重型多轴电动轮驱动车辆动力系统参数匹配与操纵稳定性研究

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1、——————————————————————————————重型多轴电动轮驱动车辆动力系统参数匹配与操纵稳定性研究—————————————————————————————ParameterMatchingofPowerSystemandResearchonHandlingStabilityofHeavyMulti-axleVehiclewithIn-wheelMotors作者姓名：张旭领域（方向）：车辆工程指导教师：宋传学教授类别：工程硕士答辩日期：2015年6月7日摘要重型多轴电动轮驱动车辆动力系统参数

2、匹配与操纵稳定性研究随着社会的发展和科技的进步，为了解决能源匮乏以及环境污染的世界性难题，以电动汽车为标志的新能源汽车得到越来越多国家的重视。在电动汽车中，轮毂电机驱动的车辆有着独特的优势和特点，与传统内燃机驱动车辆相比，其具有噪声小、低速范围内加速响应快、车辆动态控制方便、机动性好、车辆的质量可以得到减轻等很多优势，而这些优势在特种车辆上体现得更加明显；与其他电机驱动的电动车相比，其整车总布置更加灵活方便，每个车轮可以独立分配转矩的特点使整车的动力学控制更加简单。在国外尤其是美国军方，已经基本完成对其军车

3、进行更加电动化和现代化的改造；在国内，电动轮驱动汽车的研究及应用还几乎没有涉及到多轴重型电动车或特种电动车辆。而本文研究的根本目的正是为了重型和特种车辆的轮毂电机驱动化，对相应电动轮驱动的重型特种车辆的系统匹配以及操纵稳定性控制策略进行探讨和研究。首先，根据所选车型的基本参考参数，在重型多轴电动轮驱动车辆的最高车速、最大爬坡度、加速时间等动力性要求以及续驶里程等经济性要求的基础上，设计了待开发车辆所需要的动力系统。其中主要包括了合适的轮毂电机以及电池组的设计和选取，最终所选动力系统符合相应的动力性以及经济性

4、要求，完成动力系统的匹配。然后，在动力总成参数的基础上，根据车辆动力学以及运动学数学模型，以MATLAB/Simulink软件为平台搭建整车27自由度计算机仿真模型。在对操纵稳定性研究方法进行深入了解与研究后，确定了基于横摆角速度和质心侧偏角的直接横摆力偶矩操纵稳定性控制方法，并设计了运用模糊逻辑规则对PID参数实时调节的模糊自整定PID控制器。在此基础上，通过仿真验证研究了控制策略对重型多轴电动轮驱动车辆操纵稳定性和转向稳定性的改善。针对车辆I在低速状态下采用控制策略会使转弯半径增大的现象，提出在低速状态

5、下对外侧车轮施加附加力矩的提高车辆通过性方法。通过对比仿真研究了三种不同驱动方式下重型多轴电动轮驱动车辆的操纵稳定性的瞬态特性和稳态回转特性。最后，研究了电机故障对重型多轴特种车辆的影响，提出了电机故障的控制方法，并通过仿真验证了该方法对操纵稳定性的改善。专用重型车辆和特种车辆性能的突破，是国防力量和人民生命财产安全的保障，电动轮驱动技术在特种车辆领域的研发和应用，对我国国防事业以及电动信息化产业有着重大意义。同时，本文还可以为电动轮驱动技术向着未来的重型应用化和特种应用化提供参考，为重型多轴车辆以及专用特

6、种车辆的研究和发展提供借鉴。关键词：重型多轴电动轮驱动车辆，动力系统匹配，MATLAB/Simulink，模糊自整定PID控制，操纵稳定性IIAbstractParameterMatchingofPowerSystemandResearchonHandlingStabilityofHeavyMulti-axleVehiclewithIn-wheelMotorsInordertosolvetheglobalproblemssuchasthelackofenergyandtheenvironmentpollut

7、ionwhilesocietyandscienceisdeveloping,moreandmorecountriesbecometofocusontheelectricvehiclewhichisthesymbolofthenewenergyautomobile.Electricvehiclewithin-wheelmotor,especiallyforspecialelectricvehiclewithin-wheelmotor,hasitsuniqueandobviousadvantagessuchas

8、lowernoise,fasterresponsetospeedingupatlowspeedcondition,moreconvenienttothevehicledynamiccontrol,betterflexibility,lighterweightandsooncomparedwithtraditionalcar.Incontrasttootherelectricvehicles,electricveh