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考虑单电机故障的轮毂电机驱动汽车稳定性控制研究
| 论文题名： | 考虑单电机故障的轮毂电机驱动汽车稳定性控制研究 |
| 关键词： | 汽车轮毂电机;稳定性控制;转矩输出;故障分析 |
| 摘要： | 轮毂电机驱动汽车具有更加高效、节能、空间大、控制灵活等诸多优点。而相比传统底盘的汽车设计，轮毂电机驱动汽车在四轮系统内集成了轮毂电机，增加了执行器的数量和系统的复杂性，其故障频发率也随之显著提高。对于轮毂电机驱动汽车，单轮电机故障是一种频发率极高的转矩输出故障，会对车辆稳定性产生严重的影响，危及整车行驶安全。故本文依据电动轮汽车驱动转矩独立可控的特点，重点考虑单电机故障，对轮毂电机驱动汽车稳定性控制进行了研究。 首先，根据轮毂电机驱动汽车的驱动特点，利用Carsim/Simulink建立轮毂电机驱动汽车动力学模型。并在此基础上定义了本文主要研究的单轮电动轮转矩输出故障，建立了此故障状态下的车辆动力学模型。 然后对单电机故障状态下的稳定性控制决策进行了研究。根据控制思想的不同，划分出了转矩补偿和整车控制分配的两种稳定性控制系统，接着搭建了轮毂电机驱动汽车故障诊断观测器，并依据此观测器与车载传感器系统，设计了两者的应用决策，完成了稳定性控制系统的总体构架的建立。 对于转矩补偿控制，首先，根据非线性三步法控制理论，将轮毂电机驱动汽车的稳定性控制问题细化为稳态、前馈、反馈三个控制层面，设计了相应的稳态故障观测控制、前馈控制、误差PI反馈控制，整合开发了基于三步法的转矩补偿控制器。然后，针对控制器设计过程中的模型估计误差与模型预测误差开展了鲁棒性分析，证明了三步法控制器的输入状态稳定性ISS(Input-to-state stability)。最后通过仿真分析验证了三步法控制的控制效果。 对于控制规则与整车控制分配，首先，考虑故障轮的驱动位置，设计了上层规则化控制策略，然后根据控制策略，设计了下层执行控制器，其由转矩跟踪控制器与转矩最优分配稳定性控制器两部分构成。前者能够令车辆快速摆脱故障状态，并且结构简单、控制响应快。后者则能够有效维持整车的稳定性，并令车辆保有一定的行驶应对能力。最后在不同速度的J-turn工况下进行了仿真分析，仿真结果证明该控制系统能够能够通过稳定性控制，降低单轮电动轮故障状态下的车辆危险性，保障行车安全。 最后，开发了轮毂电机驱动汽车试验车平台，设计后轮毂电机驱动汽车，并通过实车试验验证了整车稳定性控制策略中的转矩最优分配控制，为今后进一步的稳定性控制研究奠定实车试验基础。 |
| 作者： | 林澍 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 汪洪波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 合肥工业大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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