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原文传递轮毂驱动电动车扭矩分配及横摆稳定控制方法研究

论文题名：	轮毂驱动电动车扭矩分配及横摆稳定控制方法研究
关键词：	电动汽车;轮毂驱动;扭矩分配;汽车电子学
摘要：	轮毂驱动电动车变革了传统车辆的底盘结构形式，具有结构紧凑，传输效率高以及车轮扭矩独立驱动的特征，是重要的未来电动车类型，得到了学术界与工程界的广泛关注与研究。轮毂驱动电动车驱动方式的改变，使其纵向动力学控制与侧向动力学控制面临技术变革与全新的挑战。其研究工作具有重要的理论意义和实际意义。本文针对纵向动力学控制的扭矩规划以及侧向动力学的横摆稳定控制的应用性关键问题进行研究，提出了一种轮毂驱动电动车扭矩分配方法，兼顾了驱动性能与节能优化目标；提出了一种防过度转向鲁棒不变集控制方法，有效提高了横摆稳定性能；提出了基于模型的期望横摆率设计方法，有效避免了期望横摆率规划不合理导致横摆稳定控制性能下降甚至恶化的问题。本文的研究工作从具体的应用需求出发，提出的控制方法具有实际应用价值。本研究群主要内容包括：　　⑴针对车辆的纵向运动控制问题进行了整车扭矩规划与分配的研究，由此形成车辆驱动控制的基础。整车扭矩规划根据驾驶员对加速踏板或制动踏板的操控信息、车辆状态（电机转速、驱动扭矩）以及动力系统部件状态（电池温度，电机温度）等信息，计算电机总驱动扭矩需求。为了使扭矩规划结构清晰、合理，本文采用分层规划方式。首先将扭矩规划输入信息分解为驾驶员操控信息、车辆状态信息以及车辆约束信息三部分。并通过三部分信息融合，将扭矩规划分为驾驶员操控扭矩需求和车辆状态约束需求。本文给出的扭矩规划综合了驾驶员操作意图和车辆状态（电机转速、驱动扭矩或功率）以及动力系统部件状态（电池温度，SOC，电机温度）等信息对驱动扭矩的制约。对于轮毂驱动电动车将驱动扭矩分配给四个车轮时的非唯一性问题，本文给出了一种最优附着率的前后车轮扭矩分配方法，可使轮毂驱动电动车获得最佳驱动性能。基于车辆驱动性能最优的扭矩分配可能导致能效下降的问题，本文在最优驱动性能分配方法的基础上，结合车轮驱动效率试验结果，从能量利用率优化角度出发，进一步给出了一种优化驱动效率的扭矩调节方法，使得驱动性能和节能目标得到了有效的协调。　　⑵针对目前轮毂驱动电动车横摆稳定控制研究局限于横摆率跟踪控制方法，缺乏对横摆稳定控制过程中不足或过度转向进行研究的问题，本文建立了考虑了内外侧车轮侧向力和滚动阻力不等对质心侧偏角和横摆率的影响的单轨侧向动力学模型，依据侧向动力学模型和轮胎力的饱和非线性特性，对横摆率跟踪控制可能产生过度转向的机理进行了分析，提出了采用后轴车轮侧偏角为依据的过度转向识别方法。由此，将防止过度转向问题转化为横摆稳定控制的状态约束问题。为了提高轮毂驱动电动车横摆率跟踪控制的动态和稳态性能，防止状态约束控制带来保守性，本文进一步将横摆稳定控制分解为无约束控制和约束控制问题。未达到状态约束值时，采用无约束横摆率跟踪控制算法，以提高车辆的横摆动态性能。达到状态约束值时，本文提出了一种鲁棒不变集控制算法，用以将状态约束在期望的不变集内，防止状态转移导致过度转向。从一个新的角度探索的轮毂驱动电动车横摆稳定控制中防过度转向的控制方法，兼顾了横摆动态性能和横摆稳定性能。基于高精度车辆动力学模型和多工况的仿真结果表明，本文提出的方法对防止横摆稳定控制过程中的过度转向是有效的。　　⑶期望横摆率设计是轮毂驱动电动车横摆稳定控制应用面临的关键技术问题。目前普遍将单轨车辆模型的稳态值作为期望横摆率或根据路面附着系数和车速直接计算期望横摆率。这种设计方法工况适用性差，难以在实际中应用。针对此问题，分析了目前期望横摆率设计方法的工况适应范围差的原因以及由此带来的横摆稳定控制问题，提出了用Dugoff轮胎模型修正单轨车辆模型的稳态值计算的思路和方法，并将期望横摆率的设计问题转化为非线性优化求解问题。采用遗传算法进行非线性优化问题求解。为解决实际应用时的在线计算问题，本文在提出期望横摆率优化计算思路和方法的基础上，进一步给出了一种离线优化求解，MAP在线计算的方法。为表征本文方法的特点和有效性，在多工况下对实际横摆率、文献方法和本文方法进行了仿真研究。结果表明，本文方法具有更宽的工况适用范围，而文献方法是本文方法的特例。
作者：	滕婷
专业：	控制工程
导师：	刘志远
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文