基于主动轮系统的电动汽车整车动力学分析与集成控制

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1、基于主动轮系统的电动汽车整车动力学分析与集成控制重庆大学博士学位论文学生姓名：孙伟指导教师：李以农教授专业：车辆工程学科门类：工学重庆大学汽车工程学院二O一五年四月ActiveWheelSystemBasedElectricVehicleDynamicsAnalysisandIntegratedControlAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeringBySun

2、WeiSupervisedbyProf.LiYinongSpecialty:VehicleEngineeringCollegeofAutomotiveEgnineeringChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2015中文摘要摘要随着汽车电动化与智能化的发展要求，汽车底盘系统的革新也日趋必要。其突出特点是底盘控制集成化、空间立体化，也即包括车辆驱动系统的纵向动力学、转向系统的横向动力学及悬架系统的垂向动力学的综合平衡以及全面协调。集成制动、转向及差速转向、甚至悬架功能的轮毂电机主动轮

3、概念，为上述发展趋势提供了有效的解决方案，其主要思想是将汽车底盘动力学系统与车身其他系统分离，而将汽车动力学纵向、横向、垂向控制系统功能集成。这样的底盘功能化发展趋势，不仅提高了控制系统的可靠性和有效性，而且易于避免底盘功能耦合与控制目标矛盾性，具有“高功能内聚、低系统耦合”的优点。本文旨在通过充分挖掘新型电动汽车主动轮底盘系统性能潜力的关键理论问题，为全面发挥主动轮底盘系统的性能以及各功能间的协调工作，提出改善轮边驱动电动汽车平顺性和操纵稳定性矛盾的有效方法，对未来新型电动汽车研发并走向实用提供理论基础和技术支持。论文主要开

4、展了以下研究工作：①主动轮系统轮毂电机驱动和激振特性及其对车辆动力学影响研究及控制。轮毂电机是主动轮系统的关键执行机构之一，针对轮毂电机驱动器对车辆动力学、特别是平顺性和驱动需求方面的影响进行了相关研究，并进一步提出相关的电机控制方法，以满足车辆驱动需求。②主动轮集成电磁主动悬架执行器特性及其对车辆动力学影响研究及控制。直线电机是主动轮底盘系统中电磁主动悬架的关键作动器。针对在实际应用中需要考虑其非线性特性，如摩擦力、电机纹波力、功率限制以及电磁饱和等非线性因素对主动悬架控制的影响以及可能的改进措施进行了相关研究。③主动轮集成

5、主动悬架系统优化匹配。主动轮系统的主动悬架虽然可以有效改善轮边驱动电动汽车的平顺性和操稳性之间的矛盾，但却引起了主动悬架性能和能耗之间的矛盾。为改进主动悬架的性能利用率，即悬架有效作动力与峰值作动力比值等指标，针对的主动悬架进行了效率和性能利用率联合优化的研究。④基于主动轮系统的多自由度耦合整车动力学一体化建模。由于主动轮底盘系统是集成车辆纵横垂三向动力学控制的单元，因此车辆动力学的分析需要相对统一和完整的整车动力学模型。以装备四轮驱动、四轮转向、四轮主动悬架的主动轮车辆为研究对象，完成整车六轴耦合动力学建模，为分析整车稳定性

6、提供基础。⑤主动轮电动汽车动力学稳定性多目标分析。根据主动轮系统纵、横、垂动力学一体化的特性，全面考察分析车辆抗侧翻及侧向稳定性之间的耦合关系，以及路面激励对电动汽车稳定性的影响。I重庆大学博士学位论文⑥基于主动轮底盘系统的控制策略研究。基于四轮主动转向控制、电磁主动悬架的整车姿态（车身、车轮）与ESP联合控制研究，实现主动轮系统“高功能内聚、低系统耦合”的汽车底盘系统特性，将底盘控制由不关联的单维度控制，转向集成车轮、悬架的三维空间化、全方位立体化综合控制。最后总结了全文的研究工作，介绍了论文的特色与创新之处，指出了近期有待

7、深入研究的问题。关键词：主动轮系统，轮毂电机，电磁主动悬架，汽车动力学，底盘集成控制II英文摘要ABSTRACTWiththeelectrificationandintellectualizationofvehiclesystems,therequirementofrevolutionforvehiclechassisisincreasing.Thekeyfeaturesofthistendencyarethevehicledynamiccontrolmethodsturntobespatialandthree-dimensi

8、onalwithinoneintegratedsolution.Theactivewheeltechnologywhichintegratedwithfunctionsofdriving,braking,steeringaswellassuspensionisaneffect