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原文传递基于FOSMC的轮毂电机驱动电动汽车稳定协调与转矩分配研究

论文题名：	基于FOSMC的轮毂电机驱动电动汽车稳定协调与转矩分配研究
关键词：	电动汽车;轮毂电机驱动;横摆稳定性;转矩分配
摘要：	纯电动汽车具有节能，环保，安全等优点，有利于解决未来能源，环境等问题，具有良好的发展前景。作为纯电动汽车的一种全新型式，轮毂电机驱动电动汽车由安装在车轮上的轮毂电机直接驱动行驶，大大简化了底盘传动结构，动力响应更为迅速，能量传递更为高效。轮毂电机驱动的最主要优势在于它优良的动力学控制，四个轮毂电机可以独立控制，转矩分配灵活可变，大大提高了车辆的可控自由度，因此非常有利于实现车辆的行驶稳定性控制，但是，考虑复杂工况下电动汽车多电机协调与整车稳定性控制是核心问题。本文以轮毂电机驱动电动汽车为研究对象，基于车辆多状态行驶稳定性自适应需求，开展车辆的横摆稳定性及转矩分配方法研究。　　首先，基于CarSim平台构建轮毂电机驱动电动汽车整车模型，尤其是车体模型设计，驱动型式变换后驱动轮力矩输入接口修改，将轮毂电机的驱动力矩输出给驱动轮。采用永磁无刷直流电机作为车用轮毂电机，搭建起等效的电机Simulink模型，提出PID驾驶员模型，形成驾驶员-四轮毂电机-轮胎驱动力-动力学模型的CarSim/Simulink联合仿真平台。分别设计了直线先加速后制动工况和方向盘转角阶跃输入工况，验证了车辆动力学的基本性能，为后文的控制策略仿真验证提供了保障。　　其次，就轮毂电机驱动电动汽车稳定性控制问题展开讨论，分析影响车辆操纵稳定性的两个关键参数：横摆角速度和质心侧偏角，并基于直接横摆力矩控制方法，构建了上层为横摆控制层，下层为转矩分配层的整体控制架构。通过横摆控制层计算使车辆稳定所需的附加横摆力矩，根据转矩分配策略得到四个车轮力输出到模型，以实现车辆的稳定性控制。　　再次，引入分数阶微积分理论，基于Oustaloup递推滤波近似方法，在Simulink中设计了分数阶微积分控制器。建立起车辆二自由度参考模型，以车辆横摆角速度和质心侧偏角为状态量，引入分数阶微积分算子设计滑模面，根据指数趋近率求解得到附加横摆力矩，并对分数阶滑模控制器进行了稳定性分析。通过双移线工况下仿真发现，在低速低附着和高速高附着条件下，分数阶滑模控制（FOSMC）较传统滑模控制（SMC）相比，质心侧偏角在FOSMC作用下更接近于理想值，横摆角速度的控制误差分别降低了11.8%和24%，控制输入分别减少了35.5%和23.5%，并且有效抑制了系统的抖振。　　然后，针对轮毂电机驱动电动汽车转矩灵活分配的特点，设计等比例转矩分配策略，并提出基于车辆质心侧偏角动态权重的的转矩优化分配方法，以轮胎利用率平方和最小化为优化目标函数，设计基于车辆质心侧偏角的前后轴权重系数，以实现转矩优化分配。通过方向盘正弦输入工况下的仿真对比，得出优化分配可以按照车辆附着情况对转矩精准分配，轮胎利用率平方和降低了15.4%，提高了车辆的侧向裕量和行驶稳定性。　　最后，建立HiL仿真测试系统，并基于D2P快速控制原型搭建用于硬件在环的稳定性控制策略模块以及转矩优化分配模块，试验结果表明在分数阶滑模控制下，提高了稳定性参数的跟踪性，并改善了优化分配下峰值转矩波动的情况，验证了控制策略的有效性和实时性。
作者：	郦路遥
专业：	交通运输工程
导师：	陈龙
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2020
正文语种：	中文