四轮驱动电动汽车动力学理论与控制研究.pdf

摘要 摘要 本论文研究来源于863电动汽车重大专项计划。论文以基于轮毂电机的四轮驱动 电动汽车为研究对象，以提高汽车的经济性和安全性为目标，针对四轮驱动电动汽车 的轮毂电机系统设计和选型方法、旨在改善经济性的转矩动态分配控制，以及驱动防 滑控制进行了深入的研究和分析。论文研究成果是对四轮驱动电动汽车动力学控制的 初步探索，有利于推动四轮驱动电动汽车动力平台的产业化。 论文共分五章，主要研究内容如下： 第一章是绪论。详细介绍和分析了基于轮毂电机的四轮驱动电动汽车动力系统的 特征，并将其与机械式四轮驱动系统进行了对比分析。综述了国内外在四轮驱动电动 车领域的动力学理论与控制研究进展，并指出了本文的主要研究内容。 第二章提出了轮毂电机驱动电动汽车的轮毂电机的匹配设计和选型方法。以满足 汽车动力性指标为目标提出了电机匹配原则，并应用该匹配设计方法进行了四例国内 外研制成功的轮毂电机驱动电动车的轮毂电机选型，说明了匹配设计原则的合理性。 第三章创新性的提出了旨在改善经济性的转矩动态控制策略。研究了最优转矩分 配控制、驱动／制动模式切换控制、统一模糊控制和联合模糊控制四种转矩动态分配 控制方法，通过对各种驾驶循环的仿真分析考察了各种动态分配控制经济性改善的效 果，并对比分析各种转矩分配方法的优缺点。其中，在最优转矩动态分配控制中提出 了以效率最大化为目标确定最优转矩分配系数矩阵的优化设计方法，在模糊控制的模 糊推理规则的确定中采用了自适应神经网络学习的方法。 第四章主要研究了基于模型跟踪控制的电动汽车的驱动防滑和制动防抱死控制 问题。研究过程中建立了非线性九自由度整车非线性动力学模型，建设了基于 Matlab／Simulink软件和dSPACE的软硬件的半实物仿真试验平台，为动力学分析和 控制策略开发调试奠定了基础。系统阐述了模型跟踪控制实现驱动防滑控制和制动防 抱死控制的基本原理，通过基于单轮动力学模型的全数字仿真和半实物仿真分析了模 型跟踪控制的有效性，并利用九自由度非线性动力学模型考察了弯道制动工况下模型 跟踪控制对改善整车稳定性的作用。 第五章对全文进行了总结，提出了论文的创新点，并指出需要进一步完善和开展 的研究内容。 论文研究主要得到以下结论： 第一，以满足动力性指标进行轮毂电机的选型设计是非常合理的，本文的设计选 型方法可以应用于电动汽车电机及其传动系统的选型设计。 第二，通过转矩动态分配控制能够明显改善汽车的经济性。本文提出的最优转矩 摘要 分配控制、驱动／制动模式切换控制以及统一模糊控制和联合模糊控制两种模糊分配 控制策略都能够有效提高能量总体利用效率，改善经济性。 第三，模型跟踪控制对汽车驱动防滑控制和制动防抱死控制非常有效，对弯道制 动工况下的车辆稳定性也具有明显的改善作用。 第四，半实物仿真试验平台和九自由度非线性整车动力学在控制策略开发和控制 效果检验和分析中发挥重要作用，是进行汽车动力学控制研究与开发的基础。 论文创新点如下： (1)突破以往转矩分配控制研究目标，系统的提出旨在改善经济性的转矩动态 分配控制思想，能够在无需改变和增加任何硬件的条件下，仅仅通过分配控制实现3 ％左右经济性改善效果。 (2)根据转矩动态分配控制改善的思想，建立了转矩分配控制的理论基础，提 出了最优转矩动态分配控制、驱动／制动模式切换控制和模糊转矩分配控制三类控制 方法，都取得明显的经济性改善效果，算法有效。 (3)提出了驱动防滑的模型跟踪控制控制方法，并通过直线驱动和制动，弯道 制动的数字仿真和半实物仿真验证了算法在实现驱动防滑控制、制动防抱死控制和提 。 高汽车稳定性方面的有效性。 关键词：电动汽车轮毂电机 四轮驱动最优转矩动态分配控制 驱动／制动模式 切换控制模糊控制 自适应模糊神经网络模型跟踪控制驱动防滑控制制动防 抱死控制汽车稳定性控制 Ⅱ Abs订act ABSTRACT This isderivedfromth