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轮毂电机驱动汽车稳定性及能耗优化控制策略研究
| 论文题名： | 轮毂电机驱动汽车稳定性及能耗优化控制策略研究 |
| 关键词： | 电动汽车;轮毂电机;转矩分配;稳定性;能耗优化 |
| 摘要： | 近几年来，各国对于环保问题的重视程度逐年提升，同时制定了越来越严格的排放标准，使得电动汽车得到了快速的发展。文章的研究对象为轮毂电机四轮驱动电动汽车，具有传动效率高、操纵响应快等优点。由于其动力结构不同于传统汽车，无法直接使用传统汽车的控制技术，成为限制其发展的一大难题。文章以提高汽车行驶稳定性和能耗优化为目的，对四轮轮毂电机驱动电动汽车稳定性控制和能耗优化策略进行了研究。 首先基于主要控制目标，将六自由度车辆理论模型进行简化，建立了用于获取控制参考值的三自由度车辆参考模型。针对研究对象，通过软件联合建模，建立了四轮轮毂电机驱动车辆模型。 其次对稳定性控制和能耗优化的主要影响因素进行了分析。稳定性控制方面，分析了横摆角速度和质心侧偏角对整车稳定性的影响，确定了以质心侧偏角的相平面作为稳定性的判定依据；能耗优化方面，分析了轮毂电机驱动汽车的主要能量损耗来源，并建立了主要能量损耗来源轮毂电机能耗和轮胎滑移损耗的模型。确定了稳定性和能耗优化控制的分层控制结构。 然后建立了基于PID控制算法的速度跟踪控制器，用于决策广义纵向力矩。对不同情况下的相平面稳定边界进行了探讨。针对横摆角速度和质心侧偏角误差跟踪，分别设计了滑模控制；基于稳定相平面状态切换控制模式，对滑模控制器的结果进行加权得到附加横摆力矩，进一步得到广义横摆力矩，完成了上层控制器的建立。 然后建立了基于求解转矩优化分配问题的下层控制模型，以电机能耗、轮胎滑移损耗为优化目标，以上层控制器得到的广义力矩为等式约束。以电机能限和附着条件为不等式约束，通过NSGA-II算法求解优化问题，得到最优转矩分配方案，完成了下层控制器的建立。 最后基于四轮轮毂电机驱动车辆模型以及控制器模型，建立了联合仿真平台。通过正弦输入工况和双移线工况仿真，验证了上层稳定控制器的有效性；通过NEDC工况和UDDS工况仿真，验证了下层控制器的能耗优化效果。并通过轮毂电机实验平台进行模拟试验，进一步验证了控制策略的能耗优化效果。 |
| 作者： | 李怡鹏 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 吴石 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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