分布式电驱动汽车转矩协调控制研究

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在能源和环境的双重压力下,发展电动汽车成为了国内外汽车行业的战略选择。近年来,由于在传动效率和动力学控制方面的优势,采用轮毂/轮边电机驱动的分布式电驱动汽车成为了国内外的研究热点。分布式电驱动汽车的动力学控制优势主要体现在两个方面:各车轮的驱/制动力独立可控,具有更多的控制自由度;相比传统内燃机,电机转矩响应更快更精确。如何结合分布式电驱动系统的性能特点,设计合理的转矩协调控制策略是充分发挥分布式电驱动汽车动力学控制优势的关键。本文在国内外研究的基础上,以前轴轮边电机驱动的分布式电驱动汽车为研究对象,结合车辆的动力学机理分析,讨论了电机转矩偏差及由此形成的左右侧转矩一致性差异对分布式驱动车辆动力学控制效果的影响,提出了常规驱/制动、驱动防滑、制动防抱死、转向过程等工况的转矩协调控制策略,并通过仿真和台架试验对控制策略进行了检验。  针对目前车用电机的性能,建模分析了分布式电驱动系统转矩一致性差异对车辆直线保持性能的影响,提出了基于航道保持的直线行驶过程电机转矩协调控制策略。采用前馈加比例-积分反馈控制,通过左右侧电机转矩的动态调整对车身横摆角速度进行闭环控制,进而实现对目标航道的保持。建立了仿真模型和电机在环的硬件在环测试台架,对所提出的控制策略进行了仿真分析和台架试验测试的验证。  研究了电动轮的驱动防滑控制方法,并在此基础上提出了分布式电驱动汽车驱动防滑过程的转矩协调控制策略。首先分析了驱动轮的动力学过程,得到了通过电机驱动力矩控制滑移率变化率的规律,采用比例-积分控制实现电动轮滑移率的闭环控制。基于滑移率控制过程的动态特性分析,提出了避免驱动轮滑移率控制与车身横摆角速度控制互相干涉的转矩协调控制方案,采用滑移率较低—侧车轮的电机转矩调整进行横摆角速度控制,实现了驱动防滑过程中滑移率和车身横摆姿态的综合控制。通过仿真和台架测试验证了控制策略的有效性。  研究了单个车轮的复合制动防抱死控制方法,并在此基础上提出了分布式电驱动汽车复合制动防抱死过程中的转矩协调控制策略。首先利用复合制动力力矩对单个车轮的滑移率进行闭环控制,并结合复合制动力的频率特性分析及复合制动系统的性能特点进行制动力分配,在保证制动防抱死性能的基础上提高了能量回收效率。在此基础上,通过滑移率较低一侧车轮电机制动力的调整进行横摆角速度控制,避免了横摆角速度控制和车轮滑移率控制的相互干扰。仿真分析和台架试验的结果表明控制策略有效提高了车辆防抱死制动过程的制动减速效果和直线保持性能。  提出了考虑电机转矩误差的转向过程转矩协调控制策略。首先,基于线性二自由度车辆模型设计了车辆转向工况的目标横摆角速度;然后,分析了左右侧电机转矩偏差对直接横摆力矩控制的影响,提出了滑模控制与模型补偿控制相结合的直接横摆力矩控制方法,计算跟踪目标横摆角速度所需要的直接横摆力矩;最后,根据横摆力矩控制目标进行左右侧电机转矩的分配,实现目标横摆角速度的跟踪。仿真和台架测试结果表明所提出的控制策略能克服电机转矩差异对转向过程动力学控制的不良影响,实现不同路况下横摆角速度目标的有效跟踪。
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