四轮独立驱动电动汽车的电子差速系统研究

论文摘要

电动汽车是当今汽车行业发展的重要趋势,它涉及到车辆工程、电机驱动技术、控制技术、电池技术等领域的核心技术,其发展得到了国内外大型研究机构的大力推动,成为当前相关领域的研究热点,各项成果也相继被推出。 本文首先对电动汽车的国内外发展状况,尤其是汽车转向系统进行了分析调研,着重介绍了电子转向系统。在详细分析了电子差速系统与汽车转向系统和电子转向系统的区别,广泛调研其他研究机构的电子差速方案的基础上,本文提出了基于四轮毂电机独立驱动的纯电动汽车的电子差速系统设计。 电机控制驱动系统是电动汽车电子差速系统的核心技术,本文对其进行了重点分析研究。通过电机驱动理论的分析,给出了详细的控制硬件电路的设计方案,并确定了对电动汽车前轮单极性、后轮双极性控制的方案。本文对其中涉及到的大量设计问题都进行了详细的分析,例如,电机转速公式和电流与PWM占空比的关系;电机速度反馈的计算:电机的动态方程和传递函数的确定,电机转速闭环控制的PID控制规律,以及数字PID控制方法中使用齐格勒一尼柯尔斯调节律对PID参数的确定。 除了驱动系统之外,本文还对电子差速系统控制策略进行了研究。首先提出了硬件执行机构和控制系统及转向原理。对比现有电子差速的方案研究,本文提出的方案取消了转向器、转向执行马达、转向桥机构。本文采用全轮转向方案,利用Ackerman—Jeantand转向模型,计算了电子差速过程中随着转向角度变化的各个车轮的车速,讨论了转向时转向轮之间的转矩分配问题。另外,本文分别对匀速前进时的四轮速度一致性协调、原地转向、加减速运行和匀速运行的工作模式进行了研究,确定了电子差速转向时的控制策略。 最后,本文对设计完成的电动汽车从机械结构、电气系统两个方面的参数进行了描述,对电动汽车的重量、尺寸、最高车速作了说明。在设计完成的电动汽车原理样车上对电机控制驱动系统进行试验,并对电子差速转向时的参数进行仿真计算,通过大量的试验和仿真的数据及图形,验证了电动汽车运行稳定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 背景
• 1.1.1 电动汽车的关键技术
• 1.1.2 电动汽车国内外发展现状
• 1.1.3 电动汽车的电机
• 1.1.4 轮驱方式
• 1.2 电动汽车转向系统
• 1.2.1 转向系统的种类
• 1.2.2 机械转向差速结构
• 1.2.3 动力转向系统
• 1.3 电子差速的意义及背景
• 1.3.1 电子差速优越性
• 1.3.2 电子差速研究现状和发展
• 1.4 电子差速相关技术对比总结
• 1.4.1 电动汽车种类选择
• 1.4.2 电机选型
• 1.4.3 驱动方式和差速控制
• 1.5 研究内容和难点
• 1.6 本论文各部分的主要内容
• 第二章 直流无刷电机控制
• 2.1 控制驱动系统组成
• 2.1.1 控制系统
• 2.1.2 电机驱动系统
• 2.2 电机PWM调速原理
• 2.2.1 单极性PWM
• 2.2.2 双极性PWM
• 2.2.3 两者的优缺点
• 2.2.4 电机转速与电流
• 2.3 PID调速控制策略
• 2.3.1 速度的检测
• 2.3.2 电机传递函数
• 2.3.3 PID参数整定
• 2.4 本章小结
• 第三章 电子差速的控制策略研究
• 3.1 电子差速转向系统结构
• 3.1.1 机械结构
• 3.1.2 控制系统
• 3.1.3转向原理
• 3.2 转向方式分析
• 3.3 速度与转矩分析
• 3.3.1 速度输入量与速度方程
• 3.3.2 转矩分配
• 3.4 电子差速的工组模式
• 3.4.1 四轮速度协调
• 3.4.2 原地转向
• 3.4.3 加减速运行
• 3.4.4 匀速前进
• 3.4.5 控制策略
• 3.5 本章小结
• 第四章 电动汽车实施方案
• 4.1 设计目标
• 4.2 电动汽车的机械结构
• 4.2.1 机械设计
• 4.2.2 整体布局
• 4.2.3 转向结构
• 4.3 电动汽车电气系统
• 4.3.1 指令输入
• 4.3.2 主控电路与电机驱动电路
• 4.3.3 电源
• 4.4.3 驱动电机
• 4.4 电动汽车实体
• 4.5 本章小结
• 第五章 实验与仿真结果
• 5.1 电机驱动逻辑检测
• 5.2 单极性与双极性控制结果
• 5.3 电机转速与占空比关系的确定
• 5.4 PID数字控制参数整定
• 5.5 转向参数的测量
• 5.6 车轮速度计算
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 存在的问题及展望
• 参考文献
• 发表论文
• 致谢
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