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原文传递轮毂电机驱动汽车半主动空气悬架垂向最优控制研究

论文题名：	轮毂电机驱动汽车半主动空气悬架垂向最优控制研究
关键词：	电动汽车;轮毂电机;空气悬架;遗传算法;最优控制
摘要：	轮毂电机驱动汽车具有污染少、噪音小、节能环保等特点，在汽车领域受到广泛关注，其没有传统燃油车复杂笨重的机械传动结构，将轮毂电机安装于车轮内部，直接驱动车轮转动，集驱动、制动、承载等多种功能于一体，具有结构简单紧凑、传动系统高效节能、驱动系统布置灵活、车辆行驶稳定性高等优点。但轮毂电机驱动汽车布置结构也带来诸多车辆动力学问题，由于引入轮毂电机使得车辆非簧载质量增大，簧载质量与非簧载质量比降低，轮胎动载荷变化增大，进而影响轮胎接地力，容易引起车辆轮胎接地性和行驶平顺性恶化；在路面激励下轮毂电机定转子出现偏心进而产生不平衡电磁力，恶化车辆悬架减振性能等。本文针对轮毂电机控制以及在路面和轮毂电机产生的不平衡电磁力耦合激励下对轮毂电机空气悬架(HubMotorAirSuspension，简称HM-AS)系统展开半主动悬架阻尼控制研究。　　首先，选用无刷直流电机(BrushlessDCMotor，简称BLDCM)作为轮毂电机，基于无刷直流电机的电压方程和电磁转矩方程建立轮毂电机模型，在此基础上分析静态偏心状态下轮毂电机气隙磁场和不平衡电磁力的解析模型；针对轮毂电机电磁耦合程度高的问题，采用矢量控制方法对轮毂电机进行解耦控制研究；为提升轮毂电机转速响应、降低稳态误差以及减小超调量，结合区间二型模糊逻辑控制算法(IntervalTypeIIFuzzyLogicControl，简称IT2FLC)和矢量控制对轮毂电机转速进行调节；搭建轮毂电机试验台架，通过采集轮毂电机输出单相电流信号，验证轮毂电机模型和不平衡电磁力模型准确性。　　其次，建立两种路面激励，采用滤波白噪声模拟随机路面激励，利用余弦函数构建凸包路面模型；将空气弹簧刚度非线性动态特性线性化以简化模型，便于模型控制研究，同时调整输入电流大小改变可调阻尼减振器阀口开度，实现阻尼调节；基于刚性环理论，建立刚性环轮胎模型，结合轮毂电机建立半车HM-AS系统垂向振动模型，然后将轮毂电机和空气弹簧引入试验样车中，在随机路面工况下对比试验数据和仿真模拟数据结果，验证搭建的半车HM-AS系统模型的准确性。　　最后，通过遗传算法(GeneticAlgorithm，简称GA)对LQR控制器中权重矩阵系数进行寻优，寻出一组理想数值使得悬架指标达到最优，将前后轮悬架动行程作为约束条件，确保悬架不会撞击限位块前提下，以降低车身垂向加速度、前轮定转子偏心距、后轮定转子偏心距、前轮轮胎动载荷、俯仰角加速度和后轮轮胎动载荷为目标，构建GA-LQR控制策略对半车HM-AS系统模型进行半主动悬架控制；利用可调阻尼减振器产生的阻尼力提供所需的最优悬架力，实现半主动悬架控制。在随机路面和凸包路面工况下，从时域和频域角度分析GA-LQR控制对半车HM-AS系统模型垂向振动控制效果，并以天棚阻尼控制作为对比进行仿真分析，结果表明，提出的GA-LQR控制策略能有效抑制轮毂电机不良振动并提升悬架性能。
作者：	严传馨
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