輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車耦合動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、迫于能源緊缺與環(huán)境污染的雙重壓力，高效、節(jié)能、環(huán)保的電動(dòng)汽車成為全球汽車行業(yè)研究的熱點(diǎn)。近年來(lái)，基于輪轂電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車具有廣闊的研究前景。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和布置方式，取消了傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)部件，使傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化，整車整備質(zhì)量降低，傳動(dòng)效率提高，有效利用空間增大,提高了車輛的通過(guò)性能。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車全新的電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)形式，已成為未來(lái)電動(dòng)汽車領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)新趨勢(shì)。但是，由于輪轂電機(jī)的引入，使得輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的非

2、簧載質(zhì)量顯著增加，嚴(yán)重影響了車輛的動(dòng)力學(xué)特性；同時(shí)輪轂電機(jī)受不平路面激勵(lì)振動(dòng)進(jìn)一步惡化，造成電機(jī)定轉(zhuǎn)子位移量不斷變化，給車輛的動(dòng)力學(xué)特性帶來(lái)不利的影響。因此，系統(tǒng)的研究輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的耦合動(dòng)力學(xué)特性具有十分重要的意義。
　　在總結(jié)了國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，以兩后輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，建立了整車非線性耦合動(dòng)力學(xué)模型，分析了路面及電磁力雙重激勵(lì)下輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的耦合動(dòng)力學(xué)性能，研究了主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向控制、直接橫

3、擺力矩控制和主動(dòng)懸架控制集成的分層式協(xié)調(diào)控制，并對(duì)汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制器參數(shù)進(jìn)行了集成優(yōu)化設(shè)計(jì)。論文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車耦合動(dòng)力學(xué)模型的建立及驗(yàn)證：考慮車輛縱向、橫向和垂向動(dòng)力學(xué)之間的主要耦合關(guān)系，建立了相對(duì)比較完備的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車16自由度非線性耦合動(dòng)力學(xué)模型。在車輛建模過(guò)程中，根據(jù)前后軸距的滯后及左右車輪的相關(guān)程度，建立了路面不平度時(shí)域模型。應(yīng)用 Matlab/Simulink軟件建立了整車耦

4、合動(dòng)力學(xué)仿真模型，并基于多體動(dòng)力學(xué)軟件Adams/Car對(duì)模型的正確性進(jìn)行了驗(yàn)證，為后續(xù)車輛動(dòng)力學(xué)性能的仿真分析及系統(tǒng)控制的研究奠定了基礎(chǔ)。
　?。?）路面及電磁力復(fù)合激勵(lì)下車輛的耦合動(dòng)力學(xué)特性研究：基于永磁同步電機(jī)本體結(jié)構(gòu)，建立了路面激勵(lì)引起的輪轂電機(jī)均勻/不均勻氣隙長(zhǎng)度模型，應(yīng)用麥克斯韋應(yīng)力張量法推導(dǎo)出了輪轂電機(jī)電磁力的解析表達(dá)式，并對(duì)路面不平度及電磁力復(fù)合激勵(lì)下輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的耦合動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行仿真分析。
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5、3）車輛耦合動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的分層式協(xié)調(diào)控制研究：為了消除車輛各子系統(tǒng)間的耦合作用對(duì)整車控制性能的影響，本文針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和懸架集成系統(tǒng)，分別設(shè)計(jì)了主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向、直接橫擺力矩、主動(dòng)懸架的各子系統(tǒng)控制器及其協(xié)調(diào)控制器，制定了汽車各子系統(tǒng)具體的協(xié)調(diào)控制策略和控制功能權(quán)重的分配。通過(guò)與分散控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真對(duì)比，驗(yàn)證了汽車耦合動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)分層式協(xié)調(diào)控制效果的有效性，為后續(xù)汽車多個(gè)子系統(tǒng)集成的分層式協(xié)調(diào)控制提供了一個(gè)新的思路。
　　（4）車輛耦

6、合動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制器參數(shù)的集成優(yōu)化：在分析各系統(tǒng)參數(shù)對(duì)動(dòng)力學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)影響的基礎(chǔ)上，采用擾動(dòng)法分析了車輛動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)對(duì)懸架剛度和阻尼、車身與電機(jī)質(zhì)量比、定轉(zhuǎn)子質(zhì)量比及軸承與輪胎剛度比的靈敏度。在對(duì)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)靈敏度分析的基礎(chǔ)上，選擇靈敏度較大的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)作為優(yōu)化變量。針對(duì)車輛耦合動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)全局性能的最優(yōu)的問(wèn)題，采用了基于粒子群算法的系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)與協(xié)調(diào)控制器參數(shù)的集成優(yōu)化設(shè)計(jì)，并與協(xié)調(diào)控制和結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)比仿真分析，結(jié)果表明：系