基于多约束的前后轴独立驱动四驱电动汽车驱动转矩分配控制策略研究

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当前随着人们逐渐意识到环境问题和能源问题等重要性,电动汽车成为了新时代下的一个标志性的工业产物。但同时随着人们对物质文化需求的提高,电动车如何取代传统燃油汽车的市场地位,成了众多科技工作者的当务之急。多电机驱动的四驱电动汽车就是行业发展的众多尝试之一。对于四驱电动汽车,如何有效地利用多电机驱动特征来提升车辆的各项性能,成为当下最重要的研究方向之一。本文以前后轴独立驱动(SFSRID)双电机四驱纯电动汽车为研究对象,对其在经济性、动力性和安全性约束下的整车驱动控制问题进行研究,提出了包含效率最优分配、模糊识别转矩补偿和防滑安全转矩修正在内的基于多约束的整车转矩分配控制策略(MRCS),并对其进行了充分的仿真,验证了该策略的有效性。首先,本文对SFSRID四驱纯电动汽车的动力系统的原理和特点进行了简要地分析,根据整车的设计参数和动力性能指标对主要的动力系统部件进行参数匹配,确定了双驱动电机和动力电池组的相关参数。基于Matlab/Simulink平台对车辆的各关键部件进行参数建模,并搭建整车的前向仿真模型。其次,本文对SFSRID四驱纯电动汽车的包含经济性提升、动力性增强和安全性保障的三大基本驱动控制问题进行了简要地分析概括,提出了基于多约束的整车驱动基本控制策略(MRCS)。该策略主要以效率最优转矩分配为基础,以模糊识别转矩补偿、防滑安全转矩修正为辅助,从而对经济性约束、动力性约束和稳定性约束等问题进行有效解决。针对经济性约束问题,提出了基于效率最优的基础转矩分配策略。分别对动力系统各关键部件(电机、主减速器和动力电池组)的效率模型进行分析,搭建了动力系统效率模型,并在此基础上以系统效率最优为目标建立非线性优化方程,采用可行空间离散算法进行求解。针对动力性约束问题,提出了基于驾驶意图识别的起步和加速转矩补偿策略。该控制策略通过搭建双层模糊控制器,对驾驶意图的进行识别,从而实现驱动转矩的补偿。针对安全性约束问题,提出了基于目标滑移率的驱动防滑转矩分配修正策略。该控制策略基于魔术轮胎模型和七自由度车辆模型,建立了目标滑移率PI控制器,从而实现了对前后轴滑移率的控制。最后,本文对提出的MRCS整车基本驱动控制策略进行了仿真验证。对不同加速踏板变化率下的加速情况进行试验,结果表明在转矩补偿策略下,百公里加速性能得到了一定的提高,不同驾驶意图下的车辆60km/h加速性能也均有显著地提高,验证了模式识别转矩补偿控制策略在动力性补偿上的有效性;对车辆在低附均一路面和高低附拼接路面的行驶稳定性进行仿真,结果显示在防滑修正策略下,在低附路面行驶的车辆加速性能有明显提升,滑移率得到有效降低,在拼接路面行驶的车辆可以快速完成防滑响应,验证了该转矩控制策略在控制车辆稳定性,提升动力性能上的有效性;在不同典型循环工况下完成了MRCS策略、平均转矩分配以及按轴载分配控制策略的对比仿真验证,结果表明MRCS控制策略可以有效提高车辆的能耗经济性,百公里能耗降低了9.55%,NEDC工况下续航里程达550km,证明了MRCS控制策略在对车辆经济性,动力性和安全稳定性的提升上均表现出较好的效果。
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