《分布式驱动电动汽车动力学模型分析综述》2000字

分布式驱动电动汽车动力学模型分析综述1.1CarSim车辆动力学模型根据本次论文给定研究车辆的结构参数以及特性参数，设计和实车平台相似的CarSim车辆动力学模型。但由于目前的CarSim仿真平台只有传统燃油车的汽车传动模型，其传统燃油汽车的动力传递路线为由发动机产生动力，并由传动系统将动力输送至驱动轮，其驱动轮上的驱动力并不是完全独立的，而本文进行研究的分布式驱动电动汽车是通过独立控制四个轮毂电机的转矩从而独立控制四个车轮的驱动力。因此CarSim仿真平台提供的原有车辆动力传递模型不能够满足此次研究要求，因此需要在原有的车辆传动模型的基础上进行修改。首先由于研究的对象为四轮驱动汽车，因此选用传统汽车中的四驱模型，仍然选择发动机加传动系统的动力传输，然后修改前后车轮的动力获取为外部获得，即切断了差速器到各个车轮之间的动力连接，从而实现传统燃油汽车模型不对车轮的转矩进行控制，方便后续利用外部电机模型对车轮的进行动力输出。示意图如下：图1.1CarSim车辆模型动力传递示意图另外通过CarSim软件对车辆的基本参数进行设置，具体车辆的基本参数如图1.2中所示。图1.2分布式驱动电动汽车整车参数1.2Simulink电机模型1.1.1轮毂电机的选定在对Simulink轮毂电机进行建模之前，需要确定所研究的汽车的动力学参数，根据车辆的动力要求，对所使用的轮毂电机进行选择。经过对于车辆最大行驶阻力功率、加速能力、最大爬坡度等要求的综合考虑后，选定一款轮毂电机，经过选择后的轮毂电机具体参数如图1.3所示：图1.3轮毂电机基本参数1.1.2轮毂电机建模考虑到本文的研究重点是对汽车行驶时的质心侧偏角进行估计，因此对于轮毂电机模型的精度要求不高，因此在对于轮毂电机进行建模时进行了相应的简化，但仍然实现了轮毂电机的实际外特性。通过查询得到该型号轮毂电机外特性曲线如图1.4所示：图1.4轮毂电机外特性曲线根据轮毂电机的外特性曲线可以得知，当电机转速较小时，电机输出扭矩随着电机转速的增加而基本不变，当电机转速达到临界值后，电机输出的转矩将随着电机转速的增加而快速降低，但其降低速率随着电机转速的增加而慢慢变小，因此在建立电机模型时可以设定一个临界值，当电机转速小于该临界值时，我们认为电机输出转矩不随电机转速发生改变，而当电机转速大于该临界值时，其电机输出转矩随着电机转速的变化而变化。因此只需要找到电机在低转速下的峰值扭矩，并通过Excel软件对于高转速时的输出转矩和电机转速曲线进行拟合，经过拟合后结果如下：T=0.0009073*n^4-0.09899*n^3+4.084*n^2-78.26*n+678.311另外，对于电机输出转矩与油门踏板开度的控制曲线给出了如图1.5中所示三条曲线：图1.5油门踏板开度与电机输出扭矩百分比关系图对于曲线A来说，其在油门踏板开度较小的时候，电机输出扭矩百分比随着油门踏板开度的增加而迅速增加，该控制方案能够在起步或者低速工况时能够对于驾驶员的加速指令能够做到快速响应，但是由于其灵敏度较高，在实际使用中，比如城市路况、拥堵路况以及跟车低速行驶工况中对于驾驶员操作的要求较高，驾驶员难以准确控制所需的行驶车速；对于控制方案B而言，其在整个油门踏板开度从零到百分之百的过程中，电机输出转矩百分比与油门踏板开度百分比之间都成线性比例关系，该方案相比与A方案而言，低速时更容易对行驶车速进行控制，同时后段加速时也更加灵敏；对于方案C而言，该方案在油门踏板开度较低的时候，电机输出扭矩百分比随着油门踏板开度的增大而缓慢增加。当油门踏板开度较高时，电机输出扭矩百分比随着油门踏板开度的增大而迅速增加。该方案在低速时抵抗外界干扰的能力较强，更利于低速行驶时对于行驶车速的控制，避免一些不必要的事故。另外也可以一定程度上避免驾驶员停车等待等工况下进行将脚放在油门踏板上时产生误操作。同时由于后段电机输出转矩百分比随油门踏板开度的增加而迅速增大，有利于汽车后半段进行加速，有利提高汽车加速超车能力。综上所述，综合对比三种方案各自的优缺点，最终选定控制方案C作为此次研究的控制方案。最后利用Excel软件对于方案C曲线进行拟合，得到拟合方程式如下：T（%）=0.0001*x^3+0.0009*x^2+0.4023*x；综合上述分析，利用Simulink仿真软件建立电机模型如图1.6所示：图1.6Simulink电机模型1.3CarSim与Simulink联合仿真模型为了顺利完成后续CarSim与Simulink仿真软件的联合仿真，需要对CarSim车辆动力学模型的输入和输出接口进行设置。从而实现让CarSim车辆模型正确接受控制信息以及输出外部Simulink电机模型所需的信息，由此可见接口的设置正确与否直接影响整个仿真结果的准确性。通过分析建立CarSim车辆动力学模型与Simulink电机模型的仿真流程图如图1.7所示：图1.7CarSim与Simulink联合仿真示意图其中，因为本文研究对象为轮毂式电机分布式驱动电动汽车，因此CarSim车辆动力学模型的输入应为四个车轮中轮毂电机的输入转矩，而输出数据则应是Simulink电机模型所需要的四个车轮的转速和油门踏板开度，因此在CarSim软件中设置的模型的输入输出接口如表1.8所示：表1.1CarSim/Simulink仿真输入/输出接口设置另外，为了利用CarSim车辆动力学模型仿真得到的数据作为后续车辆质心