四轮轮边驱动电动公交车电子差速控制研究

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分布式驱动形式汽车是一种新型的电驱动汽车,取消了传统汽车上的发动机、变速器、传动轴、差速器等机械结构,驱动电机直接与车轮或经过减速器后与车轮相连。这种驱动形式相比较传统汽车具有更高的传递效率,从控制上也具有更高的灵活性。但在取消了机械差速器的同时需要设计合理的电子差速控制器,本文主要是针对电子差速控制策略在四轮独立轮边驱动电动公交车的应用展开了相关的研究。本文研究对象为四轮独立轮边驱动电动公交车,以该车为原型进行Trucksim动力学软件建模,并与MATLAB/simulink联合搭建电动汽车联合仿真模型,其中包括车体、轮胎、悬架KC特性、制动系统和转向系统等子模块的建模。将搭建的车辆模型进行最小转弯直径、30km/h直线滑行距离、0-30km/h加速时间仿真实验,并与实车试验数据进行对比,验证了模型的准确性。分析传统机械差速器的工作原理,并以此为依据提出以滑转率作为电子差速评价指标,且电子差速控制目标为使驱动轮滑转率保持在稳定区域。同时对分布式驱动汽车进行仿真实验,发现电子差速控制应该采用转矩控制模式,且随车轮滑转率的增大,必须采用合适的转矩控制策略以实现电子差速目标。本文设计的电子差速控制策略考虑车辆转向过程中垂直载荷转移,并以此为依据建立左右侧驱动转矩分配模块,同时考虑在极限转向功率时车轮出现严重滑转,建立基于PID控制的滑转率调节模块,通过实时监测车轮滑转率,对四个驱动电机进行转矩调节以降低驱动轮滑转率。在Trucksim/simulink电动汽车联合仿真平台下进行转向离线仿真实验,经验证该策略可以根据不同转向工况对各个驱动电机转矩进行实时分配。对比有电子差速控制策略与无电子差速控制策略的仿真结果,发现相同转向工况下采用电子差速控制策略的车辆比无电子差速策略的车辆具有更好的差速效果和转向稳定性。通过建立的轮边驱动电动汽车联合仿真平台进行转向工况仿真实验,从整车动力学层面研究质心高度、质心到前轴距离、簧上质量变化对电子差速的影响,并研究结构参数的改变对电子差速控制策略的影响,验证了控制策略具有较好的稳定性和鲁棒性。在基于dSPACE/Infineon-TC1728的硬件在环实验平台上进行半实物实时仿真,将实时仿真结果与离线仿真结果进行对比,验证了电子差速控制策略的实时性和有效性。以自主研发的四轮轮边驱动电动公交车为原型,完成实验样车开发,并将搭载了电子差速控制策略的整车控制器安装在实车上进行相关转向实车试验,验证了控制策略在实车上运行的可行性和有效性。
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