车型，并通过分析给出了整车质量、轮胎型号等参数；根据车辆的动力性指标的要求，设计了驱动系统参数，并且对轮毂电机进行了结构设计，为后续试验样车的搭建奠定基础。根据所设计的参数建立了整车动力学模型，包括车体动力学模型、驱动车轮转动模型等，并搭建了相应的Simulink仿真模型。 在深入分析整车动力学模型的基础上，针对侧向速度的稳定性和横摆角速度的稳定性控制，分别设计了侧向速度控制器和横摆角速度控制器，两个控制器均采用了模糊PID算法，控制器的的输出值即为维持汽车稳定性所需的附加侧向力和附加横摆力矩，但是这两个值并不能直接作为驱动力施加于四轮上。本文提出的线性约束分配方法就是把两个控制器的输出值，以及维持前进速度稳定所需的驱动力三者作为约束条件，计算出四轮的驱动力。最后搭建了独立的Simulink整体仿真模型，以及Carsim、Simulink联合仿真模型，进行方法验证。 Simulink仿真以及Carsim、Simulink联合仿真表明，本文所使用的模糊PID控制器和驱动力线性约束分配方法，可以使汽车的侧向速度、横摆角速度快速稳定的跟踪期望值的变化，有效地维持汽车的行驶稳定性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 轮毂电机及其在电动汽车上的应用

1.2.1 国外的研究与应用

1.2.2 国内的研究与应用

1.3 驱动系统控制策略研究现状

1.4 本课题的主要研究工作

第二章 驱动系统参数匹配及结构设计

2.1 整车参数及性能指标

2.1.1 整车参数设计

2.1.2 整车性能指标

2.2 驱动系统参数设计

2.2.1 电机参数设计

2.2.2 电池参数设计

2.3 轮毂电机结构设计

2.3.1 轮毂电机性能要求及难点分析

2.3.2 电机类型和驱动方式的选择

2.3.3 永磁无刷直流电机的结构及工作原理

2.3.4 电机相数及绕组的选择

2.3.5 电机极数和槽数的选择

2.3.6 定子尺寸计算

2.3.7 电机转子设计

2.4 本章小结

第三章 四驱电动汽车动力学建模

3.1 动力学建模方法与要求

3.2 车辆坐标系定义

3.3 车辆动力学数学模型的建立

3.3.1 转向传动模型

3.3.2 车轮转动比模型

3.3.3 轮胎模型

3.3.4 车体动力学模型的建立

3.4 电机模型

3.5 车辆动力学仿真模型的搭建

3.5.1 Matlab/Simulink仿真软件简介

3.5.2 定义全局变量

3.5.3 车体动力学模型

3.5.4 轮心速度的计算模块

3.5.5 轮胎侧偏角计算模块

3.5.6 轮胎载荷转移模块

3.5.7 侧偏力计算模块

3.5.8 电机以及驱动力产生模块

3.6 本章小结

第四章 四驱电动汽车驱动系统分配方法研究

4.1 四轮驱动系统总体设计

4.2 控制器设计与性能分析

4.2.1 目标值与偏差计算

4.2.2 PID控制器设计

4.2.3 模糊PID控制器设计

4.3 驱动力线性约束下的分配方法

4.4 仿真结果对比与分析

4.5 本章小结

第五章 基于Carsim/Matlab的动力学建模及仿真分析

5.1 Carsim软件的简介

5.2 Carsim三模块的具体设置

5.2.1 车辆参数和仿真工况的设置

5.2.2 数学模型求解器的设置

5.2.3 运算结果以及后处理设置

5.3 Carsim与Simulink联合仿真

5.3.1 整体仿真模型搭建

5.3.2 仿真结果与分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢