低附着条件下四轮驱动电动汽车动力学控制

低附着条件下四轮驱动电动汽车动力学控制伴随着2018年下半年国内经济的普遍下行,国内乘用车销量出现了28年以来的首次下滑,然而新能源乘用车销量却实现了逆势上涨。再加上政府在纯电动汽车领域一轮轮的补贴政策,使得自主品牌和合资车企都加快了纯电动汽车的研发与量产。跟传统汽车相比,轮毂电机电动汽车将驱动电机安装在四个轮毂中,有着四个车轮力矩独立可控的特点,有利于车辆动力学的分析与验证。本文以四轮轮毂驱动纯电动汽车为研究对象,搭建了四轮轮毂驱动改装车平台,进行低附着条件下纵向力力矩矢量控制(TVC)的仿真研究与实车测试。本文的具体研究内容如下:首先,本文分析了轮毂电机的特点与优势,然后对福特、奔驰等整车厂的轮毂电机改装车进行了探讨,概述了轮毂电机汽车动力学控制研究现状。接下来,本文对某紧凑型轿车进行改装与调试,对整车通信网络和车载用电设备进行硬件和软件检测,搭建轮毂电机纯电动改装车辆基本行驶策略,改装完成后轮毂驱动纯电动汽车百公里加速工况时间为7.96s,为本文的算法提供了实车测试平台。其次,对车辆在低附着路面车辆动力学机理进行了研究。针对低附着路面情况,本文根据车辆车轮滑转状况的不同将驱动防滑系统分为四种控制模式,建立了逻辑门限控制的四轮轮毂驱动纯电动汽车的驱动防滑策略。通过二自由度车辆模型得到车辆横摆角速度的响应过程,并将横摆角速度瞬态响应看作二阶系统,通过调节二阶系统的固有频率和阻尼比来设计理想横摆角速度。使用理想横摆角速度与实际横摆角速度误差进行PI控制,决策出整车横摆力矩。然后,对四轮驱动轮毂电机纯电动汽车纵向力矩优化分配进行研究。本文首先分析了二次规划问题,基于轮胎附着椭圆理论研究了车轮纵向力与侧向力的关系。以四轮轮胎滑移负荷率之和最小为优化目标,推导得到了适用于轮毂电机纯电动汽车纵向力分配的二次规划方法,进而求解得到车轮纵向力矩。由驱动防滑子模块、直接横摆力矩子模块以及二次规划优化模块实现了整车纵向力矩的矢量控制。之后,进行了纵向力矩矢量控制算法的离线仿真。分别在Carsim和Simulink中建立车辆模型和电机模型,利用Carsim与Simulink进行联合仿真测试。仿真结果显示,在冰雪路面,TVC可以明显抑制车轮滑转并提高车辆的动力性。双移线工况(DLC)仿真显示,车辆在DLC工况中TVC改善了车辆不足转向特性,减小了车辆质心侧偏角和车辆的侧向位移,使车辆可以更好的过弯。四个轮胎的负荷率明显降低,车辆稳定性更好。最后,进行了硬件在环测试和实车测试。基于Labview-RT进行了整车控制器(VCU)在环测试,测试了VCU软硬件功能,进行了HIL条件下VCU动力性算法测试,为实车试验做好准备。在黑龙江黑河试验场进行了TVC算法的实车测试。实车试验结果表明,在低附着路面上驱动防滑测试工况中,TVC可以有效抑制车轮滑转现象,明显提高车辆的纵向动力性。之后进行了双移线(DLC)试验、蛇行试验与方向盘转角放大梯形试验。实车数据显示,TVC开启后,可以明显提高DLC与蛇行试验的通过速度,同时质心侧偏角和车轮负荷率明显减小,车辆更加稳定;同时,附加横摆力矩的存在也使得试验过程中驾