基于路面識別的四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制策略研究3.12

1、電子科技大學(xué)university of electronic science and technology of china碩士學(xué)位論文doctoral dissertation（電子科技大學(xué)圖標(biāo)）論文題目學(xué)科專業(yè)學(xué) 號作者姓名指導(dǎo)教師分類號密級udc 注學(xué)位論文時(shí)域積分方程時(shí)間步進(jìn)算法及其快速算法研究（題名和副題名）（作者姓名）指導(dǎo)教師教授電子科技大學(xué)成都（姓名、職稱、單位名稱）申請學(xué)位級別學(xué)科專業(yè)提交論文日期論文答辯日期學(xué)位授予單位和日期答辯委員會(huì)主席評閱人注1：注明國際十進(jìn)分類法udc的類號。research on marching-on in-time scheme and thefa

2、st algorithm of time domain integral equationa doctor dissertation submitted touniversity of electronic science and technology of chinamajor:electromagnetic field and microwave technologyauthor:zhang sanadvisor：prof. li si獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作 及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方 外，論文中不包含其他人已經(jīng)

3、發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為 獲得電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與 我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的 說明并表示謝意。作者簽名： 日期： 年 月 日論文使用授權(quán)木學(xué)位論文作者完全了解電子科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文 的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤, 允許論文被查閱和借閱。木人授權(quán)電子科技大學(xué)可以將學(xué)位論文的全 部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描 等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）作者簽名： 導(dǎo)師簽名：日期:關(guān)鍵詞:keywords:abstrac

4、t第一章緒論11.1課題背景和研究意義11.2四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀31.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀31.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀41.3課題相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀41.3.1路面識別研究現(xiàn)狀41.3.2驅(qū)動(dòng)防滑控制方法研究現(xiàn)狀51.4論文的結(jié)構(gòu)安排6第二章四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車整車結(jié)構(gòu)及性能要求82.1四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車整車結(jié)構(gòu)82.1.1輪轂電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)82.1.2電池能量管理系統(tǒng)82.1.3電子差速系統(tǒng)82.14整車控制器82.2四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車總體性能要求82.3四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制必要性分析82.4 本章小結(jié)9第三章 四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車整車控制策略研究113.1四輪

5、輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車總體架構(gòu)113.2四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車仿真模型搭建113丄1參考坐標(biāo)系建立123.1.2模型假設(shè)123.2.3車體動(dòng)力學(xué)模型133.2.4車輪動(dòng)力學(xué)模型143.2.5四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)模型錯(cuò)誤!未定義書簽。3.2.6輪胎模型143.3四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車整車控制策略153.3四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車整車控制策略的仿真驗(yàn)證163.4.1單一路面工況下仿真分析173.4.2對開路面工況下仿真分析183.4.3對接路面工況下仿真分析193.5本章小結(jié)21第四章 四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制策略設(shè)計(jì)224.1路而附著系數(shù)估計(jì)和路而識別224丄1各輪滑移率計(jì)算224.1.2各路利用附著系

6、數(shù)估計(jì)224.1.3標(biāo)準(zhǔn)路面的獲得234.1.4路面識別算法244.2 驅(qū)動(dòng)輪防滑控制254.2.1滑移率控制254.2.2轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償264.3轉(zhuǎn)矩分配274.4本章小結(jié)27第五章四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制策略仿真295.1 單一路面工況仿真分析295.2對開路面工況仿真分析錯(cuò)誤!未定義書簽。5.3對接路面工況仿真分析315.4減速帶路面工況仿真分析315.5本章小結(jié)31第六章全文總結(jié)與展望326.1全文總結(jié)326.2研究展望32致謝34參考文獻(xiàn)35攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果36第一章緒論1.1課題背景和研究意義近年來，汽車行業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)，伴隨產(chǎn)生的環(huán)境污染問題以及節(jié)能減排 問題fi益

7、突出。電動(dòng)汽車作為解決環(huán)境污染問題的方式之一，受到了人們的廣泛 關(guān)注。相比與傳統(tǒng)汽車，電動(dòng)汽車不僅在節(jié)能減排方面具有顯著的優(yōu)勢，在控制性 能方面也具有明顯的優(yōu)勢。電動(dòng)汽車的控制性能優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面叫力矩響應(yīng)速度快。電動(dòng)汽車的電機(jī)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度一般為幾個(gè)毫秒，是傳統(tǒng) 汽車的內(nèi)燃機(jī)或液壓剎車系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度100-500倍。此外，電動(dòng)汽車的電 機(jī)不僅能產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩還能產(chǎn)生制動(dòng)力矩，因此在電動(dòng)汽車上可以容易實(shí)現(xiàn)制動(dòng) 防抱死系統(tǒng)(abs)、驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)(asr)和車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)(esp)o電機(jī)力矩易于測量。傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃機(jī)以及液壓剎車系統(tǒng)的力矩很難精確測 量，而對于電動(dòng)汽車，電機(jī)的輸

8、岀力矩可以通過電機(jī)電流進(jìn)行測量并計(jì)算獲得。 因此通過電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等狀態(tài)量可以很方便的對輪胎和路面之間的驅(qū)動(dòng)力矩 和制動(dòng)力矩進(jìn)行估算，這將為依賴路面識別的控制策略的實(shí)現(xiàn)提供極大便利。獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)(例如輪轂電機(jī))具有體積小、功率密度高 的特點(diǎn)，因此電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)可以集成到車輪里面,利于獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)建。 這為制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(abs)、驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)(asr)以及車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)(esp) 的實(shí)現(xiàn)提供極大的便利。而傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃機(jī)由于其體積和結(jié)構(gòu)原因很難實(shí)現(xiàn)獨(dú) 立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)建。四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車(four wheel independently drive elect

9、ric vehicle with in-wheel motor)作為一種特殊的電動(dòng)汽車，其主耍結(jié)構(gòu)特征在丁輪轂電機(jī)直接安 裝于車輪輪轂中，通過輪轂電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪。四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)如 圖1-1所示。圖1-1四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)示意圖目前，四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車的研發(fā)己經(jīng)成為了電動(dòng)汽車領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一, 該車型將電機(jī)安裝到輪轂內(nèi)構(gòu)建四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這為車輛控制策略的實(shí)現(xiàn)提 供極大便利。而在傳統(tǒng)汽車中由于內(nèi)燃機(jī)的體積和成本的原因很難做到四輪獨(dú)立 驅(qū)動(dòng)。綜上所述，相比于傳統(tǒng)汽車，四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車自由度較多且大多可 控所以便于控制策略的實(shí)現(xiàn)。隨著輪轂電機(jī)技術(shù)以及燃料電池相關(guān)技術(shù)的發(fā)展

10、， 四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車將會(huì)成為汽車市場的主力軍。除了節(jié)能和減排以外，人們述關(guān)注車輛行駛安全性。當(dāng)車倆由于某種原因造 成車身失穩(wěn)時(shí)，可能會(huì)引起安全事故，威脅駕乘人員的人身安全。例如，車輛在 冰雪等路面上行駛時(shí)，車輪容易產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，從而造車車輛的失穩(wěn)甚至側(cè)翻。 所以人們提岀要對車倆進(jìn)行穩(wěn)定性控制即通過對汽車進(jìn)行主動(dòng)安全控制，保證車 輛行駛過程中的穩(wěn)定性。目前，一些車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)已經(jīng)在傳統(tǒng)汽車上得到了 廣泛的應(yīng)用，主要有：車身電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（esp）、驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)（asr）、 防抱死系統(tǒng)（abs）、直接橫擺力矩控制系統(tǒng)（dyc）等。但是，四輪輪轂電機(jī)電 動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)特征與傳統(tǒng)汽車具有本質(zhì)

11、區(qū)別，四個(gè)車輪由輪轂電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，且 四個(gè)車輪之間不存在機(jī)械耦合。傳統(tǒng)汽車控制技術(shù)由于其條件的限制，只能應(yīng)用 于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車。由于四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)特征的特殊性，必須進(jìn)行適 用于四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車控制技術(shù)的研究。綜述所述，進(jìn)行四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車車身穩(wěn)定控制策略的研究以保證車輛 行駛過程中的穩(wěn)定性符合車輛動(dòng)力學(xué)研究的需求以及電動(dòng)汽車未來的發(fā)展趨勢。 本文利用四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車控制性能方面的優(yōu)勢，進(jìn)行基于路面識別的四輪 轂電機(jī)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制策略的研究，研究成果可對四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車 產(chǎn)品的研發(fā)提供理論支撐，具有一定的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。1.2四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車國內(nèi)外發(fā)展

12、現(xiàn)狀四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車最為一種新興的驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)汽車，相對于傳統(tǒng)汽車去掉 了離合器、變速器、傳動(dòng)軸、差速器及分動(dòng)器等部件，簡化了整車結(jié)構(gòu)，不僅提 高了車輛結(jié)構(gòu)布置的靈活性，而且減少了機(jī)械傳動(dòng)過程中的能量損失以及機(jī)械磨 損。由于四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車采用輪轂電機(jī)技術(shù)將動(dòng)力、傳遞和制動(dòng)裝置整合 到輪轂內(nèi)，其動(dòng)力性能相對于傳統(tǒng)汽車有了很大的提高。例如裝備自動(dòng)變速箱的 傳統(tǒng)汽車傳動(dòng)響應(yīng)時(shí)間大約為300毫秒，而輪轂電機(jī)期望轉(zhuǎn)矩輸出的響應(yīng)時(shí)間一 般只有幾個(gè)毫秒。同時(shí)，由于四個(gè)車輪輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)矩獨(dú)立可控，并且電機(jī)相對 于內(nèi)燃機(jī)具有更快的響應(yīng)速度，相比于傳統(tǒng)汽車，四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車具有更 好的可控性。因此，四

13、輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車已經(jīng)成為電動(dòng)汽車的研究熱點(diǎn)之一。1.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀最早發(fā)明的輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車可追溯到19世紀(jì)，是保時(shí)捷公司在1900年設(shè)計(jì) 的loher porche5,但受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平和生產(chǎn)工藝，輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車未能 開展進(jìn)一步的研究應(yīng)用，沒有走向產(chǎn)業(yè)化。日木在輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車方面的研究起步較早，處于世界領(lǐng)先地位。在日木企 業(yè)方面，豐田公司于九十年代末進(jìn)行了四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車研發(fā)工作，其重點(diǎn) 在于基于輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車走向?qū)嵱没年P(guān)鍵技術(shù)，例如輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車的車 體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及如何abs、tcs和esc在輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車上面的實(shí)現(xiàn)，還進(jìn)行 了主動(dòng)行駛舒適性控制方面的研究，并推

14、出了 fine-n概率車。三菱公司也對輪 轂電機(jī)電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，其研究重心在于利用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩獨(dú)立 可控的特點(diǎn)進(jìn)行車輛穩(wěn)定性控制方面的研究，并于2005年推出了概率車mievo日本大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)在四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車這一新型的車輛上做了大量的 硏發(fā)工作。例如日木慶應(yīng)義塾大學(xué)清水浩教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在過去10年中研制 了 iza、eco、kaz等多款電動(dòng)汽車均采用了輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，其中2011年研 制的輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車"sim-lei"，性能及功率為世界領(lǐng)先水平，一次充電續(xù)航 里程可達(dá)333公里，最高時(shí)速可達(dá)150km/h；東京農(nóng)工大學(xué)永井正夫所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì) 先

15、后開發(fā)了 novel-1和novel-ii兩款輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車原型，重點(diǎn)研究了基于模型 匹配的控制理論的dyc控制策略和線控轉(zhuǎn)向(sbw)的穩(wěn)定性控制策略叫 日本東 京大學(xué)的hori教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)先后開發(fā)了 uot electric march i和uot electric march ii兩種輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車，重點(diǎn)研究了車輛縱向滑移、橫向穩(wěn)定 性和側(cè)傾穩(wěn)定性控制叫日木橫濱國立大學(xué)與豐出公司合作開發(fā)了四輪輪轂獨(dú)立驅(qū) 動(dòng)/四輪轉(zhuǎn)向的電動(dòng)汽車，重點(diǎn)研究了利用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)力矩進(jìn)行電動(dòng)汽車 橫擺力矩控制何。美國的公司和大學(xué)也對輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車進(jìn)行了研究。美國通用公司于2005 年在北國國際會(huì)

16、展上展出了四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車樣車sequel(h該車型可以通 過四個(gè)輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)時(shí)精確控制四個(gè)車輪，且具有能量回饋等功能。美國俄亥 俄州立大學(xué)王軍民教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了四輪輪轂獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車樣車， 重點(diǎn)研究驅(qū)動(dòng)和再生制動(dòng)下的力矩分配方法和節(jié)能控制方法。此外，瑞典的volvo、法國的米奇林、英國的protean徳國的siemens vdo 等公司先后開發(fā)了各種輪轂電機(jī)，并將其應(yīng)用于電動(dòng)汽車。122國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)在四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)和整車硏發(fā)方面 做了大量的工作。同濟(jì)大學(xué)在電動(dòng)汽車車身狀態(tài)估計(jì)方法的基礎(chǔ)上，對四輪輪轂 電機(jī)電動(dòng)汽車進(jìn)行驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)的lqr和wls控

17、制，并研制開發(fā)了采用永磁無刷直流 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的“春暉”和“登峰”系列電動(dòng)汽車腸；清華大學(xué)從提高車輛經(jīng)濟(jì) 性能出發(fā)，研究了基于電機(jī)節(jié)能控制策略的四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)力分配方法麗， 并研制開發(fā)了實(shí)驗(yàn)樣車;吉林大學(xué)開發(fā)了全線控四輪輪轂電機(jī)獨(dú)立轉(zhuǎn)向/獨(dú)立驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)汽車，研究了線控四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車集成控制方法1電子科技大學(xué)在輪 轂電機(jī)控制方法以及四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車整車控制方面做了大量的研究工作間。 此外，香港中文大學(xué)、上海交通大學(xué)，燕山大學(xué)、山東大學(xué)也對四輪輪轂電機(jī)電 動(dòng)汽車整車控制方法進(jìn)行了研究。綜上所述，四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車的研究在國內(nèi)外取得相當(dāng)大的進(jìn)展。其中， 處于世界領(lǐng)先水平為日本慶應(yīng)義

18、塾大學(xué)。但是，從國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀看，四輪輪轂 電機(jī)電動(dòng)汽車目前還處于研究和樣車階段，距離其量產(chǎn)還有一定距離。所以，對 于四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車車身穩(wěn)定性方面的研究，如驅(qū)動(dòng)防滑控制技術(shù)的研究是 非常有必要的。1.3課題相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀從汽車安全上看，車輛在低附著路面行駛時(shí)，容易發(fā)生車輪打滑的現(xiàn)象導(dǎo)致車 輛的側(cè)滑，漂移，進(jìn)而可能引起車輛的碰撞產(chǎn)牛交通事故。在汽車主動(dòng)安全性控 制方面看，路面識別得出的車輛狀態(tài)參數(shù)顯得十分重要，比如：asr（驅(qū)動(dòng)防滑控 制）算法的本質(zhì)是控制車輪滑移率在一個(gè)最佳滑移率附近，從而使輪胎獲得最人附 著力。而不同路面下汽車具有不一樣的最佳滑移率。如果能夠通過對路面識別準(zhǔn) 確測的車

19、輪與路面z間的最佳滑移率，則asr系統(tǒng)可以達(dá)到更好的控制效果。所 以路面識別在驅(qū)動(dòng)防滑控制等主動(dòng)汽車安全技術(shù)中顯得非常關(guān)鍵。1.3.1路面識別研究現(xiàn)狀汽車技術(shù)領(lǐng)先的國家如美國，韓國，徳國，h本等己經(jīng)在路面識別方面做了很 多的嘗試，而且取得了一定的成功冋。目前，通過路面識別獲取車輛和路面信息 方法種類繁多，一般根據(jù)其測量方式可以分為兩種：一種是基于傳感器路面直接 檢測方法，另外一種是基于車輛動(dòng)力學(xué)參數(shù)的路面識別方法。第一種方法雖然能夠?qū)β访鏍顩r取得較為精確的判別效果，但是由于一些傳感 器無法在汽車復(fù)雜環(huán)境下有效工作以及傳感器成本的原因，使得其無法應(yīng)用于量 產(chǎn)車。如：光學(xué)傳感器，利用雷達(dá)波，毫米波

20、，超聲波等的傳感器在路面檢測上 有很高的檢測精度，但是其工作條件十分苛刻又如采用聲音類的傳感器識別 的，其工作原理是根據(jù)輪胎和路面摩擦產(chǎn)生的噪聲識別最大路面附著系數(shù)，其檢 測效果很好，但是造價(jià)高，而且受外界影響嚴(yán)重，無法在實(shí)際中應(yīng)用網(wǎng)。第二種方法采用低成木傳感器獲取車輛相關(guān)信息，并根據(jù)車輛動(dòng)力學(xué)方程估計(jì) 出車倆運(yùn)行中難以測的信息，進(jìn)行路面識別。相對于基于傳感器路面直接檢測方 法，這該方法具有成本低、實(shí)用性好的特點(diǎn)，受到了研究人員的青睞。laura. r. rvay利用統(tǒng)計(jì)理論估計(jì)路面附著系數(shù)。算法中設(shè)計(jì)了擴(kuò)展 kalman濾波器，在八自由度汽車動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，估計(jì)各個(gè)車輪的縱向力、 軸承的

21、側(cè)向力，利用狀態(tài)估計(jì)值如側(cè)向、縱向速度及各個(gè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度等，對 各個(gè)車輪的滑移率和側(cè)偏角進(jìn)行計(jì)算。算法首先建立在不同路面情況下的輪胎模 型，計(jì)算滑移率、側(cè)偏角、車輪負(fù)荷輸入輪胎模型屮參與計(jì)算，獲得各個(gè)輪胎的 作用力。分析計(jì)算值與擴(kuò)展卡爾曼濾波器估計(jì)所得的值，利用貝葉斯法則對路而 附著系數(shù)進(jìn)行估計(jì)。然而該算法模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不適合在實(shí)際車倆中使用。h.nishira等人研究認(rèn)為，不同的路面作用在車輪上會(huì)使輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù) 和縱向剛度取值范圍不同。車速、驅(qū)動(dòng)輪輪速的自適應(yīng)觀測方程建立在車輛縱向 動(dòng)力學(xué)方程、車輪回轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)方程、“-2關(guān)系上。建立縱向剛度和滾動(dòng)阻力系數(shù) 的白適應(yīng)校正算法是通過利用車

22、速、驅(qū)動(dòng)輪輪速觀測值和量測值z間的誤差實(shí)現(xiàn) 的。并且算法為了增強(qiáng)魯棒性，引入校正參數(shù)測試結(jié)果表明，只有在汽車加速 的情況下，才能較好的識別路面附著系數(shù)妙涮。hideo sado和shin-ichiro sakai等人通過電機(jī)輸出力矩和車輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 對路面附著力進(jìn)行觀察，該算法是建立在輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)上的，估算整 個(gè)滑移率變化范圍內(nèi)的曲線的斜率網(wǎng)，用于估算路面附著系數(shù)。但是考慮到 車輛運(yùn)行過程中輪胎類型、胎壓等因素的影響，就算在相同的路面上，“-兄曲線 的斜率的人小會(huì)隨著其他條件的變化而變化，這將降低路面附著系數(shù)估計(jì)的準(zhǔn)確 性。文獻(xiàn)測采用自適應(yīng)卡爾曼濾波算法估計(jì)驅(qū)動(dòng)輪的牽引力矩和車輛信息

23、，并根據(jù) 這些信息計(jì)算出“-久曲線的斜率，進(jìn)而進(jìn)行路面識別。然而，當(dāng)車輪高轉(zhuǎn)速運(yùn)行 時(shí)時(shí)，該方法的識別精度較低。文獻(xiàn)購提出一種基于標(biāo)準(zhǔn)/-a曲線的路面識別方法，該方法通過車身已知信 息估算擊車輛行駛過程中車輪滑移率2和路面附著系數(shù)的值，通過與標(biāo)準(zhǔn)“-2 曲線進(jìn)行對比，進(jìn)而進(jìn)行路面識別。在標(biāo)準(zhǔn)曲線已知的情況下，該方法具有 較高的精度。綜上所述，相對于基于傳感器路面直接檢測方法，基于車輛動(dòng)力學(xué)參數(shù)的 路面識別方法更加適用于量產(chǎn)車。而在基于車輛動(dòng)力學(xué)參數(shù)的路面識別中，將車 輪滑移率久和路面附著系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對比的方法具有較高的識別精 度。因此，木文借鑒此類方法進(jìn)行路面識別的研究。1.3.2驅(qū)動(dòng)防

24、滑控制方法研究現(xiàn)狀驅(qū)動(dòng)防滑控制技術(shù)作為汽車主動(dòng)安全控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，能夠改善車輛的穩(wěn) 定性能和保持車輛的行駛安全性，受到了人們廣泛關(guān)注。目前，國內(nèi)外研究人員 在汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制做了大量控制方法和實(shí)驗(yàn)研究。由于傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃機(jī)力矩響應(yīng)速度慢，單獨(dú)控制內(nèi)燃機(jī)的輸岀力矩很難實(shí)現(xiàn) 車輛的驅(qū)動(dòng)防滑控制。因此，在傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)中，需要同時(shí)控制 內(nèi)燃機(jī)的輸出力矩和制動(dòng)器的輸出力矩。例如，河北大學(xué)候順艷等人釆用模糊pid 控制算法，設(shè)計(jì)了基于節(jié)氣門干預(yù)與制動(dòng)干預(yù)的汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)旳；吉林 大學(xué)余建星等人在汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)中，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)油 門位置和驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)壓力控制器測；

25、清華大學(xué)大學(xué)李亮等人采用自適應(yīng)pid控制 算法，通過協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和主動(dòng)器制力矩來實(shí)現(xiàn)汽車的驅(qū)動(dòng)防滑控制呦。四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車具有四個(gè)車輪轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快、獨(dú)立可控且易于測量的 優(yōu)點(diǎn)，因此，通過對輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)矩的控制即可實(shí)現(xiàn)四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車的驅(qū) 動(dòng)驅(qū)動(dòng)防滑控制。考慮到滑模變控制具有易于實(shí)現(xiàn)、快速以及魯棒性好的特點(diǎn)， 文獻(xiàn)在驅(qū)動(dòng)防滑控制中采用了滑模變控制方法；但是，仿真結(jié)果表明，滑模變 控制下電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)過大，這將增加電機(jī)控制的難度。文獻(xiàn)期采用了模糊控制方 法進(jìn)行了四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制策略的設(shè)計(jì)，雖然模糊控制不依賴 具體系統(tǒng)，但是該控制方法的控制精度不高。文獻(xiàn)呦將電機(jī)電流考慮成內(nèi)

26、部擾動(dòng)， 將車輛載荷的變化考慮成外部的擾動(dòng)，以最優(yōu)滑移率為控制目標(biāo)，使用二階自抗 擾控制器設(shè)計(jì)車輛單輪驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)表明，該控制方法的精度較高， 控制過程中的超調(diào)量較低。然而，在文獻(xiàn)恥所制定的驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)防滑控制策略中, 均將車輪的最佳滑移率視為定值，但是在車輛的實(shí)際運(yùn)行過程中，由于路面的變 化會(huì)導(dǎo)致車輪最佳滑移率的變化，車輪的最佳滑移率應(yīng)該通過路面識別獲得。綜上所述，相對于傳統(tǒng)汽車，四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車通過控制其輪轂電機(jī)的輸 出轉(zhuǎn)矩即可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)防滑的控制。目前，四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制策 略設(shè)計(jì)時(shí)均將車輪的滑移率視為定值，在驅(qū)動(dòng)防滑控制策略的制設(shè)計(jì)上，并沒有 考慮路面變化對控制策

27、略的影響。為了解決四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車在附著路面上 車輪容易打滑的問題，本文提出基于路面識別的四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑 控制策略。該策略考慮了路面狀況對控制策略的影響，將路面識別引入到驅(qū)動(dòng)防 滑控制策略的制定中；同吋，考慮到車輛運(yùn)行中車輪縱向力的變化，在驅(qū)動(dòng)防滑 控制策略的設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償來補(bǔ)償車輪縱向力變化。1.4論文的結(jié)構(gòu)安排本文的章節(jié)結(jié)構(gòu)安排如下：第一章：緒論。本章闡述了目前國內(nèi)四輪輪轂電動(dòng)汽車及其控制技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)狀，并對四輪輪轂電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制技術(shù)的研究屮存在問題做了綜述，確立 研究內(nèi)容。第二章：四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車整車結(jié)構(gòu)及性能要求。本章首先對四輪輪轂 電動(dòng)汽車整車

28、結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，主要包括輪轂電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電池能量管理系 統(tǒng)、電子差速系統(tǒng)以及整車控制器。其次，介紹了電動(dòng)汽車的總體性能要求以及 闡述四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制的必要性。第三章：四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車整車控制策略研究。本章對四輪獨(dú)立電動(dòng)驅(qū) 動(dòng)汽車的控制原理、動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上研究了四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)汽車的整車控制策略。第四章：四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制策略設(shè)計(jì)。本章在整車控制策 略的基礎(chǔ)上，對四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制策略進(jìn)行設(shè)計(jì)。其屮包括路 面附著系數(shù)估計(jì)和路面識別算法，驅(qū)動(dòng)輪防滑控制算法以及轉(zhuǎn)矩分配算法。第五章：四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制策略仿真。本

29、章在仿真軟件 carsim中，選取四種典型工況，對本文的所提出的驅(qū)動(dòng)防滑控制策略進(jìn)行仿真驗(yàn) 證，并與第三章的整車控制策略算法相比較，驗(yàn)證本文所提出的驅(qū)動(dòng)防滑控制策 略的有效性。第六章總結(jié)與展望。本章對本文的研究成果進(jìn)行了總結(jié)，并對本文存在的不 足以及進(jìn)一步需要解決的問題進(jìn)行了闡述。第二章四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車整車結(jié)構(gòu)及性能要求4w1d電動(dòng)汽車取消了傳統(tǒng)汽車離合器、變速箱等機(jī)械結(jié)構(gòu)，增加了蓄電池和 電池管理系統(tǒng)等裝置，與傳統(tǒng)汽車的結(jié)構(gòu)和布局有很大的區(qū)別；而4wid電動(dòng)汽車 電子差速系統(tǒng)主要功能是為了完成傳統(tǒng)汽車差速器和驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)所完成的功能，所 以，電子差速系統(tǒng)對于4wid電動(dòng)汽車是非常重要的。木章

30、將對4wid電動(dòng)汽車整 車結(jié)構(gòu)和電子差速系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的研究。2.1四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車整車結(jié)構(gòu)本文針對的控制對象是以輪轂屯機(jī)為驅(qū)動(dòng)單元的四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)屯動(dòng)汽車，其整圖2-1 4wid電動(dòng)汽車整車結(jié)構(gòu)由上圖可知，4wtd電動(dòng)汽車主要結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（四個(gè)輪轂電機(jī)、四個(gè)驅(qū) 動(dòng)控制系統(tǒng)），能量系統(tǒng)（電池管理系統(tǒng)、蓄電池、四個(gè)逆變器、dc/dc）、控制系 統(tǒng)（整車控制器）等。顯然，通過圖2-1可知，4wid電動(dòng)汽車最大的特點(diǎn)是有4 個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)單元，同時(shí)取消了傳統(tǒng)汽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)。2.1.1輪轂電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)2.1.2電池能量管理系統(tǒng)2.1.3電子差速系統(tǒng)2.14整車控制器2.2輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車總

31、體性能要求2.3四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制必要性分析2.4本章小結(jié)第三章四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車整車控制策略研究本章首先研究了四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車整車總體架構(gòu)；然后，在專業(yè)的汽車仿 真軟件carsim中，結(jié)合車輛動(dòng)力學(xué)原理搭建了四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車整車模型; 最后基于搭建的四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車整車模型，研究了四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車 的整車控制策略，并對四輪輪轂電動(dòng)汽車整車控制策略進(jìn)行仿真驗(yàn)證。u!輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車總體架構(gòu)相對于傳統(tǒng)汽車，四輪輪轂電機(jī)電機(jī)電動(dòng)汽車去掉了大多數(shù)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如離 合器、齒輪箱、變速器、差速器和機(jī)械傳動(dòng)裝置等機(jī)械結(jié)構(gòu)，大大簡化了整車結(jié) 構(gòu)。同時(shí)，在四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車

32、總體架構(gòu)的研究中，按照功能可以將車輛總 體架構(gòu)劃分為不同模塊，其中包含：四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)模塊、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模塊、車 輪動(dòng)力學(xué)模塊、車體動(dòng)力學(xué)模塊、輪胎模塊。如圖3-1所示。r hthk銘駛員模型ritidma-wtw tn輪胎模型路面模型1護(hù)圖3-1 i丿l|輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車整車動(dòng)力學(xué)模型總體架構(gòu)示意圖3-2四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車數(shù)學(xué)模型研究雖然carsim和dyxawarc等軟件可以較好的模擬汽車性能，但是從建模思想可 知：在汽車動(dòng)力學(xué)控制研究中，只有理解汽車動(dòng)力學(xué)原理和掌握車輛模型的動(dòng)態(tài) 特性，才能進(jìn)行仿真分析并找出造成問題的原因，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)算法的改進(jìn)。因此， 有必要根據(jù)研究的內(nèi)容，構(gòu)建基于汽

33、車動(dòng)力學(xué)理論的車輛動(dòng)力學(xué)模型。本節(jié)首先 建立車輛運(yùn)動(dòng)的參考坐標(biāo)系，然后進(jìn)行模型假設(shè)并根據(jù)模型假設(shè)構(gòu)建四輪輪轂電 機(jī)電動(dòng)汽車整車模型。3.2.1參考坐標(biāo)系建立進(jìn)行車輛的動(dòng)力學(xué)分析要以相對坐標(biāo)系為參照，本文以大地坐標(biāo)系為相對坐標(biāo) 系，同時(shí)定義了車輛坐標(biāo)系xvovyvzv和車輪坐標(biāo)系xwowywzw ,以便于進(jìn)行汽車 動(dòng)力學(xué)分析以及建立車輛動(dòng)力學(xué)模型。車輛參考坐標(biāo)系如圖3-2所示。圖3-2車輛坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系作為相對坐標(biāo)系，用來描述車輛的絕對運(yùn)動(dòng)。大地坐標(biāo)系原點(diǎn)0固 定在大地上，為車輛坐標(biāo)系原點(diǎn)，且6初始位置在地面上的投影與o點(diǎn)重合。 x軸正方向?yàn)槠嚽斑M(jìn)方向，且與地面始終平行，y軸方向指向駕駛員的

34、左側(cè)，z 軸的正方向垂直地面向上。通過車輛的坐標(biāo)系可以對車輛運(yùn)動(dòng)進(jìn)行描述。車輛坐標(biāo)系的原點(diǎn)5為車輛靜 止時(shí)的質(zhì)心，xv軸的正方向?yàn)檐囕v的前進(jìn)方向，yv的正方向指向駕駛員的左側(cè), z軸的正方向垂直地面向上。車輪坐標(biāo)系的原點(diǎn)為ow為車輪的質(zhì)心，由于各個(gè)車輪獨(dú)立，所以各個(gè)車輪具 有各自獨(dú)立的坐標(biāo)系。xw的正方向?yàn)檐囕喦斑M(jìn)方向，yw正方向垂直于車輪旋轉(zhuǎn)平 面而指向車輪的左側(cè)，z*.止方向垂直于地面向上。322模型假設(shè)在車輛動(dòng)力學(xué)的研究領(lǐng)域，一般根據(jù)研究需要建立不同自由度的車輛動(dòng)力學(xué)模 型。相關(guān)研究表明，雖然較多自由的車輛模型具有較高的精度，但是由于其模型 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需要計(jì)算的參數(shù)較多且不容易獲取，不一

35、定適應(yīng)于所研究的相關(guān)內(nèi)容。因此一般根據(jù)課題屮所研究汽車性能的側(cè)重點(diǎn)，進(jìn)行汽車模型自由度簡化和進(jìn) 行相應(yīng)的模型假設(shè)l103-i09jo而在車身穩(wěn)定控制的研究屮，一般采用假設(shè)的方式對汽 車模型進(jìn)行自由簡化，進(jìn)而構(gòu)建車輛模型85'88o本文主要研究四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車的車身穩(wěn)定控制，在模型假設(shè)的基礎(chǔ)上,進(jìn)而構(gòu)建車倆動(dòng)力學(xué)模型。本文模型假設(shè)如下：(1) 車輛行駛的路面為水平路面；(2) 四個(gè)車輪運(yùn)動(dòng)特性相同；(3) 忽略車輛所受的空氣阻力與車輪所受的滾動(dòng)阻力；(4) 不考慮車輛的垂直、側(cè)傾和俯仰運(yùn)動(dòng)。基于以上模型假設(shè)，本文將構(gòu)建7自由度的車輛動(dòng)力學(xué)模型，其中：車體動(dòng)力 學(xué)模型包含縱向車速、側(cè)向

36、以及橫擺角速度三個(gè)自由度，4個(gè)車輪動(dòng)力學(xué)模型各自 包含一個(gè)轉(zhuǎn)速自由度。3.2.3車體動(dòng)力學(xué)模型本文研究的對象為四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車，其車體動(dòng)力學(xué)模型如圖3-3所示。圖3-3車體動(dòng)力學(xué)示意圖根據(jù)牛頓第二定律，三自由度的車體運(yùn)動(dòng)學(xué)方程表述如下： 縱向運(yùn)動(dòng)方程：嘰=(© + 嘉)cos- (fyjl + f聽)sin+ f訶 + fxrr + mrvy(3-1)側(cè)向運(yùn)動(dòng)方程：叫=(島 + 島)血 §+(5 + 耳療)cos 5 + fyrl + fyrr - mrvx(3-2)橫擺運(yùn)動(dòng)方程：其中，加為車輛質(zhì)量，比為車輛縱向速度，片為車輛側(cè)向速度，fg 島、fxrl 和為分別為左前

37、、右前、左后和右后輪胎的縱向力，©、f詞和代分別 為左前、右前、左后和右后輪胎的側(cè)向力，為前輪轉(zhuǎn)向角，厶為整車?yán)@z軸的轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量，人是輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，-和/分別為質(zhì)心到前軸和后軸的縱向距離，7和 分別為前輪距和后輪距。3.2.4車輪動(dòng)力學(xué)模型四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車的四個(gè)車輪相互獨(dú)立，四個(gè)車輪各自包含一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由 度。單個(gè)車輪的動(dòng)力學(xué)模型如圖3-4所示。圖3-4車輪動(dòng)力學(xué)模型定義ye/f,/r,r/,rr,其中fl, frt rl. rr分別代表左前輪，右前輪，左后輪, 右后輪。根據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理，車輪運(yùn)動(dòng)方程表述如下：i'aifj-fgr(3-4)其中，嗎為各個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速，為各個(gè)

38、輪轂電機(jī)的輸岀的驅(qū)動(dòng)力矩。3.2.5輪胎模型車輛運(yùn)動(dòng)的力都是輪胎作用于地面產(chǎn)生的，同吋附著系數(shù)等狀態(tài)參數(shù)與路面和 輪胎的接觸運(yùn)動(dòng)相關(guān)。對真實(shí)輪胎情況進(jìn)行模擬需要構(gòu)建輪胎模型。因此對輪胎 進(jìn)行建模是汽車動(dòng)力學(xué)建模仿真研究的關(guān)鍵。輪胎模型分為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀虢?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃屠碚撃Ｐ?。在車輛仿真模型搭建過程屮 中，半經(jīng)驗(yàn)輪胎模型應(yīng)用比較廣泛，其中比較常見的有unitire輪胎模型c111 1141以 及“魔術(shù)公式” (magic formula)輪胎模型115_1170本文采用“魔術(shù)公式”進(jìn)行動(dòng) 力學(xué)仿真分析?！澳g(shù)公式”是h. b. pacejka提出的用于描述輪胎側(cè)偏特性的半經(jīng) 驗(yàn)?zāi)Ｐ?，能描述輪胎所有的穩(wěn)

39、態(tài)力學(xué)特性，模擬精度高，因此在汽車動(dòng)力學(xué)研究 領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。輪胎公式的一般表達(dá)形式如下：y(x) = £> sin c arctan bx -ebx- arctan(bx)(3-5)d(x) + sy(3-6)x=x + s(3-7)式中，自變量x可以表示輪胎滑移率2、側(cè)偏角g。根據(jù)自變量x的不同，y(x) 表示可以車輪縱向力心，側(cè)向力代。d代表峰值因素；c代表形狀因素；b代表 剛度因子；e代表曲率因子，且b、c、d、e的取值與輪胎當(dāng)前接觸路面情況有 關(guān)。sy表示水平偏移量，sh為垂直偏移量。當(dāng)水平偏移量3和垂直偏移量sh為0時(shí)，即輪胎不存在水平和垂直方向的偏 移。車輪縱向

40、力可由公式(3-8)表示：fxij = £)sincarctanbx- e(bx-arctan(bx)(38)3.3輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車整車控制策略四輪輪轂電動(dòng)汽車整車控制為駕駛員和車輛構(gòu)成的一個(gè)閉環(huán)。駕駛員通過儀表 獲取車輛的狀態(tài)信息，并通過方向盤、加速踏板、制動(dòng)踏板來改變車輛的控制目 標(biāo)。例如，在車速控制上，駕駛員將車輛的實(shí)際車速與期望車速做差，并通過大 腦的計(jì)算獲得相應(yīng)的加速/制動(dòng)踏板開度，進(jìn)而控制整車控制器輸岀相應(yīng)的加速/ 制動(dòng)力矩，使車輛到達(dá)期望車速。本文不考慮通過方向盤進(jìn)行車輛的轉(zhuǎn)向控制， 只考慮雪過加速踏板以及制動(dòng)踏板進(jìn)行四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車的基木控制，如圖 3-5所示。

41、圖35四輪輪轂電動(dòng)汽車整車基本控制結(jié)構(gòu)圖整車控制器包括期望力矩計(jì)算和力矩分配兩個(gè)功能模塊，其中期望轉(zhuǎn)矩計(jì)算為 車輛的基木功能，即將駕駛員的輸入轉(zhuǎn)換為電機(jī)的期望轉(zhuǎn)矩。踏板與期望力矩之 間的關(guān)系可以通過歸一化的踏板位置(0-1)和歸一化的驅(qū)動(dòng)力矩(0-1)之間的映射 函數(shù)來表示。而映射函數(shù)一般由汽車廠商根據(jù)不同駕駛風(fēng)格設(shè)定，如圖3-6中的 曲線(一)(二)、(三)就代表三種常見的駕駛風(fēng)格。00%(=丁100加速曲旗圖36加速踏板驅(qū)動(dòng)力矩映射曲線木文采用的映射函數(shù)可由曲線（二）表示，即認(rèn)為加速踏板和驅(qū)動(dòng)力矩之間的 映射關(guān)系為線性關(guān)系，如公式（3-12）所示：(3-9)其中，7；為期望驅(qū)動(dòng)力矩；k為加

42、速踏板-驅(qū)動(dòng)力矩之間的映射系數(shù)，為定值， 本文取1280；血表示加速踏板開度，其值范圍為01。對于力矩分配模塊，一般采用平均分配算法作為控制算法，如公式（3-13）所示:(3-10)其中，為各輪的驅(qū)動(dòng)力矩。3.4四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車整車控制策略的仿真驗(yàn)證木文通過carsim和matlab/simulink聯(lián)合仿真進(jìn)行四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車整 車控制策略的驗(yàn)證。其中，通過carsim軟件構(gòu)建車輛模型，并在matlab里面實(shí) 現(xiàn)整車控制算法，聯(lián)合仿真結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。td心but>ohv* cgvw fl carsim s-function1avehcie c3 l*2圖37 carim和m

43、at lab聯(lián)合仿真圖在仿真中，本文選取了具有代表性的三種路面對四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車整車控 制策略進(jìn)行仿真驗(yàn)證，這三種路面分別為單一路面、對開對接路面、對開路面。 所用的車倆模型部分參數(shù)如表3. 1所示。表3.1車輛模型部分參數(shù)參數(shù)名稱數(shù)值大小整備質(zhì)量（kg）2150車輪半徑（m）0.3262電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（nm）320*4質(zhì)心到前軸的距離（m）1.35質(zhì)心到后軸的距離（m）1.35前輪輪距(m)1.55后輪輪距(m)1.53車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg*m2)0.6最小離地間隙(m)0.1233.4.1單一路面工況下仿真分析仿真工況設(shè)置如下：(1) 路面附著系數(shù)恒定，分別設(shè)為0.& 0.4以及0

44、.1；(2) 車輛初始速度為5km/h;(3) 駕駛員加速踏板輸入一次為0. 25,0.5,1.0,對應(yīng)每個(gè)輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn) 矩為 80nm, 160w, 320如。(4) 采樣時(shí)間設(shè)為0. 001s,仿真時(shí)長為10s。在上述仿真工況設(shè)置情況下，對整車控制策略進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如表3. 2所 示：表3.2單一路面下的車速控制仿真結(jié)果路面附著系數(shù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩(nm)車輪輪速(km/h)車速(km/h)穩(wěn)態(tài)加速度 (m/s2)0.880左刖19.1319.070.39右前19.13左后19.13右后19.13160左刖35.2035.080.83右前35.20左后35.20右后35.20320左刖67

45、.5671.71右前67.5左后67.5右后67.50.880左刖19.1319.070.39右前19.13左后19.13右后19.13160左刖35.2035.080.83右前35.20左后35.20右后35.20320-4 、人 左刖67.5671.71右前67.5左后67.5右后67.5080-1 -ax.左前19.1319.070.39右刖19.13左后19.13右后19.13160左刖35.2035.080.83右前35.20左后35.20右后35.20320左刖20036.40.87右前200左后200右后200在摩擦系數(shù)0.8的路面上（高附著路面），輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別為80n

46、m, 160nm, 320nm時(shí)，車輛的車輪速度和車輛的車身速度基本上保持一致。也就是說， 在0. 8的路面上，整車控制策略能夠保證車輛的正常行駛。在摩擦系數(shù)0. 4的路面上（屮等附著路面）,輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別為80nm, 160nm, 320nm時(shí)，車輛的車輪速度和車輛的車身速度基本上保持一致。也就是說， 在0. 4的路面上，整車控制策略能夠保證車輛的正常行駛。在摩擦系數(shù)0. 1的路面上（低附著路面），輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為80nm, 160nm 時(shí)，車輛的車輪速度和車輛的車身速度基本上保持一致，在上述情況下整車控制 策略能夠保證車輛的正常行駛。但是，當(dāng)輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為320nm時(shí)，仿

47、真 結(jié)果顯示，10s末車輛的速度為36. 4km/h,而四個(gè)車輪的速度高達(dá)200km/h,很明 顯車輪發(fā)生的嚴(yán)重打滑現(xiàn)象；同時(shí)，車輛的穩(wěn)態(tài)加速度為0. 87 m/s2,而在同等轉(zhuǎn) 矩下，在摩擦系數(shù)為0. 4, 0. 8的路面下，車輛的穩(wěn)態(tài)加速度為1.71 m/s2；此時(shí), 整車控制策略不能夠保證車輛的正常行駛。仿真結(jié)果表明，單一路面情況下，在低附著路面上（如路面附著系數(shù)為0.1的 路面），車輛的驅(qū)動(dòng)力矩過大時(shí)（如輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為320nm）,車輪會(huì)產(chǎn)生打 滑現(xiàn)象。此時(shí)，整車控制策略不能夠保證車輛的正常行駛。342對接路面工況下仿真分析從單一路面的仿真結(jié)果可知，當(dāng)車輛在低附著上行駛時(shí)，輪轂電

48、機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 過大吋，車輪會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，整車控制不能保證車輛的正常行駛。為了進(jìn)一步 驗(yàn)證整車控制策略，在對接路面下，設(shè)定如下工況進(jìn)行仿真分析。仿真工況設(shè)置如下：（1）車輛初始速度為5km/h;（2）輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別設(shè)為80、160以及320nm；（3）0到10m,路面摩擦系數(shù)設(shè)為0.8； 10到20m,路面摩擦系數(shù)設(shè)為0.1； 20ni以后，路面摩擦系數(shù)設(shè)為0.4。（4）采樣時(shí)間設(shè)為0. 001s,仿真時(shí)長為10s。在上述仿真工況設(shè)置情況下，對整車控制策略進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如表3-2所 示：表3.2對接路面下的車速控制仿真結(jié)果驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 （nm）路面摩擦系數(shù)午輪輪速（km/h）車速 （k

49、m/h）穩(wěn)態(tài)加速度 （m/s2）800-10m（摩擦系數(shù)0.8）左刖11.2811.260.39右前11.28左后11.28右后11.2810-20m（摩擦系數(shù)0.1）左刖15.1615.140.39右前15.16左后15.16右后15.1620m以后（摩擦系數(shù)0.4）左刖19.1319.070.39右前19.13左后19.13右后19.13160nm0-1 om（摩擦系數(shù)0.8）左刖15.615.550.83右前15.6左后15.6右后15.610-20m（摩擦系數(shù)0.1）左前21.621.40.83右前21.6左后21.6右后21.620m以后（摩擦系數(shù)0.4）左刖35.2035.060.

50、83右刖35.20左后35.20右后35.20320nm0-10m（摩擦系數(shù)0.8）左前21.7521.951.71右刖21.75左后21.75右后21.7510-20m（摩擦系數(shù)0.1）左前20035.40.87右刖200左后200右后20020m以后（摩擦系數(shù)0.4）左前67.5671.71右刖67.5左后67.5右后67.5在對接路面上，輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為80nni時(shí)，車輛在摩擦系數(shù)為08、0. 1 以及0.4的路段運(yùn)行時(shí)，車輛的車輪速度和車輛的車身速度基木上保持一致。仿 真結(jié)果表明，在低轉(zhuǎn)矩輸入情況下（轉(zhuǎn)矩為80xm）,整車控制策略能夠保證車輛的 正常行駛。在對接路面上，輪轂電機(jī)的驅(qū)

51、動(dòng)轉(zhuǎn)矩為160nm時(shí)，車輛在摩擦系數(shù)為0.8、0. 1 以及0.4的路段上運(yùn)行時(shí)，車輛的車輪速度和車輛的車身速度基本上保持一致。 仿真結(jié)果表明，在中等轉(zhuǎn)矩輸入情況下（轉(zhuǎn)矩為160nm）,整車控制策略能夠保證 車輛的正常行駛。在對接路面上，輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為320nm時(shí)，車輛在摩擦系數(shù)為0.8以及 0.4的路段上運(yùn)行時(shí)，車輛的車輪速度和車輛的車身速度基木上保持一致。但是, 在摩擦系數(shù)為0.1的路段上行駛吋，車輛的車身速度為35.4km/h,而四個(gè)車輪的 速度高達(dá)200km/h,很明顯車輪發(fā)生的嚴(yán)重打滑現(xiàn)象；同吋，在摩擦系數(shù)0.8以及 0.4的路段上，車輛的穩(wěn)態(tài)加速度為1. 71 m/s2,而在

52、摩擦系數(shù)0.1的路段上，車 輛的穩(wěn)態(tài)加速度為0.87 m/s2；此時(shí)，整車控制策略不能夠保證車輛的正常運(yùn)行。仿真結(jié)果表明，對接路面下，在低附著路段(如路面附著系數(shù)為0.1的路面)， 車倆的驅(qū)動(dòng)力矩過大時(shí)(如輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為320nm),車輪會(huì)產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。 此時(shí)，整車控制策略不能夠保證車輛的正常行駛。343對開路面工況下仿真分析仿真工況設(shè)置如下：(1) 車輛初始速度為5km/h;(2) 每個(gè)輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為320心；(3) 0-3m,四個(gè)車輪的路面摩擦系數(shù)為0.& 3m以后，左側(cè)車輪的路面摩擦 系數(shù)為0. 1,右側(cè)車輪的路面摩擦系數(shù)為0. &(4) 采樣時(shí)fd間設(shè)為0.

53、001s,仿真時(shí)長為10s。在上述仿真工況設(shè)置情況下，對整車控制策略進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如表所 示：表3.3對開路面下的整車控制仿真結(jié)果驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 (nm)車輪輪速(km/h)車速 (km/h)穩(wěn)態(tài)加速度 (m/s?)軌跡偏移(m)80左前19.319.250.390右前19.3左后19.3右后19.3160左前37.537.20.880右前37.5左后37.5右后37.5320左前20040.80.544.16右前200左后200右后200在上述對開路面上，當(dāng)輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為80nm, 160nm時(shí)，車輛的車身速 度與輪速保持一致，車輪不發(fā)生打滑現(xiàn)彖；同時(shí)，車輛運(yùn)動(dòng)過程中，車輛不偏離 期望軌

54、跡。此時(shí)，整車控制策略可以保證車輛的正常行駛。但是，在上述對開路面上，但當(dāng)輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為320mn時(shí)，四個(gè)車輪的 速度到達(dá)200km/h,而車身的速度為40. 8 km/h,很明顯車輪發(fā)牛打滑現(xiàn)象；同時(shí)， 車倆行駛過偏離期望軌跡4. 16m,即車身產(chǎn)生了偏移現(xiàn)象。此時(shí)，整車控制控制策 略不能保證車輛的正常行駛。3.5本章小結(jié)木章首先研究四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車的總體架構(gòu)，并在總體架構(gòu)的基礎(chǔ)上對 四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車進(jìn)行建模分析；然后，基于四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車模型的 研究基礎(chǔ)，研究了四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車基本控制策略；最后，在carsim中建立 了四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車模型以及在simulink中

55、建立了四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車整 車控制策略，并在單一路面、對接路面、對開路面對四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車整車 控制策略進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，在高附著路面、中等附著路面下，整車 控制策略能夠保證車輛的正常行駛；但是，在低附著路面下，當(dāng)輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)矩過大時(shí)，車輪會(huì)發(fā)生打滑現(xiàn)象，特別是在對開路面下，車輛會(huì)發(fā)生側(cè)偏現(xiàn)象， 威脅駕乘人員的安全。因此，為了保證駕乘人員的安全，有必要在整車控制策略 的研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)防滑控制策略研究。第四章四輪輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制策略設(shè)計(jì)由上章的仿真結(jié)論可知，汽車在低附著路面上行駛時(shí)，當(dāng)輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 過大時(shí)，整車控制策略下車輪會(huì)發(fā)生打滑現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)車輛