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原文传递电动汽车轮毂电机过热保护的运动控制方法

论文题名：	电动汽车轮毂电机过热保护的运动控制方法
关键词：	电动汽车;轮毂电机;过热保护;运动控制
摘要：	近年来，随着国家对新能源汽车研发的大力支持，各式各样的电动汽车逐渐出现在人们的视线当中。相较于传统内燃机汽车，电动汽车具有环保，执行器响应快等优点。在电动汽车中分布式电动汽车更是以其自由度高，控制灵活等优点被广泛研究。因其电机分布在四个轮毂中，每个轮胎具有单独的转向及驱动能力，因此具有更高的控制上限。但同时这种设计也存在一些问题，由于轮毂电机运行空间狭小，当电机长时间工作在高负载状态下时，电机内部会产生大量的热量，另外轮毂电机散热性能有限，电机内部各个元器件很容易因高温导致加速老化，甚至发生故障，当车辆在行驶过程中发生故障会导致车辆失稳，严重可能会导致侧翻，造成人员伤亡。因此对分布式电动汽车的驱动电机的过热保护研究具有重要意义。　　为了保证车辆在行驶过程中轮毂电机始终运行在安全温度下，延长电机使用寿命的同时保障驾驶员的安全，提出了对电机过热保护的研究。目前车辆电机热保护的研究的主要思想是：当电机内部温度超过安全温度阈值，通过降低电机所能输出的最高转矩进而降低温度的方法来保护电机。但车辆在实际行驶过程中电机转矩的变化势必会影响车辆的行驶稳定性。针对上述问题，本文提出了两种电机热保护策略，分别为基于滑模控制的电机热保护容错控制策略和基于模型预测控制(MPC)的电机热保护故障预防控制策略。　　首先，针对现有的热保护控制算法没有考虑车辆稳定性的问题，设计了基于滑模控制的电机热保护容错控制策略，该方法所要达到的目的是保证车辆在触发热保护后降低因转矩变化引起的车身不稳定影响。采用分层控制策略对控制系统进行设计，上层通过二自由度模型求得期望的车辆状态，根据求解得到的状态通过Terminal滑模控制算法求解得到合力及合力矩。中层通过设计优化函数对轮胎力进行分配，且在求解的过程中考虑电机温度约束。下层将得到的轮胎力转化为实际控制车辆的控制信号。最终解决了车辆在触发热保护后的稳定性问题。　　其次，为了使车辆避免触发热保护的同时最大程度上提升车辆的动力性，提出了基于MPC的电机热保护故障预防控制策略，该方法同样采用分层的控制策略对控制系统进行设计，上层通过参考模型获得车辆期望的行驶状态，中层采用模型预测控制算法对控制器进行设计，在控制器的设计中同时考虑车辆动力学模型与电机热模型，该设计方法的优点在于：其能预测未来一段时域内车辆行驶状态以及电机温度，在电机温度即将到达阈值温度时，通过优化求解，提前控制电机温度，使温度保持在一个不再上升的水平，避免触发电机热保护的同时最大程度上降低车辆的动力损失。下层通过执行器控制层将得到的轮胎力转化为实际控制车辆的控制信号。　　最后，通过Matlab与Carsim联合仿真的方法验证所提控制方法的有效性，分别在直线加速工况以及加速单换道工况对所提控制方法进行验证。同时将PID控制与所提控制方案进行对比，结果表明所提控制方法能明显提升车辆的稳定性和动力性。此外，上述两种方法将电机热保护控制与整车纵横向一体化稳定性相结合，解决了电机热保护控制过程中引发的车辆稳定性问题。
作者：	刘晓斌
专业：	控制工程
导师：	赵海艳
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022