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题目:分布式驱动电动汽车整车控制策略研究

关键词:多轮独立驱动;轮毂电机;整车控制;电动汽车;Simulink仿真

  摘要


随着能源危机的加深以及环境问题的恶化,世界各国以及各大汽车厂商都在致力于推出节能减排的新能源汽车。轮毂电机电驱动汽车是集高效性、安全性、环保性和经济性于一体的电动汽车发展方向,加上驱动扭矩独立可控的特点使得它具有更有更好的机动性能,是未来汽车领域重要的技术研究方向。除此之外,轮毂电机驱动六轮军用车辆在军用上有一定的优势:它不仅能够提升车辆战略转移时的隐身能力,而且能够改善行车过程中的动力系统供电能力、提高六轮军用车辆的作战机动性能以及增强六轮军用车辆的冗余驱动能力。

本文以某型号六轮军用车辆作为研究对象,系统研究了分布式驱动电动汽车整车模型及控制策略,设计了基于六轮毂电机的分布式电动车整车控制策略。建立了基于19个自由度的整车动力学模型,同时建立了驾驶员驾驶需求、轮胎动力学、路面辨识模型以及辅助计算模型,基于此模型进行整车控制策略开发和仿真分析研究。

整车控制系统采用经典的二自由度车辆模型作为计算控制状态量的理论参考模型。通过这个理论模型根据反馈的车辆状态量,计算出期望的横摆角速度和质心侧偏角作为控制伪量输出给执行层器。整车控制系统的主控制器采用PID控制器,通过优化调整PID控制器中的比例、积分、微分系数,控制车辆的横摆角速度和质心侧偏角在合理的取值范围内,以保证控制伪量满足上层控制器需求。控制系统采用分层控制结构,包含上层中层和下层控制三部分,上层为驱动力、横摆力矩控制伪量制定层,中下层为主控制器和执行器控制层。

考虑到军用车辆的特殊使用环境条件,驱动力分配算法上采用了基于安全性的驱动力分配方法,基于安全性指标是基于轮胎附着裕度指标,这里使用了“摩擦圆”的概念。优化算法采用最优化目标函数的方法进行求解,由于本文的目标函数是凸函数,因此可以转化为多元函数极值求解的问题,本文采用了拉格朗日乘子法来进行求解,通过优化分配算法将驱动力合理分配至各驱动轮以满足车辆行驶稳定性控制需求。

文章最后通过五种极限测试工况进行离线仿真试验,验证所设计的整车控制策略对分布式六轮驱动军用车辆行驶稳定性的控制效果。仿真试验结果表明,本文所设计的整车控制系统和控制策略较好地保证了车辆在所选测试工况下的稳定性,有效防止车辆出现过渡横摆、侧偏以及打滑等危险现象。