四轮独立驱动智能车差速转向控制研究

摘要

随着传统汽车带来的环境问题和资源问题,研究人员正在寻求一种新能源汽车。由于电动汽车所需的能量可再生,噪音小以及控制精确的优点,受到人们越来越多的重视。现在的电动汽车大部分都是将传统的内燃机换成电动机,其他机械结构没有发生任何变化,没有发挥电动汽车的优势。四轮独立驱动技术,特别是轮毂电机独立驱动技术,能够发挥轮毂电机独立可控的优点,为电动汽车发展注入活力。该技术的核心部分就是需要一套完整的控制系统及理论。现在对这方面的研究还不太成熟,因此本论文以课题组搭建的四轮独立驱动智能车的样车为基础,对样车进行差速转向控制方面的研究。
　　本文的智能车采用四轮转向的转向方式,从整车、转向系统内部结构、前后轴以及电动轮等方面对智能车发生转向时的动力学规律进行了研究。研究了车辆从直线行驶到转弯状态下的运动规律,特别是转向瞬心的规律进行了详细的研究。对车辆转向过程中,转向系统间的运动规律进行了分析。对电动轮与地面的相互作用的动力学模型进行分析。掌握了智能车差速转向的运动规律,为后续的智能控制奠定基础。简要介绍了智能车的驱动系统的布置形式,并在此基础上对车辆的控制策略进行了研究,分别研究了智能车四轮协调控制策略、驱动电机控制策略以及整车牵引力控制策略等。四轮协调控制策略分别分析了匀速直线运动,转向运动以及两者相互转换的情况。对驱动电机控制策略进行研究时,分别从电压控制策略、转速闭环控制策略、转矩闭环控制策略、整车牵引力的控制策略四个方面进行了研究。接下来对智能车的转向梯形机构进行了优化设计及其目标函数的选取,提出了一种新的目标函数,较常用的目标函数,其更能准确的揭示出瞬时回转中心变化的基本规律。接下来从设计目标、机械结构和电气系统三个方面对差速控制系统的硬件部分进行了研究,并对实车进行了实验验证。
　　本文中通过车辆的总控制器来协调四个轮毂电机的输出转速和转矩,使两侧转向轮产生速度差,同时带动转向器拉动转向轮转过一定角度,从而牵引车辆进行转向运动。通过对本文研究的四轮转向方式的验证,必将为全轮独立驱动汽车带来一项全新的、体现其独特优势的转向方式,扩充转向方式的种类。因此本文的研究具有理论价值和现实意义。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 轮毂电机驱动技术概述

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国内研究现状

1．3．2 国外研究现状

1．4 论文研究的意义和主要内容

1．4．1 论文研究的意义

1．4．2 论文主要内容

2 四轮独立驱动智能车转向运动分析

2．1 四轮独立驱动智能车

2．2 智能车转向系统分析

2．2．1 机构运动分析的解析法

2．2．2 对智能车的转向梯形机构进行分析

2．3 传统汽车差速原理

2．4 智能车转向运动分析

2．4．1 转向基本原理

2．4．2 智能车转向中心分析

2．4．3 智能车转弯时四轮速度分配

2．5 前后轴动力学分析

2．6 电动轮转动的动力学模型

2．7 本章小结

3 智能车驱动系统及控制策略研究

3．1 驱动系统布置形式的选择

3．2 整车控制策略研究

3．3 智能车四轮协调控制策略

3．3．1 匀速直线运动

3．3．2 原地转向运动

3．3．3 加减速运动

3．3．4 整车控制策略

3．4 驱动电机控制策略研究

3．4．1 电压控制策略

3．4．2 转速闭环控制策略

3．4．3 转矩闭环控制策略

3．4．4 整车牵引力的控制策略

3．5 本章小结

4 智能车转向梯形机构优化设计

4．1 转向梯形数学模型简化

4．2 不同目标函数的比较

4．2．1 以转角为研究对象

4．2．2 以瞬时回转中心为研究对象

4．3 转向梯形目标函数与约束条件

4．3．1 目标函数的确定

4．3．2 目标函数约束条件的确定

4．4 算例及分析

4．4．1 优化方法

4．4．2 实例优化设计

4．4．3 结果分析

4．5 本章小结

5 智能车差速控制系统硬件设计及实验验证

5．1 设计目标

5．2 智能车的机械结构

5．2．1 机械设计

5．2．2 整体布局

5．3 电气系统

5．3．1 命令输入

5．3．2 电源

5．3．3 驱动电机

5．4 电动汽车实体

5．5 实车试验准备

5．6 四轮独立驱动电动车试验平台的性能测试

5．6．1 制动距离试验

5．6．2 直线加速测试

5．6．3 四轮转向测试

5．7 本章小结

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及专利

致谢

声明