輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛動力學(xué)控制

1、輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛動力學(xué)控制動力學(xué)控制報(bào)告人：劉明春報(bào)告人：劉明春2016.3.23 輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛概述輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛概述 輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛操縱動力學(xué)控制關(guān)鍵技術(shù)輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛操縱動力學(xué)控制關(guān)鍵技術(shù)目目 錄錄 車輛動力學(xué)簡介車輛動力學(xué)簡介 輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛概述輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛概述 輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛操縱動力學(xué)關(guān)鍵技術(shù)輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛操縱動力學(xué)關(guān)鍵技術(shù)目目 錄錄 車輛動力學(xué)簡介車輛動力學(xué)簡介車輛動力學(xué)主要內(nèi)容車輛動力學(xué)主要內(nèi)容車輛動力學(xué)主要內(nèi)容車輛動力學(xué)主要內(nèi)容車輛動力學(xué)主要內(nèi)容車輛動力學(xué)主要內(nèi)容車輛動力學(xué)主要內(nèi)容車輛動力學(xué)主要內(nèi)容車輛動力學(xué)發(fā)展車輛動力學(xué)發(fā)展 輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛

2、概述輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛概述 輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛操縱動力學(xué)關(guān)鍵技術(shù)輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛操縱動力學(xué)關(guān)鍵技術(shù)目目 錄錄 車輛動力學(xué)簡介車輛動力學(xué)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(xué)控制特性 有利于提高系統(tǒng)效率 有利于提高車輛設(shè)計(jì)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(jī)驅(qū)動車輛特點(diǎn) 復(fù)雜的工況條件對輪轂電機(jī)的壽命和可靠性要求較高； 電機(jī)的散熱和強(qiáng)制冷卻問題需要重視； 對輪轂電機(jī)的功率密度和性能要求高，電動輪設(shè)計(jì)難度大； 非簧載質(zhì)量增加影響車輛的動力學(xué)特性； 多電機(jī)轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制問題； 電動輪帶來的車輛垂向負(fù)效應(yīng)問題。輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛技術(shù)難度

3、 輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛概述輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛概述 輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛操縱動力學(xué)關(guān)鍵技術(shù)輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛操縱動力學(xué)關(guān)鍵技術(shù)目目 錄錄 車輛動力學(xué)簡介車輛動力學(xué)簡介 狀態(tài)估計(jì)及參數(shù)辨識 驅(qū)動防滑(ASR)/制動防抱死(ABS) 機(jī)電復(fù)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(shù) 差動轉(zhuǎn)向助力與機(jī)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(fù)效應(yīng)抑制 電動輪一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛操縱動力學(xué)關(guān)鍵技術(shù) 利用輪轂電機(jī)力矩、轉(zhuǎn)速等精確可知的特點(diǎn)，可以獲得比傳統(tǒng)汽車更多的車輛運(yùn)動信息，用來估計(jì)車輛狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，進(jìn)而為整車動力學(xué)控制提供有力的支持。狀態(tài)估計(jì)及參數(shù)辨識電機(jī)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(jì)器/環(huán)境參數(shù)辨識器 主要是對驅(qū)動輪進(jìn)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(shí)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(jìn)行協(xié)調(diào)控制來實(shí)現(xiàn)。涉及控制部件多、控制線路長、響應(yīng)時(shí)間慢。 輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛各電動輪獨(dú)立可控，電機(jī)響應(yīng)速度快（響應(yīng)時(shí)間約為內(nèi)燃機(jī)的100倍、液壓制動系統(tǒng)的10倍），可以在機(jī)械制動器參與工作之前進(jìn)行電制動，甚至實(shí)現(xiàn)制動能量回饋。 電機(jī)具有四象限的機(jī)械特性，可以工作在電動機(jī)狀態(tài)，也可以工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)。機(jī)電復(fù)合制動需解決的關(guān)鍵技術(shù)需解決的關(guān)鍵技術(shù) 制動工況的分類與辨識 復(fù)合制動力協(xié)調(diào)

5、分配策略 復(fù)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(jī)獨(dú)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(shí)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(jì)性為目標(biāo)，使驅(qū)動電使驅(qū)動電機(jī)盡量工作在最優(yōu)效率區(qū)間。機(jī)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(jì)算、驅(qū)動力需求分析 軸間驅(qū)動力分配 電機(jī)工作區(qū)間標(biāo)定需解決的關(guān)鍵技術(shù)需解決的關(guān)鍵技術(shù) 輪轂電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動車輛取消差速器、分動器、多檔變速箱等

6、機(jī)械機(jī)構(gòu)，甚至可以取消機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，實(shí)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(shù)可以縮短車輛側(cè)向加速度及偏轉(zhuǎn)運(yùn)動的響應(yīng)時(shí)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(shù)前輪轉(zhuǎn)向全輪轉(zhuǎn)向 基于車輛轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)、機(jī)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(jī)理，以及機(jī)械轉(zhuǎn)向助力在差動助力干涉作用下的響應(yīng)特性，和對駕駛員轉(zhuǎn)向操作的影響，研究差動助力和機(jī)研究差動助力和機(jī)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(jī)械轉(zhuǎn)向助力協(xié)調(diào)控制 輪轂電機(jī)驅(qū)動車輛取消了集中驅(qū)動方式時(shí)需采用的機(jī)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(fù)雜道路上協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向或在復(fù)雜道路上行駛時(shí)各電動輪的轉(zhuǎn)速，使行駛時(shí)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(jī)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(guān)系對電動輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。l 以輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩為控制變量，根據(jù)各電動輪目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率對電動輪轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。輪輪速速計(jì)計(jì)算算運(yùn)運(yùn)動動學(xué)學(xué)模模型型2 22 2自自由由度度車車輛輛動動力力學(xué)學(xué)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(jī)機(jī)參參考考轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速n ni i* *輪輪轂轂電電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速n ni i輪輪轂轂電電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速差差n n

8、i i輪輪轂轂電電機(jī)機(jī)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(jì)計(jì)縱縱向向加加速速度度a ax x 根據(jù)摩擦圓的關(guān)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(fēng)影響下轉(zhuǎn)向時(shí),側(cè)向力常常接近附著極限。此時(shí)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(shí)產(chǎn)生的側(cè)向力飽和兒導(dǎo)致的車輛失控問題。l 尤其適用于輪轂電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動車輛。直接橫擺力矩控制反饋?zhàn)兞考翱刂谱兞康倪x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(fù)效應(yīng)，這些負(fù)效應(yīng)涉及到車輪、電機(jī)、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(jī)內(nèi)部和外部進(jìn)行減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(fù)效應(yīng)抑制。電動輪垂向負(fù)效應(yīng)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(shè)計(jì)電動輪內(nèi)部電機(jī)、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(fù)雜性方面，比較“內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)+輪邊減速器”與“外轉(zhuǎn)子電機(jī)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(shè)