原文传递
轮毂驱动电动汽车空气悬架系统混杂模型预测控制研究
| 论文题名： | 轮毂驱动电动汽车空气悬架系统混杂模型预测控制研究 |
| 关键词： | 电动汽车;轮毂驱动;空气悬架系统;混杂模型预测控制 |
| 摘要： | 随着能源储备的日益紧张和新能源汽车的快速发展，轮毂电机驱动的电动汽车因为其控制灵活、传动高效、空间利用率高等优点受到了诸多学者的广泛关注。轮毂驱动汽车特殊的驱动形式不仅会带来非簧载质量增大，还会受到路面激励的作用产生不平衡电磁力，二者的双重影响下不仅恶化了车辆的垂向性能，也会影响电机的使用寿命。为了抑制轮毂电机对电动车辆垂向性能带来的负面影响，现有研究大多从主动悬架角度出发，虽然控制效果良好但是成本昂贵难以普及应用。配备可调阻尼减振器的空气悬架是一种对提升车辆垂向性能具有很大潜力的半主动悬架。因此本文以轮毂驱动电动汽车空气悬架（Hub Drive Electric Vehicle-Air Suspension，简称HDEV-AS）系统为研究对象，针对阻尼系数调节过程中阻尼力存在的非线性约束，提出一种混杂模型预测控制策略，缓解由轮毂电机带来的垂向性能恶化的问题。 首先，基于电机的工作原理、电磁力学、气体热力学、可调阻尼减振器调节原理和车辆动力学建立了轮毂电机模型、不平衡电磁力计算模型、空气弹簧动力学模型、可调阻尼减振器动力学模型、1/4HDEV-AS系统垂向动力学模型和HDEV-AS系统整车垂向动力学模型；对限带白噪声进行滤波处理建立随机路面激励模型；依据系统耦合机理搭建了HDEV-AS系统模型；进行台架试验以及实车随机道路试验验证了所建立的HDEV-AS系统模型的准确性。 然后，在1/4HDEV-AS系统动力学模型的基础上，考虑到控制输入的非线性约束，建立1/4HDEV-AS系统混杂模型对动力学方程和非线性约束进行统一描述；根据所建立的混杂系统模型结合模型预测控制算法，以降低簧载质量垂向加速度、电机偏心和轮胎动载荷为目标，设计混杂模型预测控制（Hybrid Model Predictive Control，简称HMPC）系统。在随机路面下进行仿真，结果表明了所设计控制系统达到设计目标，提高了车辆的垂向性能。 最后，针对HDEV-AS系统整车模型，为降低控制设计难度，创新性的提出分散式混杂模型预测控制策略（Decentralized Hybrid Model Predictive Control，简称DHMPC），将整车垂向动力学模型分解为四个相互独立的悬架子系统，对每一个悬架子系统单独进行控制设计；为满足控制系统的控制需要，基于卡尔曼滤波算法来估计HDEV-AS系统中难以获得的状态变量；在随机路面激励下仿真结果表明，所设计的分散式混杂模型预测控制系统有效的降低了整车振动和电机振动，能够抑制轮毂电机带来的垂向性能恶化。 |
| 作者： | 王成崇 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 江洪 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
