轮毂电机驱动电动汽车差动助力转向与横摆力矩控制研究

摘要

在节能、环保和安全作为当今汽车发展三大主题的潮流下，电动汽车成为了汽车工业发展的焦点。轮毂电机驱动电动汽车将驱动电机与车轮集成为一个整体，不仅大大简化甚至消除了传统的机械传动装置，更重要的提供了一种新型的车辆驱动形式。随着电力电子技术的发展，该驱动形式可以对各个车轮进行独立、快速、精确的转矩控制，使其不但可以方便实现传统的车辆底盘动力学控制，而且还可以开发出传统汽车难以实现的新功能和新技术。为了充分利用轮毂电机驱动电动汽车这一独特优势，有必要对其控制系统进行研究以改善车辆的操纵稳定性。因此，本文主要从以下几个方面展开研究。
　　①建立轮毂电机驱动电动汽车动力学模型。根据后文控制系统的推导和仿真验证的需要，建立了包含车辆纵向、侧向、横摆以及四个车轮旋转运动的七自由度整车模型及其相关子模型包括轮胎模型、转向系统模型、驾驶员模型和电机模型。利用carsim车辆动力学软件对所建立的整车模型进行了仿真验证。
　　②差动助力转向技术控制研究。首先分析了差动助力转向的基本原理，根据目前助力系统常用的三种助力特性曲线(直线型、折线型、曲线型)的优缺点，设计了基于二次曲线的曲线型助力特性的差动助力转向系统，通过三种不同的方向盘转角输入和初始速进行了仿真分析。
　　③车辆横摆力矩控制研究。针对车辆在极限工况下的横摆稳定性和轨迹保持问题，建立了以车辆横摆角速度和质心侧偏角为控制目标的横摆力矩滑模控制器，为了减小滑模控制器存在的固有抖振问题，充分利用滑模控制与模糊控制的优势，设计了模糊滑模控制器。此外针对车辆质心侧偏角，轮胎力等重要状态参数难以直接测量的问题，建立了结构简单、计算快速的非线性滑模观测器。最后通过仿真试验分别对滑模观测器和横摆稳定性控制系统进行了验证。
　　④差动助力转向与车辆横摆力矩联合控制。根据前文的分析，在系统总结差动助力转向和横摆力矩控制相互联系的基础之上，建立整体上以横摆力矩控制为主，局部优先考虑差动助力转向的联合控制系统，把两者有机融合为一体，优势互补。最后采用蛇形绕桩和双纽线人车闭环仿真试验，对联合控制系统进行了仿真分析。

目录

1 绪 论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究的目的和研究内容

2 轮毂电机驱动电动汽车动力学模型与仿真

2.1整车模型

2.2车轮模型

2.3轮胎模型

2.4转向系统模型

2.5驾驶员模型

2.6电机模型

2.7轮毂电机驱动电动汽车模型仿真验证

2.8本章小结

3 轮毂电机驱动电动汽车差动助力转向技术控制研究

3.1差动助力转向基本原理

3.2差动助力特性的确定

3.3车轮滑移率控制

3.4差动助力转向控制策略

3.5仿真分析

3.6本章小结

4 轮毂电机驱动电动汽车横摆力矩控制研究

4.1控制变量的选取与参考模型的建立

4.2横摆力矩控制器设计

4.3模糊滑模控制器的设计

4.4转矩分配控制器

4.5非线性滑模观测器

4.6仿真分析

4.7本章小结

5 差动助力转向与横摆力矩联合控制

5.1差动助力转向与横摆力矩控制联合分析

5.2差动助力转向与横摆力矩联合控制策略

5.3仿真分析

5.4本章小结

6 全文总结及展望

6.1全文总结

6.2工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目目录