輪轂電機驅(qū)動車輛動力學控制

1、輪轂電機驅(qū)動車輛輪轂電機驅(qū)動車輛動力學控制動力學控制報告人：劉明春報告人：劉明春2016.3.23 輪轂電機驅(qū)動車輛概述輪轂電機驅(qū)動車輛概述 輪轂電機驅(qū)動車輛操縱動力學控制關鍵技術輪轂電機驅(qū)動車輛操縱動力學控制關鍵技術目目 錄錄 車輛動力學簡介車輛動力學簡介 輪轂電機驅(qū)動車輛概述輪轂電機驅(qū)動車輛概述 輪轂電機驅(qū)動車輛操縱動力學關鍵技術輪轂電機驅(qū)動車輛操縱動力學關鍵技術目目 錄錄 車輛動力學簡介車輛動力學簡介車輛動力學主要內(nèi)容車輛動力學主要內(nèi)容車輛動力學主要內(nèi)容車輛動力學主要內(nèi)容車輛動力學主要內(nèi)容車輛動力學主要內(nèi)容車輛動力學主要內(nèi)容車輛動力學主要內(nèi)容車輛動力學發(fā)展車輛動力學發(fā)展 輪轂電機驅(qū)動車輛

2、概述輪轂電機驅(qū)動車輛概述 輪轂電機驅(qū)動車輛操縱動力學關鍵技術輪轂電機驅(qū)動車輛操縱動力學關鍵技術目目 錄錄 車輛動力學簡介車輛動力學簡介車輛驅(qū)動形式車輛驅(qū)動形式車輛驅(qū)動形式車輛驅(qū)動形式 有利于整車空間布置 有利于提高車輛動力學控制特性 有利于提高系統(tǒng)效率 有利于提高車輛設計的模塊化能力 有利于提高車輛驅(qū)動系統(tǒng)的冗余能力輪轂電機驅(qū)動車輛特點 復雜的工況條件對輪轂電機的壽命和可靠性要求較高； 電機的散熱和強制冷卻問題需要重視； 對輪轂電機的功率密度和性能要求高，電動輪設計難度大； 非簧載質(zhì)量增加影響車輛的動力學特性； 多電機轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制問題； 電動輪帶來的車輛垂向負效應問題。輪轂電機驅(qū)動車輛技術難度

3、 輪轂電機驅(qū)動車輛概述輪轂電機驅(qū)動車輛概述 輪轂電機驅(qū)動車輛操縱動力學關鍵技術輪轂電機驅(qū)動車輛操縱動力學關鍵技術目目 錄錄 車輛動力學簡介車輛動力學簡介 狀態(tài)估計及參數(shù)辨識 驅(qū)動防滑(ASR)/制動防抱死(ABS) 機電復合制動 驅(qū)動模式切換 線控轉(zhuǎn)向/主動轉(zhuǎn)向/多軸轉(zhuǎn)向技術 差動轉(zhuǎn)向助力與機械轉(zhuǎn)向助力協(xié)調(diào)控制 直接橫擺力矩控制電動輪轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)分配 電動輪垂向負效應抑制 電動輪一體化結(jié)構(gòu)設計輪轂電機驅(qū)動車輛操縱動力學關鍵技術 利用輪轂電機力矩、轉(zhuǎn)速等精確可知的特點，可以獲得比傳統(tǒng)汽車更多的車輛運動信息，用來估計車輛狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，進而為整車動力學控制提供有力的支持。狀態(tài)估計及參數(shù)辨識電機力矩輪速

4、車身加速度車速質(zhì)心側(cè)偏角路面附著系數(shù)車輛狀態(tài)估計器/環(huán)境參數(shù)辨識器 主要是對驅(qū)動輪進行最優(yōu)滑移率控制。驅(qū)動防滑(ASR)/制動防抱死(ABS) 集中驅(qū)動車輛ASR/ABS的實現(xiàn)主要是通過對單一動力系統(tǒng)和分散的制動系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制來實現(xiàn)。涉及控制部件多、控制線路長、響應時間慢。 輪轂電機驅(qū)動車輛各電動輪獨立可控，電機響應速度快（響應時間約為內(nèi)燃機的100倍、液壓制動系統(tǒng)的10倍），可以在機械制動器參與工作之前進行電制動，甚至實現(xiàn)制動能量回饋。 電機具有四象限的機械特性，可以工作在電動機狀態(tài)，也可以工作在發(fā)電機狀態(tài)。機電復合制動需解決的關鍵技術需解決的關鍵技術 制動工況的分類與辨識 復合制動力協(xié)調(diào)

5、分配策略 復合制動容量匹配406080100120345678406080100踏 板 速 度 （ /s）制 動 減 速 度 （ m/s2）液壓力矩容量減少的比例（%） 輪轂電機獨立驅(qū)動車輛可以根據(jù)工況條件來選擇合適的驅(qū)動模式，如42、 44、 84、88 ，并實現(xiàn)在各種模式之間的自動切換。驅(qū)動模式切換 在滿足車輛的動力性和通過性的前提下，以最佳經(jīng)濟性為目標，使驅(qū)動電使驅(qū)動電機盡量工作在最優(yōu)效率區(qū)間。機盡量工作在最優(yōu)效率區(qū)間。 路面識別、驅(qū)動防滑 行駛阻力計算、驅(qū)動力需求分析 軸間驅(qū)動力分配 電機工作區(qū)間標定需解決的關鍵技術需解決的關鍵技術 輪轂電機獨立驅(qū)動車輛取消差速器、分動器、多檔變速箱等

6、機械機構(gòu)，甚至可以取消機械轉(zhuǎn)向機構(gòu)，實現(xiàn)完全的線控轉(zhuǎn)向。線控轉(zhuǎn)向/主動轉(zhuǎn)向/多軸轉(zhuǎn)向 主動轉(zhuǎn)向技術可以縮短車輛側(cè)向加速度及偏轉(zhuǎn)運動的響應時間，減小車體的側(cè)偏角，從而提供良好的操縱性，提高對外界環(huán)境變化的抗干擾能力。 多軸轉(zhuǎn)向技術前輪轉(zhuǎn)向全輪轉(zhuǎn)向 基于車輛轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)、機械轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)及其助力裝置特性，分析輪間和軸間差動轉(zhuǎn)向助力的產(chǎn)生機理，以及機械轉(zhuǎn)向助力在差動助力干涉作用下的響應特性，和對駕駛員轉(zhuǎn)向操作的影響，研究差動助力和機研究差動助力和機械助力的協(xié)調(diào)控制。械助力的協(xié)調(diào)控制。差動轉(zhuǎn)向助力與機械轉(zhuǎn)向助力協(xié)調(diào)控制 輪轂電機驅(qū)動車輛取消了集中驅(qū)動方式時需采用的機械差速器，采用電子差速系統(tǒng)以

7、協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向或在復雜道路上協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向或在復雜道路上行駛時各電動輪的轉(zhuǎn)速，使行駛時各電動輪的轉(zhuǎn)速，使其滿足差速要求。其滿足差速要求。電子差速控制l 以輪轂電機轉(zhuǎn)速為控制變量，根據(jù)由轉(zhuǎn)向幾何模型確定的各輪轉(zhuǎn)速關系對電動輪轉(zhuǎn)速進行控制。l 以輪轂電機轉(zhuǎn)矩為控制變量，根據(jù)各電動輪目標滑轉(zhuǎn)率對電動輪轉(zhuǎn)矩進行控制。輪輪速速計計算算運運動動學學模模型型2 22 2自自由由度度車車輛輛動動力力學學模模型型模模糊糊P PI ID D控控制制器器方方向向盤盤信信號號踏踏板板信信號號a a車車速速u u輪輪轂轂電電機機參參考考轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速n ni i* *輪輪轂轂電電機機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速n ni i輪輪轂轂電電機機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速差差n n

8、i i輪輪轂轂電電機機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩修修正正值值T Ti i卡卡爾爾曼曼濾濾波波算算法法車車速速估估計計縱縱向向加加速速度度a ax x 根據(jù)摩擦圓的關系，輪胎縱向力比側(cè)向力有更多的裕度。高速狀態(tài)下行駛的汽車在緊急轉(zhuǎn)向、制動,或在較大側(cè)向風影響下轉(zhuǎn)向時,側(cè)向力常常接近附著極限。此時通過控制車輪的制動或者驅(qū)動力通過控制車輪的制動或者驅(qū)動力來產(chǎn)生作用于車輛的橫擺力矩，來產(chǎn)生作用于車輛的橫擺力矩，有利于克服輪胎側(cè)偏角較大時產(chǎn)生的側(cè)向力飽和兒導致的車輛失控問題。l 尤其適用于輪轂電機獨立驅(qū)動車輛。直接橫擺力矩控制反饋變量及控制變量的選取 電動輪系統(tǒng)增加了車輛簧下質(zhì)量，給車輛帶來諸多垂向負效應，這些負效應涉及到車輪、電機、懸架和車身性能，降低車輛行駛安全性和平順性。 需要從電機內(nèi)部和外部進行減振系統(tǒng)的設計和優(yōu)化基于電動輪內(nèi)減振及主動懸架系統(tǒng)綜合優(yōu)化的車輛垂向負效應抑制。電動輪垂向負效應抑制 考慮電動輪內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)耦合、電磁場和溫度場耦合，設計電動輪內(nèi)部電機、制動器、輪輞、輪邊減速器的一體化結(jié)構(gòu)。 從傳動效率、輕量化、結(jié)構(gòu)復雜性方面，比較“內(nèi)轉(zhuǎn)子電機+輪邊減速器”與“外轉(zhuǎn)子電機直驅(qū)”之間的性能，根據(jù)需求確定最優(yōu)的電動輪結(jié)構(gòu)方案。電動輪一體化結(jié)構(gòu)設