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双轮直驱电动汽车电子差速控制的研究

王哲  
【摘要】:多电机驱动电动汽车真正从电机驱动的特点出发,结构上摆脱了传统内燃机汽车的束缚,更充分地发挥了电驱动的优势。多电机驱动是电动汽车全面产业化的核心技术,其应用可使电动汽车由传统汽车底盘基础上简单的能源更替,跨越到从结构到能源,从驱动性能到操控性能全面的、革命性的提高。 电子差速技术(Electric Differential)通过多电机的协调控制,取代了传统汽车冗杂的机械差速装置,是保证车辆精确转向,具有良好操控性的关键性技术。本文以双轮毂电机前轮驱动电动汽车为研究对象,对双驱动电机的差速控制问题进行了深入研究。论文的主要工作有以下内容: 首先,根据电动汽车的驱动特点,采用异步轮毂电机直接转矩控制作为单机牵引控制策略,以异步电机状态方程为基础,对直接转矩控制系统进行了理论分析,并针对车辆的各种驱动方式,对牵引性能进行了计算机仿真,仿真结果验证了控制方案的可行性,为进一步的差速研究奠定了基础。 其次,针对Ackermann差速模型在路面条件差,左右轮驱动电机负载不同,双轮驱动电机转速的动态误差累积形成差速偏差的问题,以前馈和反馈控制理论为依托,构建了结构灵活的虚拟主从控制策略,动态双向补偿左右轮电机的转速。仿真结果表明:该控制策略可有实现车辆的转向差速,具有良好的负载跟踪性能。 车辆行驶过程的滑移率是表征车辆差速性能的重要参数,为此本文建立了电动汽车的三自由度数学模型,对整车在不同路面条件下直行和转向运行状态进行了仿真,深入分析了各种行驶条件变化对汽车滑移率及操纵稳定性产生的影响。 针对整车的差速问题,以滑移率为控制目标,采用对模型依赖性较小的滑模变结构控制,动态精确分配双轮驱动电机的转矩,并采用递推最小二乘法在线辨识不同路面条件下的最佳滑移率,在不同附着系数的路面给定辨识得到的最佳滑移率,保证转向精度达到最佳。仿真结果表明:该算法能够实现转矩的动态分配,克服了由于路面因素导致的车辆失控现象。 最后,以TMS320F2812为驱动控制芯片,设计电机驱动控制系统,完成了系统控制电路、驱动电路、牵引控制程序的设计和调试,采用Labview设计了上位机监控平台,实时发送差速指令并监控电机运行的状态,实验结果验证了牵引控制及Ackermann转向模型的可行性。


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