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原文传递四轮驱动电动汽车的扭矩包络控制算法

论文题名：	四轮驱动电动汽车的扭矩包络控制算法
关键词：	电动汽车;扭矩包络控制算法;仿真分析;四轮驱动
摘要：	现今，推广电动汽车（以取代传统汽车）已经被广泛认同为解决温室效应和能源短缺的一大举措。与传统汽车相比，电动汽车明显能效更高，也因此更为“绿色”。同时，相较于传统汽车依靠内燃机产生扭矩的形式，电动汽车可由电机直连车轮，使得作用在每个车轮上的扭矩更为精确快速。除此之外，由于电机还可直接产生负扭矩，电动汽车不必如同传统汽车一般依靠刹车片与车轮摩擦减速刹车，这也使得电动汽车在节省效率的同时，具有了更高的安全性和操控性。然而，由于电动汽车尚属新兴事物，对其相应的稳定性控制方法还很不成熟，并且已有的很多控制方法也仅仅停留在理论阶段，并未实际验证。基于上述情况，本文提出了一种四轮驱动电动汽车的扭矩包络控制方法，并通过仿真及实验验证了算法的有效性。　　在本文中，我们首先通过Maltab/Simulink平台建立了较为系统的车辆模型，该模型通过模拟轮胎与地面的关系、重心偏移以及车辆底盘的三自由度（横向、纵向、转向）运动等，较为准确的描绘了车辆运动过程中的动力学特性。　　另外，虽然上述模型可以对于车辆运动给出一个直观的理解，但依然存在一些弊端。举例来说，上述车辆模型并未考虑电机的传动特性，而只是单纯的将电机的扭矩指令等效为其真实的输出扭矩。又如，上述模型仅通过轴距、轮距、车辆重量、转动惯量等变量来描述电动汽车，这也不可避免地失之偏颇。为了得到更为真实可靠的仿真效果，本文还引入了CarSim这一重要仿真平台。简要而言，我们通过 CarSim建立了一个较为真实完善的电动汽车模型和仿真环境，也通过Simulink设计了相应的扭矩包络控制方法。最终，我们将CarSim和Simulink联立仿真，构建了一个真实可行的四轮驱动电动汽车仿真平台。　　对于其控制算法，电动汽车的稳定性控制可被简单分为纵向稳定性控制、横向稳定性控制以及垂向稳定性控制三大方面。由于垂向稳定性主要影响驾驶舒适感而非安全性，且对于电动汽车而言，其垂向稳定性控制与传统汽车区别不大，因此本文主要侧重于对于电动汽车的纵横向稳定性控制。对于电动汽车稳定性控制而言，由于纵向上可以通过调节电机扭矩直接调速，因此纵向稳定性控制会相对简单。与之对应的是，由于无法通过调节电机扭矩直接的控制横向车速，因此横向稳定性控制一直是较为困难的课题。对于这一课题，许多学者一直致力于寻找合适的状态参量用以表征车辆的横向稳定性，并通过反馈控制，使得该参数保持在相对稳定的状态。最终，偏航角（β）被证明是较为有效的可以表征车辆横向稳定性的参量。然而，由于在车辆行驶过程中，偏航角（β）很难被实时监测出来，许多研究人员又不得不设计各种复杂算法，用以实时估算β值。同时，β的估算同样依靠一些较为昂贵的传感器（如轮胎横向力传感器），这使得相应的控制算法很难被实际应用。在本文中，我们将会介绍一种新型的扭矩包络控制算法。简要来讲，通过研究分析轮胎特性曲线，我们探讨出车辆纵向稳定与横向稳定的相关关系。通过这种方式，本算法不在需要β来衡量车辆的横向稳定性，而是仅需要知道车辆的纵向稳定性状态，即可推断出其横向稳定性状态，因而避免了因估算β而产生的繁复的数学模型。最后，本文通过仿真实验和实际试验，验证了所提出的扭矩包络控制算法的有效性。
作者：	熊川樘
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：	2016
正文语种：	中文