分布式驱动电动汽车动力学控制机理和控制策略研究

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1、摘要分布式驱动电动汽车动力学控制机理和控制策略研究无论从环境方面还是从能源角度考虑，现代电动汽车都是未来汽车技术研究的重点主攻方向。相对其他形式的动力系统，分布式驱动电动汽车由于其突出优势：更好的动力学可控制性、更高的驱动系统效率以及系统结构可靠性，近年来成为国内外的研究热点。本文以四轮轮毂电机驱动形式的分布式驱动电动汽车为研究对象，进行车辆动力学控制机理和控制策略的研究。分布式驱动电动汽车在动力学控制上的优势主要体现在两个方面：一是四个车轮力矩独立连续可控，具有更多的可控自由度；二是驱动电机力矩响应速度快，控制精度高。本文主要研究如何充分利用这些优势，通过动力学控

2、制挖掘分布式驱动电动汽车在提高车辆操纵稳定性和节能方面的潜力。首先通过理论分析研究车轮力矩分配方式对车辆性能的影响，以及电机力矩特性在操纵稳定性控制中的作用。然后以机理研究为指导，研究极限工况下的稳定性控制策略，以及兼顾节能和安全的整车动力学控制策略，并进行试验验证。本文的主要研究内容如下：（1）车轮力矩分配方法的研究四个车轮力矩独立可控是分布式驱动电动汽车与传统车的本质区别之一，文中分别从转向特性和驱动系统效率两方面，分析前后车轮力矩分配方式对车辆性能的影响。通过对比几种典型分配方法，可以得出结论：进行车轮力矩分配时，单一目标的前后车轮力矩分配方式，不能同时满足节

3、能和安全两方面的性能要求。为此本文提出“前后节能分配、左右安全调节”的车轮力矩综合分配方法：根据车辆行驶工况和稳定状态适时决策力矩分配的控制目标，在无横摆力矩控制需求的常规稳定工况下，以节能为目标进行前后车轮力矩分配；有横摆力矩控制需求时，以安全为目标进行左右车轮力矩的调节。使其在满足横摆力矩需求的前提下，尽可能提高驱动系统效率。（2）电机和液压联合作用的分布式驱动电动汽车稳定性控制研究无论是在传统汽车还是分布式驱动电动汽车上，稳定性控制系统都是非常重要的I安全系统。针对分布式驱动电动汽车的特点，充分利用其驱动力矩和制动压力已知的优势，研究质心侧偏角和路面摩擦系数估

4、计方法，简化估计算法，提高估计精度。在稳定性控制策略中，为了充分利用电机力矩控制的优点，提出电机和液压联合作用的横摆力矩分配策略。首先通过力矩优化分配的方式进行电机差动驱动和差动制动，在电机力矩不足时，根据需求横摆力矩与电机产生横摆力矩的差值，以液压制动作为补偿，二者共同满足稳定性控制的需求。通过仿真验证了状态估计算法的有效性，并且通过仿真对比，表明电机液压联合作用的稳定性控制效果比仅用液压形式的控制效果好。（3）兼顾节能和安全的分布式驱动电动汽车动力学综合控制研究除了与传统车相似的稳定性控制，分布式驱动电动汽车在常规行驶工况下也具有较大的开发潜力。首先依据是否需要

5、进行横摆力矩控制，进行兼顾节能和安全的车轮力矩综合分配。在需要进行横摆力矩控制时，以车辆的稳定状态作为判断条件，进行全工况下的操纵稳定性综合控制。通过电机与液压的协调控制，实现常规工况和极限工况，操纵性控制与稳定性控制的过渡。结合车轮力矩分配方法和操纵稳定性综合控制策略，形成完整的整车动力学控制系统。通过仿真表明：整车动力学控制系统可以显著提高常规工况和极限工况下车辆的操纵稳定性，并可以在一定程度上提高驱动系统效率，减少能量损耗。（4）分布式驱动电动汽车动力学控制试验研究在理论研究和仿真研究基础上，进行了分布式驱动电动汽车的试验研究，包括EHB硬件在环试验和实车试验

6、。首先将分布式驱动电动汽车动力学控制系统的执行系统之一：电子液压制动系统，以硬件实物的形式嵌入，进行硬件在环试验，考查真实液压系统特性对控制效果的影响。在此基础上，开发了四轮轮毂电机驱动形式的分布式驱动电动汽车试验车平台，利用本文提出的分布式驱动电动汽车动力学控制策略，分别进行了常规工况和极限工况下的实车道路试验。证明了常规工况下的车轮力矩分配控制算法的有效性，并且通过试验表明，在极限工况下，分布式驱动电动汽车动力学控制系统可以显著提高车辆的安全稳定能力。本文在以下2个方面有所创新：（1）提出“前后节能分配，左右安全调节”的车轮力矩分配方法：由于在进行车II轮力矩分

7、配时，单一目标的前后车轮力矩分配方式，不能同时满足节能和安全两方面的性能要求，需要根据车辆行驶工况和稳定状态适时决策力矩分配的控制目标。在无横摆力矩控制需求的常规稳定工况下，以节能为目标进行前后车轮力矩分配；有横摆力矩控制需求时，以安全为目标进行左右车轮力矩的调节。使其在满足横摆力矩需求的前提下，尽量提高驱动系统效率。（2）提出兼顾节能与安全的分布式驱动电动汽车动力学综合控制策略：充分发挥电机力矩控制的优势，利用电机和液压两种执行系统，进行全工况下的操纵稳定性控制，结合车轮力矩分配方法，得到兼顾节能与安全的分布式驱动电动汽车动力学综合控制策略。可以改善常规工况下