多轮独立电驱动车辆驱动力分层控制策略

摘要

多轮独立电驱动车辆由于各轮驱动力独立、精准、实时可控，具有明显的整车动力学优势。但其摒弃了传统机械机构连接驱动，出现了如何合理控制各轮驱动转矩，如何提高电气化连接驱动安全性等多方面的挑战。
　　目前，在驱动力控制策略方面虽有不少分层控制策略的研究，但控制分配的实时性、安全性及控制效果仍然不尽人意。此外，鲜有学者将驱动防滑及协调控制整合进分层控制策略中，更没有为电动汽车的驱动控制系统设计提供一个通用的仿真-试验测试平台。
　　本文搭建了通用的CarSim-MATLAB/Simulink联合仿真测试平台，并以此平台设计、验证了多轮独立电驱动车辆整车驱动力控制策略;同时，搭建了以整车驱动力cRIO控制器为控制系统的通用试验验证平台来验证仿真模型的正确性。
　　搭建的电动车辆驱动控制系统通用仿真测试平台集成了CarSim车辆动力学模块库、整车驱动控制模块库、电机模块库及“人-车-路”观测模块，可针对不同车型的电动车辆，方便快捷地匹配不同类型的电机及整车驱动力控制策略，并能进行多种复杂工况下的仿真测试。这个通用仿真测试平台解决了尚未达到大规模量产定型阶段的电动汽车在研发初期需要比较多种设计方案，不断构建不同类型的整车、电机、电池等模型，反复匹配驱动控制系统等难题，减少了研发周期及测试成本。
　　另外，针对多轮独立电驱动车辆的结构性、实时性和安全性要求，基于该通用仿真测试平台设计了四轮和两轮独立电驱动车辆的驱动力分层控制系统，包括:总驱动力、横摆力矩决策层，带约束的目标优化分配层，驱动防滑及协调控制稳定层。通过高速移线及对开路面工况下的仿真测试，验证了设计的驱动力分层控制系统的有效性。
　　最后，考虑原型车的参数指标和结构约束，经动力匹配，将某传统燃油汽车改装为后轮独立电驱动车辆，为今后的研究搭建了一台通用的后轮独立电驱动车辆试验验证平台。该试验平台采用整车驱动力cRIO控制器，可实现上位机中不同控制策略的快速更改，以验证设计的驱动力控制策略的效果及车辆模型的正确性。最终的试验测试结果验证了建立的整车驱动力分层控制策略及仿真测试平台的有效性。本文给多轮独立电驱动车辆整车驱动力控制策略的开发提供了良好的思路和平台。

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摘要

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主要符号表

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 多轮独立电驱动车辆研究现状

1．2．1 国内多轮独立电驱动车辆研究现状

1．2．2 国外多轮独立电驱动车辆研究现状

1．3 多轮独立电驱动车辆驱动力分层控制策略研究现状

1．3．1 总驱动力、横摆力矩的制定

1．3．2 基于目标的驱动力最优分配

1．3．3 驱动防滑控制及协调控制

1．4 本文主要研究内容

第二章 多轮独立电驱动车辆驱动力分层控制策略

2．1 整车驱动力分层控制策略总体设计方案

2．2 总驱动力、横摆力矩决策层

2．2．1 车辆参考模型

2．2．2 模糊控制器

2．2．3 总驱动力制定

2．3 带约束的目标优化分配层

2．3．1 优化目标及约束

2．3．2 优化分配算法

2．4 驱动防滑及协调控制稳定层

2．4．1 单轮驱动防滑

2．4．2 协调控制策略

2．5 两轮驱动力分层控制策略

2．6 本章小结

第三章 电动车辆驱动控制系统仿真测试平台

3．1 CarSim-MATLAB／Simulink联合仿真测试平台

3．1．1 CarSim车辆动力学模型

3．1．2 MATLAB／Simulink驱动控制系统模型

3．2 仿真测试分析

3．2．1 高速移线仿真测试

3．2．2 对开路面驱动防滑仿真测试

3．2．3 仿真结论分析

3．3 本章小结

第四章 多轮独立电驱动车辆试验平台

4．1 试验平台总体设计

4．1．1 设计目标

4．1．2 整车布置方案

4．2 整车驱动力cRIO控制器

4．2．1 tRIO控制器总体结构

4．2．2 cRIO硬件选型及连线

4．2．3 cRIO软件架构

4．2．4 电机控制器通讯协议

4．3 实验验证分析

4．3．1 直线加速工况验证

4．3．2 左转向工况验证

4．3．3 右转向工况验证

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 不足与展望

参考文献

致谢

附录 攻读硕士学位期间的研究成果