四轮独立驱动铰接电动客车操纵稳定性研究

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1、摘要我国的汽车产业是国民经济的重要组成部分，自主开发依然不敌发达国家，尤其在电动车辆方面，我们仍有很大的发展与成长空间。尤其在如今，作为交通运输工具，汽车的保有量在逐年增加，而引发了突出的环境和能源问题，并且已经引起了国家和社会的广泛关注。电动车辆的零排放特点，使得其发展优势更为突出。从宏观角度看，随着全球化步伐的迈进，中国应紧抓住电动车辆的发展机遇，不断发展核心技术，从而达到国际领先水平。在电动车辆中，高性能的分布式驱动电动汽车是国内外的研究热点之一，它的主要结构是将驱动电机直接安装在驱动轮附近或驱动轮内，其优点是传动高效、动力传动链短、占有空间小等

2、，其独特的优势将使其在汽车领域内占据很大的市场份额。电动汽车种类繁多，铰接客车方面的应用及研究则相对薄弱。铰接客车由于其运输量大备受关注，其操作稳定性关系到乘员的舒适性与安全性，因此，对其进行操作稳定性的分析与设计显得十分必要。本文研究的是铰接客车与分布式驱动相结合的铰接电动客车，属于汽车列车的一种，共有两节车厢，前车厢第一轴为转向轴，第二轴及后车厢的第三轴为驱动轴。汽车列车作为结合车辆，铰接点处存在作用力的耦合，动力学系统较一般车辆更为复杂。汽车列车的动力学关注点有很多，他们与车辆的稳定性有密切的关系，与单车系统的操作稳定性有相似和区别之处，包括折叠

3、、侧翻、甩尾、横向摆动等问题。综述所述，对铰接电动客车的研究具有铰接客车和电动车双重意义。本文依托国家科学技术部“多轴轮边驱动大通道公交客车整车控制与安全技术（2014BAG02B00）”，采用Matlab/Simulink软件对铰接车辆进行建模，设计控制策略，并对车辆进行操作稳定性研究。具体内容安排如下：1.通过对包括轮胎模型在内的整车模型进行受力分析以及建模，对整车动力学进行系统全面的分析，为后续的控制策略研究奠定基础。整车模型是研究车辆动力学的I基础，本文研究的多轮轮边独立驱动铰接客车由于铰接盘及独立驱动车轮的存在有别于传统的四轮独立驱动车轮和铰

4、接客车，而现有动力学软件还没有针对多轮轮边独立驱动铰接客车的完整车辆模型，因此本文首先有针对性地建立了基于Matlab/Simulink的整车模型，包括三自由度和五自由度的线性模型和复杂模型。由于魔术轮胎公式的使用需要获得其垂向载荷，因此本文着重进行复杂模型的公式推导，从而获得轮胎处的垂向载荷。2.基于本文多电机转矩控制输入的铰接电动客车，对其进行控制策略的研究与设计。由于操纵稳定性不仅与车辆的系统参数和操作参数有关，同样与车辆的控制策略紧密相关，而本文涉及的多轮轮边独立驱动车辆的前后车厢可以同时得到电机的控制，因此针对本文车辆进行直接横摆力矩控制，并

5、设计了包括上层控制器和下层控制器在内的整车控制策略。上层控制器采用最优二次型控制算法计算期望横摆力矩，下层控制器通过期望横摆力矩计算所需的电机转矩，对车辆进行直接控制。3.分析了影响车辆操纵稳定性的主要因素，以及控制器改善操纵稳定性的原因；并且对比三自由度和五自由度车辆模型的响应图，论证了进行五自由度拓展模型控制的必要性。对三自由度和五自由度拓展模型进行了单移线试验和稳态圆周试验，验证了本文提出的整车策略的合理性与有效性。关键词：轮边独立驱动；铰接电动客车；直接横摆力矩；操纵稳定性；最优控制；IIAbstractOurcountryisstillali

6、ttlefarfromotherdevelopedcountriesintermofvehicleindustrywhichisanimportantpartofthenationaleconomy.Therefore,thereisstillmuchroomforourdevelopmentandgrowth,especiallyinelectricvehicle.What’more,nowadays,thetotalnumberofthevehicleisgrowinggradually,andittriggersomeproblemabouten

7、vironmentandenergy.Theadvantagesofelectricvehicle,suchaszero-emissioncharacteristics,makeitdevelopfaster.Fromamacroperspective,Chinashouldcloselyseizeopportunitiesofdevelopingelectricvehiclesanditscoretechnologywiththepaceofglobalizationtoreachtheadvancedlevel.Inelectricvehicles

8、,high-performancedistributeddriveelectricvehicl