论文部分内容阅读
随着线控技术和轮毂驱动技术的日益成熟,具有四轮独立驱动/转向/制动功能的分布式全线控电动汽车将成为未来汽车发展的新方向。该车辆型式采用的分布式布置的电动化底盘架构使其比传统底盘具有更高的可控自由度和控制精度,通过对底盘控制算法的设计可以提高车辆在操纵性、节能性和稳定性等多方面的综合性能指标。本研究依托国家自然科学基金资助项目“分布式全线控电动汽车可重构集成控制策略研究”(编号:51505178)及“基于驾驶员特性的新型线控转向系统控制机理和评价方法研究”(编号:51575223)。针对分布式全线控电动汽车的特点,提出基于多目标优化控制的底盘集成控制策略,以车辆纵向车速和侧向横摆运动为跟踪目标,通过优化分配提高常规工况下的车辆节能性。具体的研究工作分为以下几个部分:1)针对分布式全线控电动汽车独特的底盘结构,建立能够充分反映其物理特性与响应特点的联合仿真平台。基于永磁同步电机的电磁特性,利用MATLAB/Simulink软件建立了轮毂电机驱动/制动系统模型,包含永磁同步电机模型与磁场定向驱动控制及低边调制再生制动控制策略。基于电控液压制动系统的结构与工作原理,利用MATLAB/Sim Hydraulics软件建立了电控液压制动系统模型。利用MATLAB/Simulink软件搭建了四轮独立转向系统模型,通过三闭环控制结构实现转向电机转角快速、精确地响应。修改了Car Sim商业软件中的车辆模型,与搭建的驱动、转向、液压制动系统模型组合,搭建成了分布式全线控电动汽车联合仿真平台。2)基于搭建的联合仿真平台,提出了多目标优化底盘集成控制策略,采用自上而下的分层式集成控制结构,分为运动控制层与控制分配层。上层运动控制器以理想二自由度模型为参考模型,通过滑模控制计算目标控制指令,使车辆跟踪理想纵向车速与横摆角速度,保证车辆具有良好线性操纵特性。常规工况下,控制分配层以节能性为优化目标,分配各车轮的驱动制动力矩。同时,基于理想阿克曼特性并考虑轮胎侧偏影响,进行四轮转角分配,保证电动汽车的操纵性能,减少轮胎的磨损。3)从能量优化的角度出发,设计轮毂电机驱动/制动系统输出力矩的优化分配策略,并结合再生制动控制策略回收制动过程中的能量,进一步减少车辆的能量消耗。首先搭建了虚拟的电机特性测试平台,进行电机功率特性分析,测绘出电机驱动状态的效率MAP图。基于MAP图推出了驱动状态下的能量消耗函数与再生制动状态下的能量回收函数,以轮毂电机总能量消耗最少为优化目标,采用序列二次规划法求解出最优的轮毂电机驱动/制动力矩。