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电动汽车轮毂电机与空气悬架阻尼预测控制研究
| 论文题名： | 电动汽车轮毂电机与空气悬架阻尼预测控制研究 |
| 关键词： | 电动汽车;轮毂电机;空气悬架;阻尼控制 |
| 摘要： | 汽车工业为中国现代社会经济的发展与繁荣做出了巨大贡献，也彻底改变了人们的生活方式。然而，带来改变的同时也造成了空气污染、石油资源枯竭等问题，为缓解上述问题，被认为高效、环保的交通工具电动汽车应运而生。轮毂驱动电动汽车具有结构简单、电机独立可控等优点，已成为轮毂驱动技术研究的重要方向。但由于在车轮内布置轮毂电机，带来的非簧载质量增加和轮毂电机激励问题会进一步恶化车辆及轮毂电机性能。因此，采取合适的控制方法降低车身振动负效应以及提升轮毂电机性能具有理论研究和现实应用双重意义。本文围绕轮毂驱动电动汽车展开轮毂电机控制和空气悬架阻尼控制研究。 首先，介绍了无刷直流轮毂电机的结构及工作原理，并搭建轮毂电机系统模型；分析路面不平等因素作用下轮毂电机产生的不均匀气隙磁场，搭建垂向不平衡电磁力模型；不考虑轮胎胎面形变，轮胎带束运动视为刚体运动，搭建刚性环轮胎模型；结合流体力学和工程热力学，搭建包含空气弹簧线性模型和可调阻尼减振器模型的空气悬架系统模型；讨论分析轮毂电机与空气悬架间的耦合作用机理，搭建轮毂电机与空气悬架（Hub Motor and Air Suspension，简称HM-AS）系统模型；利用白噪声法搭建随机路面模型；搭建试验台架，通过对比分析轮毂电机单相电流和定子质量垂向加速度仿真与试验结果，验证所构建HM-AS系统模型准确性。 其次，为缓解系统振动对轮毂电机造成的负面影响，引入矢量控制方法，并利用坐标变换搭建旋转坐标系下的轮毂电机模型；并将无差拍电流预测控制算法运用到轮毂电机矢量控制架构之中，设计无差拍电流预测控制器，实现对轮毂电机闭环控制系统的构建；分析结果显示，无差拍电流预测控制器能够有效提升轮毂电机响应速度、稳态精度并降低轮毂电机电磁转矩脉振。 最后，基于HM-AS系统模型与显式模型预测控制理论，提出HM-AS系统阻尼显式模型预测控制策略；确定了车辆平顺性、操纵稳定性和电机性能多目标性能指标函数以及悬架动行程约束条件，并结合控制器参数约束设计显式模型预测控制器；基于多参数二次规划理论，划分状态分区离线计算最优控制律，确定状态分区上控制量和状态参数之间的线性对应关系，构建显式多面体分段仿射系统；在线查找确定状态分区获得最优阻尼力并应用于HM-AS系统；分析结果显示，所提出的显式模型预测控制算法能够有效缓解非簧载质量增加和轮毂电机激励问题导致的车辆及轮毂电机性能恶化问题，有效抑制HM-AS系统的垂向振动负效应。 |
| 作者： | 李忠远 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 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： | 2022 |
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