基于轮毂电机的纯电动汽车横摆稳定性控制方法研究

摘要

伴随着石油资源的逐渐匮乏，大气污染不断加重，纯电动汽车作为一种零污染的环保汽车日益被人们关注起来。其中，轮毂电机电动汽车是一种新型的汽车类型，由于它把驱动电机直接装在轮胎内部，在底盘结构上与传统汽车相比发生了巨大的变化,在车辆的横摆稳定性研究上与传统内燃机汽车有着较大的区别，论文针对轮毂电机电动汽车横摆稳定性控制方法进行了研究，主要工作如下。　　本文首先根据所要研究的内容，选定包含汽车的纵向、横向、横摆以及四个车轮转动在内的七自由度整车模型。在轮胎模型中选用了“魔术公式”轮胎模型。为下面控制器控制策略的研究做好铺垫。建立理想的二自由度参考模型，对影响车辆横摆稳定性的因素进行了分析，选取能够表征车辆横摆稳定性的两个变量：车辆的横摆角速度与质心侧偏角。比较了轮毂电机与传统内燃机在控制车辆横摆稳定性的执行执行机构上的区别，得出电机既能够驱动也能制动，且具有响应速度快、独立可控等优点。　　分析影响车辆横摆稳定性的原因的基础上制定了控制策略：采用上下双层控制结构，在上层控制器中把方向盘转角与车速信息作为输入，通过模糊控制理论得出准稳态下车辆所需的附加横摆力矩。在下层控制器中基于整车纵向力利用率最小为目标函数，以电机的执行能力为约束条件，采用加权最小二乘算法将在轮间进行优化分配。　　将设计好的控制器与整车模型在matlab/simulink进行连接，在低速高附、低速低附、高速高附、高速低附的四种工况下进行了离线仿真。把仿真结果与平均分配方法进行了对比，证明了采取优化分配的方法能更好的提高车辆的横摆稳定性。　　在仿真结果中，对在高速高附、高速低附工况下车辆在控制的过程中出现的较大偏差或失稳现象进行了分析，得出由于电机的执行能力的限制，在某些工况下不能满足车辆要求。因此在模型中考虑液压辅助制动系统，并进行离线仿真，得出在考虑液压系统后能进一步提高车辆的横摆稳定性。　　为了检验所设计控制器的有效性，在dSPACE平台下作了快速控制原型试验来进行验证。得出了实验结果与在matlab/simulink中离线仿真结果基本保持一致，进一步证明了控制器的有效性与可行性。

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