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原文传递电动汽车动力学控制

论文题名：	电动汽车动力学控制
关键词：	电动汽车;动力学模型;验证算法;纵向控制器;后轮驱动;横向稳定性
摘要：	相比较于传统内燃机而言,电动机能够精确地产扭矩,同时这个扭矩能够精确的测量到。并且电动机能够独立的安装在每个轮子上,同时能够产生负扭矩。这些都是传统内燃机无法做到的。因此,从控制工程角度而言,电动车有很多其他的优点。比如,通过扭矩的反馈,为控制策略增加了一个参考量,从而得到更加精确和准确的动力学控制。　　首先,本文建立了一个基于MATLAB/Simulink的车辆动力学模型。作为一个验证算法可靠性和有效性的重要工具,这个模型有足够的复杂度和自由度(共12个)。首先魔术公式被用来模拟轮胎和地面的摩擦力,这个公式能够很好的模拟出摩擦圆的概念。其次底盘的运动模型有三个,即纵向运动,横向运动和横摆运动。另外,车辆运动过程中的载荷转移也被考虑其中,它是造成横向不稳定的一个重要因素。车的运动轨迹也实时的能够得到,给读者一个直观的感觉。最后,在实际工程应用中,一个无刷直流电机的扭矩输出是与电机转速有一定耦合关系的,不同转速下,扭矩输出都有一个上下限。因此,为了减小仿真与实际的差距,一个简单的电机模型也被采用了。　　其次,利用扭矩的反馈,一个新的纵向动力学控制算法被提出。该算法基于一个全新的定义量,即电机等效转动惯量。它定义为电机输出扭矩与角加速度之比。为了保证电动车纵向的稳定性,这个量有一个安全范围。同时提出一个 PI控制器来使得等效转动惯量在其安全范围内。不同路面条件下的仿真结果显示出该算法能够有效地保证电动车纵向动力学的稳定。同时也表示出该算法不依赖与任何路面条件,也不需要任何预知的路面条件。最后,一个测功机台架被用来当做试验平台来验证算法在试验中的有效性。实验结果证明该算法在试验中仍能保持有效性。　　最后,当研究横向动力学时,为了避开针对车辆侧偏角的基于数学的观测器,一个修改后的基于电机等效转动惯量的纵向控制器被验证出,在两维动力学的情况下,其仍能保证纵向的稳定,也就是说能够保证小的车辆侧偏角。因此提出了一个基于横摆力矩观测器的横向动力学控制器。该控制器首先得出一个理想的车辆运动状态,通过理想的运动状态与实际运动状态之差,两后轮力矩的补偿能够得到。补偿的力矩再通过纵向控制器的矫正,以保证纵横向力的不失控,最终来保证横向的稳定。该算法最大的不确定性就是车速的信息,但由于该论文是针对一个后轮驱动的电动车,因此车速可以近似的通过前从动轮的转速得到,但实际中仍会有噪音的存在。因此,在仿真中,无噪音以及有噪音的情况都被模拟到。仿真结果显示出该算法无论在有无噪音的情况下,均能够保证车辆横向的稳定性。
作者：	刘璐
专业：	电子科学与技术
导师：	马澄斌
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文