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原文传递轮毂电机驱动电动汽车垂向动力学模拟与预测控制

论文题名：	轮毂电机驱动电动汽车垂向动力学模拟与预测控制
关键词：	电动汽车;轮毂电机;空气悬架;附加气室;模型预测控制
摘要：	随着新能源汽车的发展和推广，电动汽车衍生出了集中式驱动和分布式驱动两种主要驱动形式。分布式驱动又可细分为双电机驱动、轮边电机驱动和轮毂电机驱动。其中，轮毂电机驱动电动汽车控制灵活，传动高效，但其特殊的布置形式增大了悬架系统的簧下质量，加剧了簧下部件的振动，降低了轮毂电机驱动电动汽车的悬架减振性能。此外，轮毂电机的定子与转子在路面激励和悬架力共同作用下会产生相对位移，引发偏心现象，导致轮毂电机气隙磁场畸变，诱发不平衡电磁力，加剧电机不良振动的同时恶化了电动汽车悬架减振性能。为了提升电动汽车悬架减振性能并抑制轮毂电机的不良振动，现有研究多使用能耗高，成本昂贵的主动悬架，且综合考虑车辆悬架性能和轮毂电机振动抑制的研究较少。带附加气室空气悬架是空气悬架的一种衍生结构，其刚度和阻尼可调，在提升车辆乘坐舒适性和行驶安全性方面有很大潜力。因此，本文对装有空气悬架的轮毂电机驱动电动汽车开展模拟与控制研究。　　首先，根据无刷直流电机工作原理，建立了无刷直流轮毂电机系统模型；分析轮毂电机气隙磁场产生原理，搭建了轮毂电机不平衡电磁力模型；介绍了带附加气室空气悬架的工作原理，考虑连接管路节流和迟滞效应，结合流体力学、工程热力学等理论，建立了带附加气室空气悬架模型；讨论了轮毂电机和空气悬架的耦合机理，构建了轮毂直驱空气悬架（HubDirectDrive-AirSuspension,简称HDD-AS）系统模型；建立了凸包激励和随机路面激励模型；试验验证了轮毂电机系统模型和不平衡电磁力计算模型。　　其次，为分析轮毂电机系统和空气悬架系统的双向作用机理，在MATLAB/Simulink环境中，仿真分析了轮毂直驱空气悬架系统电机偏心距、不平衡电磁力、簧上质量加速度、悬架动行程、轮胎动载荷和簧下质量加速度均方根值与附加气室容积和阻尼系数的关系；探讨了电机偏心距、簧上质量加速度、悬架动行程和轮胎动载荷对路面不平度的传递特性，为轮毂直驱空气悬架系统的控制研究奠定基础。　　最后，考虑半主动悬架限制和悬架动行程约束，以降低簧上质量加速度、轮毂电机偏心距和轮胎动载荷为目标，将非线性模型预测控制算法应用于轮毂直驱空气悬架系统，建立了轮毂直驱空气悬架系统非线性模型预测控制器；运用遗传算法，优化了控制器参数；为满足非线性模型预测控制器控制需求，根据轮毂直驱空气悬架系统可测状态变量，考虑系统的非线性特征，运用扩展卡尔曼滤波算法，构建了轮毂直驱空气悬架系统扩展卡尔曼观测器；仿真结果表明，所建立的非线性模型预测控制器可有效降低簧上质量加速度、轮胎动载荷和轮毂电机偏心距，提升了轮毂电机驱动电动汽车悬架减振性能，抑制了轮毂电机的不良振动。
作者：	陈鑫
专业：	车辆工程
导师：	李仲兴
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2021