电驱动三轮车辆电子差速控制方法研究

论文摘要

在大力发展电动汽车的背景下,研究三轮电动车这类轻型小功率电动车可以为开发高性能电动轿车提供先见性的指导意见。在人民生活水平大幅度提高的今天,大众对集灵活、方便、节能、不污染环境、经济耐用等特点于一身的轻型代步工具的期待,也为新型三轮电动车的开发带来了巨大的潜在市场。尽管有众多电动三轮销售,但是大都没有抛弃笨重、低效的机械传动和转向装置,使得车辆的传动效率大打折扣,而电子差速正是解决这一问题的关键技术。论文分析了三轮轻型电动汽车的国内外发展状况及存在的问题。在对大量文献中电子差速方案进行调研的基础上,提出基于轮毂电机独立驱动的三轮电动车电子差速系统设计要求。本文对Ackermann-Jeantand的车辆转向经典模型进行了研究,并指出其欠缺对车辆转向时出现滑移现象的考虑。在深入分析三轮电动车在直线行驶、转向行驶和轮胎的动力学方程以及各驱动轮的转矩分配的基础上,尝试采用以滑移率为参考量,通过模糊控制对驱动转矩进行补偿的三轮车辆电子差速控制策略。论文用Matlab-Simulink仿真软件完成了三轮电动车差速控制系统的仿真模型建立和仿真实验验证。通过对直线运行、转向运行以及加速运行等工况中的直线扰动、大角度转向以及驱动轮滚动半径不同的情况进行仿真分析,得出了该方案能够对车辆的各种工况实施差速控制,有效的减少了后轮滑移,提高驱动系统的总体效率。电机是电子差速控制的执行单元,论文对无刷电机在电驱动车辆中的一些共性和特殊性进行了分析研究。总结了无刷直流电机中的四种PWM半桥调制方式,并确定采用PWM-ON进行电机调速;对三种常用的电机控制策略方式进行了简单的介绍,并最终选择采用力矩控制;特别针对电动车依靠蓄电池供电的特点,对永磁无刷直流电机低速回馈制动的机理进行了理论分析。论文完成了以dsPIC30F4012芯片为核心,采用三轮电动车电子差速控制方法的电机驱动控制器硬件设计。并将控制器嵌入到轮毂电机内,构成电机和控制器一体化的机构,并进行了换相电流跟踪实验。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 三轮轻型电动车的发展及目前存在的问题
• 1.2.1 三轮轻型电动车的发展
• 1.2.2 电动车存在的问题
• 1.3 电子差速的意义
• 1.3.1 电子差速的必要性
• 1.3.2 电子差速的研究现状
• 1.4 电子差速研究难点
• 1.5 本课题的主要内容
• 2 电子差速控制策略研究
• 2.1 现有差速控制方案研究
• 2.1.1 自然差速方案
• 2.1.2 机械转向系统
• 2.1.3 电子差速控制
• 2.2 经典电子差速控制方案
• 2.3 电子差速动态研究
• 2.3.1 直线行驶动力学方程
• 2.3.2 转向行驶动力学方程
• 2.3.3 轮胎的动力学模型
• 2.3.4 驱动轮转矩分配
• 2.4 电子差速控制策略
• 2.5 基于滑移率控制的的模糊控制器设计
• 2.5.1 模糊控制器的结构设计
• 2.5.2 模糊语言变量的模糊子集设定
• 2.5.3 模糊控制规则
• 2.6 本章小结
• 3 电子差速控制方法的建立和仿真
• 3.1 三轮电动车差速控制器模型
• 3.1.1 轮胎模型
• 3.1.2 行驶动力学模型
• 3.1.3 两自由度转向模型
• 3.1.4 速度控制模型
• 3.1.5 三轮电动车差速控制系统仿真模型
• 3.2 仿真结果与分析
• 3.2.1 直线运动工况
• 3.2.2 转向工况
• 3.2.3 启动-加速工况
• 3.3 本章小结
• 4 差速执行单元的控制研究
• 4.1 永磁无刷电机的运行原理
• 4.1.1 永磁无刷电机的基本结构
• 4.1.2 永磁无刷电机的工作原理
• 4.2 永磁无刷电机的控制原理
• 4.2.1 无刷直流电机的数学模型
• 4.2.2 无刷直流电机的 PWM 调制方式
• 4.2.3 电流闭环控制
• 4.3 永磁无刷直流电机的回馈制动
• 4.3.1 电动车的电气制动
• 4.3.2 无刷直流电机的低速回馈制动
• 4.3.3 回馈制动中的实际问题
• 4.4 本章小结
• 5 电子差速执行单元硬件实现
• 5.1 执行单元驱动系统设计
• 5.1.1 电子差速系统控制芯片
• 5.1.2 驱动电路设计
• 5.1.3 电流检测与电压检测电路设计
• 5.1.4 位置信号和开关量接口电路设计
• 5.1.5 系统电源设计
• 5.1.6 一体化控制器设计
• 5.2 电子差速 CAN 通信系统设计
• 5.2.1 轮式驱动电动车通信系统设计
• 5.2.2 CAN 通信接口设计
• 5.3 软件设计
• 5.3.1 软件设计思路及软件流程
• 5.3.2 功能模块程序设计
• 5.4 实验结果与分析
• 5.5 本章小结
• 6 全文总结与展望
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录:A.作者攻读硕士学位期间发表的论文