分布式驱动电动汽车控制策略及硬件在环实验研究

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由于石油短缺和环境日益恶化,大力发展以电动汽车为代表的新能源汽车已经成为人们的共识,是解决环境问题、实现可持续发展的有效途径。分布式驱动电动汽车是一种较新颖的电动汽车结构,与传统的集中式驱动相比,具有结构布置灵活、乘员舱空间较大、传动效率高、控制灵活等优点。分布式驱动电动汽车能够对不同车轮的驱动状态分别独立地进行控制,能够实现集中式控制所无法实现的控制效果,从而提升车辆的动力性、经济性、安全性等性能。本文对分布式驱动电动汽车的驱动节能、机电复合制动、制动防抱死等控制策略展开研究,并搭建了分布式驱动电动汽车的硬件在环实验测试与仿真平台,对所开发的控制策略进行了验证,所做的主要工作如下。第一,对永磁同步电机驱动系统的结构和工作原理进行了分析,详细阐述了永磁同步电机的空间电压矢量控制方法,并以内置式永磁同步电机为例建立了电机驱动系统的数学模型。以此电机驱动系统模型为基础,在NI PXIe平台上搭建了电机驱动系统硬件在环子系统,同时搭建了基于Car Sim RT的整车动力学模型子系统和机械制动半实物子系统,共同组成了完整的分布式驱动电动汽车硬件在环测试平台,所搭建的硬件在环测试平台各子系统间能够相互协调工作。将所搭建硬件在环平台实验数据与电机测试台架实验结果对比,结果显示硬件在环平台能够比较精准地反应电机驱动系统以及整车的实际工作状态,验证了硬件在环平台能够满足电机仿真的实时性要求,并且具有很好的精度。第二,设计了适用于分布式驱动系统的分层控制架构,该分层控制架构分为动力学控制层(上层)和执行层(下层),能够将分布式驱动车辆的动力学控制和电机驱动系统底层优化控制解耦,使二者的控制不产生冲突,此架构具有控制理念明确、扩展性强、通用性强等优点。在所提出的分层控制架构基础上设计了分布式驱动电动汽车的驱动节能控制策略,节能控制策略分为上层转矩分配优化控制策略和下层电机效率优化控制策略,电机效率优化采用了复合前馈控制并分析了复合前馈控制的原理和结构,融入前馈环节后可加快电机的转矩响应速度。所设计的驱动节能控制策略在搭建的硬件在环测试平台上进行了实验,验证了新控制策略在转矩响应速度和节能方面的效果。第三,对电动汽车的机电复合制动系统展开了研究。通过分析制动工况和制约电动汽车制动能量回收效果的因素,提出了一种改进型I曲线分配控制策略,并设计了一种新型制动系统操纵机构以实现此控制策略。所设计的改进型I曲线分配控制策略能够在满足理想制动力分配的同时实现制动能量回收最大化,同时又不用对传统机械制动系统进行改变,使得机电复合制动系统成本得以降低。将所提出的控制策略加入分层控制架构的上层控制策略中,并在硬件在环测试平台中对所该控制策略进行了验证,将实验结果与传统电动汽车的实验数据相对比,结果表明本文所提出的改进型I曲线分配控制策略能够实现理想制动力分配,并且使再生制动回收率明显提高。最后,本文针对分布式驱动电动汽车的制动防抱死(ABS)控制进行了研究,结合分布式驱动车辆的特点,确定了通过调节再生制动转矩来实现ABS控制的控制理念,并设计了相应的控制策略。控制策略中加入了分数阶PI D??控制算法,分数阶PI D??的各项控制参数采用模糊控制算法进行在线自整定,以提高控制品质。同样在搭建的硬件在环测试平台上对ABS控制策略进行了验证,实验在多种路面条件下进行,验证了所提出的ABS控制策略能够在不同的路面下完成防抱死控制,并将测试结果与整数阶PID控制进行了对比,证明了所分数阶PI D??控制算法的优势。
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