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原文传递分布式驱动电动汽车轮胎能耗分析与整车节能控制

论文题名：	分布式驱动电动汽车轮胎能耗分析与整车节能控制
关键词：	分布式驱动电动汽车;模型预测控制;电机节能;轮胎滑移;车辆稳定性
摘要：	近年来由化石能源的大量使用所导致的环境污染和能源紧张问题日益严重，而传统燃油车的广泛使用则更加剧了这一现象，所以越来越多从事汽车相关工作的研究人员及企业把目光投在了电动汽车上，其中针对分布式驱动电动汽车的相关研究已成为国内外的研究热点。相较于传统燃油汽车，分布式驱动电动汽车不需要传动系统来进行动力传递，而是由四个相互独立的电机直接向车轮提供转矩，在使车辆具有更多的可控自由度的同时也让其效率和响应速度大大提高，可以更好地实现四轮力矩分配，达到提高车辆节能效果的目的。因此本文针对分布式驱动电动汽车做了以下工作：　　首先，对轮胎滑移能耗机理进行分析。考虑到降低轮胎滑移能耗也是实现整车节能的一种方式，因此通过建立轮胎离散仿真模型，分析不同工况下轮胎的力学特性，并利用得到的轮胎接地印迹内的胎面单元特征分布来分析轮胎滑移能耗机理，在此基础上建立UniTire半经验滑移能耗模型，仿真结果验证了该模型的准确性，将其作为后续工作的基础。　　其次，以基于轮毂电机的分布式驱动电动汽车作为研究对象，建立被控车辆的整车动力学模型。利用CarSim建立车身模型，再通过Matlab/Simulink建立车轮、电机、电池、行驶阻力及轮胎的模型。将在中国轻型汽车行驶工况（ChinaLight-dutyvehicleTestCycle-Passenger，CLTC-P）下联合仿真得到的结果与实车试验数据进行对比，验证了所建模型的准确性，将其作为后续控制策略的仿真验证平台。　　然后，为了提高电动汽车在纵向工况下的节能水平，提出了基于模型预测控制（ModelPredictiveControl，MPC）算法的节能控制策略。选择车轮动力学模型作为预测模型，在此基础上设计了模型预测控制器，可以将电机节能控制和轮胎滑移能耗控制进行集中优化。其中降低电机驱动功率并增加制动回收能量是提高电机节能水平的主要方式，据此提出离线优化和在线优化两种节能控制策略。仿真结果表明，所提策略可以有效降低电机能耗和轮胎滑移能耗，提升整车节能水平。　　最后，提出综合车辆稳定性和节能的集成控制策略。在侧向工况下，如果仅将节能作为控制目标，车辆可能会发生失稳。因此选择双轨模型作为预测模型，提高车辆状态的预测精度，并结合节能控制策略，将稳定性控制目标纳入代价函数中进行多目标集中优化，使在保证车辆的稳定性的同时提升整车节能水平。双移线工况的仿真结果表明，所提出的控制策略可以达到提升电动汽车节能表现和稳定性的目的。　　综上，本文通过对轮胎滑移能耗机理的分析，建立UniTire半经验滑移能耗模型，并以基于轮毂电机的分布式驱动电动汽车为研究对象，利用其丰富的可控自由度，先后设计了整车节能控制策略和车辆稳定性与节能集成控制策略。仿真结果表明，所提控制策略可以有效地实现电机节能、降低轮胎滑移能耗并保证车辆稳定性的目标。
作者：	王勃洋
专业：	车辆工程
导师：	许男
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022