四轮独立驱动电动汽车驱动控制系统稳定性研究

论文摘要

随着汽车产业的大力发展和环境问题的日益严重，各国逐渐将关注和发展的重心转移到了电动汽车研发领域。与传统的内燃机汽车和单电机驱动电动汽车相比，四轮独立驱动电动汽车拥有更高的动力、更好的操控性和稳定性提升空间。对四轮独立驱动电动汽车来说，驱动控制器技术是电动汽车的整车智能控制核心。根据四轮独立驱动电动汽车稳定性控制要求，研究设计了汽车姿态测量系统和整车驱动控制策略。首先设计了一种基于nRF51822的汽车无线姿态测量系统，系统以无线射频芯片nRF51822作为数据处理单元和无线发射模块，结合MPU6050传感器设计而成，通过无线发收模块与上位机通信，上位机采用LabVIEW平台对汽车原始数据和经过处理得到的姿态角数据进行实时显示、存储；文中对比了姿态解算的三种方法，四元数法因方程运算简单且没有奇异性问题得到采用；还对姿态解算中产生误差的原因进行分析，进而设计了卡尔曼滤波器对姿态数据进行融合来弥补和修正误差；实验结果表明：姿态测量系统可以实现最优估计汽车姿态角的要求。然后对汽车动力学进行分析，建立了一个9自由度的四轮独立驱动电动汽车动力学模型，结合轮胎和驱动轮模型在Matlab/Simulink环境下建立对应的仿真模型，通过仿真验证了模型的有效性，为通过汽车建模研究其动力学特性提供一些借鉴。最后提出了一种整车驱动综合控制策略，综合了电子差速控制和转矩协调控制的优点，依据工况的不同，采用不同的控制策略来提高汽车的操控性能。低速区执行以Ackermann模型为基础的电子差速控制；高速区执行以分层控制思想为基础的转矩协调控制，转矩协调控制分为三层：控制变量设计层计算选定的稳定性变量参数，横摆力矩控制层计算汽车预期转矩所需的横摆力矩值，最后由两侧车轮力矩分配层根据计算得出的汽车横摆力矩值对两侧各车轮的转矩进行合理分配。在Matlab/Simulink环境下对驱动综合控制系统建立仿真模型进行仿真分析，仿真结果验证了驱动综合控制系统在多样的工况条件下控制的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景
• 1.1.1 电动汽车关键技术
• 1.1.2 电动汽车轮驱方式
• 1.2 电动汽车发展现状
• 1.2.1 国外电动汽车发展现状
• 1.2.2 国内电动汽车发展现状
• 1.3 驱动控制系统研究现状
• 1.3.1 电子差速控制研究现状
• 1.3.2 横摆力矩控制研究现状
• 1.4 研究的主要内容
• 1.5 本论文各部分主要内容
• 第二章 汽车姿态测量系统设计
• 2.1 姿态测量的方法
• 2.2 姿态测量系统的组成
• 2.2.1 传感器的选择
• 2.2.2 传感器的布置
• 2.2.3 数据处理芯片选择
• 2.2.4 测量系统组成
• 2.2.5 外围相关电路设计
• 2.3 传感器信号的融合
• 2.3.1 姿态解算
• 2.3.2 测量误差分析
• 2.3.3 传感器误差分析
• 2.3.4 卡尔曼滤波
• 2.3.5 状态方程的建立
• 2.3.6 观测方程的建立
• 2.3.7 卡尔曼滤波器设计
• 2.4 具体实现与实验结果分析
• 2.4.1 软件实现
• 2.4.2 实验结果分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 汽车动力学建模与分析
• 3.1 数学模型
• 3.1.1 整车动力学模型
• 3.1.2 驱动轮模型
• 3.1.3 轮胎模型
• 3.1.4 整车动力学模型与轮胎模型的连接
• 3.2 仿真模型
• 3.2.1 轮胎仿真模型
• 3.2.2 整车动力学仿真模型
• 3.3 本章小结
• 第四章 汽车驱动控制策略研究
• 4.1 驱动综合控制策略
• 4.2 电子差速控制策略
• 4.3 转矩协调控制策略
• 4.3.1 控制策略总体结构
• 4.3.2 整车动力学模型控制变量设计层
• 4.3.3 横摆力矩控制层
• 4.3.4 两侧车轮力矩分配层
• 4.4 综合控制策略仿真结果分析
• 4.4.1 电子差速控制仿真
• 4.4.2 转矩协调控制仿真
• 4.4.3 综合控制系统仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结
• 5.1 主要研究工作总结
• 5.2 存在的问题与展望
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文
• 致谢