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原文传递纯电动方程式赛车驱动系统设计及控制策略研究

论文题名：	纯电动方程式赛车驱动系统设计及控制策略研究
关键词：	纯电动赛车;控制策略;驱动系统;电路设计;仿真建模
摘要：	中国大学生电动方程式大赛为学生提供一个解决复杂赛车工程挑战的平台，对培养纯电动汽车相关技术人才具有重要推动作用。动态项目是该赛事的重要组成部分，不同动态项目的行驶工况对赛车驱动电机动力输出需求不同，然而目前方程式赛车的驱动控制策略较少考虑赛车在不同工况下的动力性能要求。针对上述问题，本文以单电机驱动赛车为研究对象，对驱动系统进行匹配设计，并根据赛车在直线加速、八字绕环项目的行驶工况特点对驱动电机输出转矩进行优化，分别提出了对应工况的驱动控制策略。本文的研究成果以期为提高赛车驾驶性能提供理论依据和可行性方案。　　分析了驱动系统设计特点，确定驱动形式为单电机驱动。根据比赛规则和往年参赛经验确定了车辆的性能指标和基本参数，基于理论分析对电机、电池、传动比进行参数匹配并确定了电池、电机及其控制器的选型。　　在纯电动赛车驱动系统电路设计方面，基于分模块的设计思路，开发了驱动信号采集模块、高压驱动电路、低压控制电路、安全回路、冷却系统以及通讯系统。其中，驱动信号采集模块包括加速/制动踏板、轮速等信号采集；高压驱动电路包括预充电及放电电路设计；低压控制电路包括低压供电电路、蜂鸣器电路、驱动系统激活指示灯电路设计；安全回路包括开关电路、制动可靠性检测装置等电路设计；冷却系统主要是通过匹配相应的冷却水泵解决驱动电机和电机控制器在运行过程中的散热问题；同时根据赛车的通讯要求，制定了整车控制器、仪表板、电机控制器、电池管理系统间的通信协议，构建了相应的通讯系统。　　重点研究了纯电动赛车在直线加速工况和八字绕环工况的驱动控制策略。在直线加速工况研究中，基于动力性确定了加速踏板与基准转矩为“上凸型”函数关系，并提出基于滑动率的模糊PID调节转矩控制策略，通过基准转矩与调节转矩叠加确定电机的输出转矩，解决了赛车在起步阶段易发生车轮打滑的问题；在八字绕环工况研究中，确定了加速踏板与基准转矩为“线性”函数关系，提出以八字绕环工况道路特点为主，驾驶人意图为辅的调节转矩设计原则，通过模糊理论设计了以车速、加速踏板开度及开度变化率为输入，以调节转矩为输出的八字绕环调节转矩控制策略，通过基准转矩与调节转矩叠加确定电机的输出转矩，解决了车手经验不足、易发生侧滑等问题。　　为验证所提驱动控制策略的有效性，基于PreScan、CarSim、Simulink等仿真软件和G29驾驶模拟器搭建了驾驶人在环仿真平台。通过直线加速以及八字绕环工况的仿真对比实验，验证了所设计的驱动控制策略在直线加速和八字绕环工况下能改善赛车的行驶性能。同时进行了实车在环测试，实验结果也验证了本文驱动控制策略的有效性。
作者：	马辉
专业：	车辆工程
导师：	杨炜
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2022