基于轮毂电机的空间节约型电动汽车全转向系统研究

摘要

随着我国汽车保有量的增加，引发了环境污染、能源危机以及城市车用空间拥挤等一系列亟待解决的问题。发展新能源汽车对于减小环境污染和缓解能源危机有着积极的意义。同时，基于轮毂电机的驱动优势，发展高转向灵活性的微型电动车正逐渐成为解决城市车用空间拥挤，提高道路和停车空间利用率的一种有效途径。本文围绕着提高车辆的转向操作灵活性，降低车辆泊车操作难度，提高城市车用空间利用率，开展了基于轮毂电机的电动汽车全转向系统研究。本论文的主要研究工作如下:
　　首先，提供了一种兼顾车辆操控稳定性和转向灵活性新型全转向系统。
　　本文在基于轮毂电机的驱动优势，在分析实现全转向运动的主要机构的优缺点的基础上，确定了基于轮毂电机的线控独立全转向机构的设计。在分析独立线控转向技术优势和传统机械式转向技术优势的基础上，以兼顾转向操作灵活性和稳定性为目的，确定了将独立全转向机构和经过重新设计的两前轮转向机构结合起来的新型全转向系统机构设计方案，并基于Solidworks三维建模软件完成了全转向系统机构的三维建模及优化改进工作。结合转向系统的机构设计，完成了与之相匹配的全转向控制系统的设计及控制策略制定。加工组装了单套独立全转向机构，并进行了转向运动测试，验证了全转向运动的可行性。根据全转向控制系统的设计要求，购买并校核了相应的驱动控制和转向控制器件。
　　其次，进行了全转向系统的运动学建模与分析。
　　基于铰链四杆机构的运动学原理完成了独立全转向机构的运动学建模与分析，获得了车轮转向角度控制与转向电机驱动角度控制之间的函数关系。针对车辆行驶的几种不同的转向模式，进行了运动学建模与分析，获得了各转向模式下的车轮转向角度控制和车轮驱动速度控制的函数关系。为车辆行驶的线控转向控制和线控驱动控制提供了理论指导和参考依据。
　　最后，对全转向控制系统进行了仿真实验。
　　基于转向控制和驱动控制的响应快速性、稳定性和准确性要求，本文采用了PID控制算法作为转向电机和轮毂电机的控制策略，并利用Matlab/Simulink仿真平台完成了转向控制系统和驱动控制系统建模。对常规转向模式和全转向模式下的转向控制和驱动控制进行了仿真实验。实验结果表明基于PID控制算法的线控驱动和线控转向控制系统的动态响应速度快、控制精确、运行稳定。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 国内外的研究发展现状

1．2．1 国内外新能源汽车的研究发展现状

1．2．2 国内外轮毂电机的研究发展现状

1．2．3 国内外关于提高车辆转向性能的研究发展现状

1．3 主要内容及结构

1．4 本章小结

第2章 全转向系统的设计及优化

2．1 全转向系统设计框架

2．1．1 传统转向系统框架

2．1．2 新型全转向系统框架

2．2 全转向机构设计

2．2．1 实现全转向运动的主要机构及研究发展现状

2．2．2 全转向机构设计方案确定

2．3 全转向控制系统设计

2．3．1 全转向整车控制系统设计

2．3．2 驱动控制系统各部件选型

2．3．3 转向控制系统各部件选型

2．3．4 电机驱动控制实验

2．4 本章小结

第3章 全转向系统建模与分析

3．1 独立全转向机构的运动学模型与分析

3．2 各种转向模式下的运动学模型与分析

3．2．1 常规转向模式

3．2．2 全转向模式运动学模型与分析

3．3 车辆动力学模型与分析

3．4 本章小结

第4章 全转向控制系统的仿真实验

4．1 全转向系统控制算法

4．2 转向控制系统仿真

4．2．1 转向机构的运动仿真

4．2．2 转向控制系统建模

4．2．3 常规转向模式转向控制仿真

4．2．4 全转向模式转向控制仿真

4．3 驱动控制系统仿真

4．3．1 转向控制系统建模

4．3．2 正常行驶状态驱动控制仿真

4．3．3 全转向行驶状态驱动控制仿真

4．4 本章小结

第5章 全文总结

5．1 主要研究工作和结论

5．2 不足与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

索引