基于電機(jī)精確扭矩計(jì)算的輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車主動(dòng)安全新方法.pdf

1、采用扭矩響應(yīng)快速而精確的電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力的來(lái)源，電動(dòng)汽車在動(dòng)力學(xué)控制和主動(dòng)安全上有著一系列獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，對(duì)于電動(dòng)汽車的車輛動(dòng)力學(xué)控制來(lái)說(shuō)，電機(jī)扭矩也是最重要的控制因素之一。電動(dòng)汽車，尤其是采用了分布式驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車，選擇安裝在車輪內(nèi)的輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方案，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)面臨一些非常嚴(yán)苛的工作環(huán)境，諸如極端的高溫、低溫和路面振動(dòng)所帶來(lái)的加速老化等，這對(duì)電機(jī)的性能和扭矩計(jì)算帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)。在本文的研究中，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上有代表性的諸多中央驅(qū)動(dòng)

2、電機(jī)和輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在普通工況下，采用電機(jī)扭矩與電樞電流成正比的傳統(tǒng)方法可以得到準(zhǔn)確的電機(jī)扭矩值；然而，在車輛運(yùn)行中常會(huì)遇到的高溫、低溫、振動(dòng)老化等嚴(yán)苛工況下，電機(jī)參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，采用傳統(tǒng)方法則不能得到精確的電機(jī)扭矩值。因此，在本文中，采用了Kriging方法來(lái)進(jìn)行電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的在線計(jì)算，在此基礎(chǔ)上得到電機(jī)的精確扭矩值，使得在電動(dòng)汽車工作中常會(huì)遇到的高溫、低溫、振動(dòng)老化等嚴(yán)苛條件下，都能準(zhǔn)確得到電機(jī)的扭矩值。Kriging

3、預(yù)測(cè)是一種基于采樣點(diǎn)的信息的擬合和估算方法，在本文中，我們將電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子的位置作為兩個(gè)輸入?yún)?shù)，電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)作為輸出參數(shù)，建立了基于Kriging的反電動(dòng)勢(shì)計(jì)算模型。然后結(jié)合在電機(jī)控制中需要測(cè)量的三相電流值，計(jì)算出電機(jī)的精確扭矩。由于 Kriging方法對(duì)采樣點(diǎn)的需求量極少，電機(jī)的扭矩計(jì)算算法能夠快速執(zhí)行，因而能夠在車輛的微控制單元（Micro Control Unit，MCU）中很方便的運(yùn)行。仿真和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，采用Krigi

4、ng方法在高溫、低溫、振動(dòng)老化等嚴(yán)苛條件下都能得到精確的電機(jī)扭矩值，為后續(xù)輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車新型整車動(dòng)力學(xué)控制和主動(dòng)安全新方法提供精確的扭矩計(jì)算和反饋。
　　本文基于在車輛行駛中的嚴(yán)苛情況下都能夠得到的電機(jī)快速而精確的扭矩反饋，設(shè)計(jì)了輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車動(dòng)力學(xué)控制和主動(dòng)安全的新方法，使得電動(dòng)汽車能夠具有更高水平的安全性、更好的操縱性和更強(qiáng)的穩(wěn)定性。本文中，在綜合考慮了車輛和輪胎所受的各種外部阻力的情況下，提出了一個(gè)簡(jiǎn)單可行、高效率的電動(dòng)

5、汽車防滑控制新方法。這個(gè)方法是基于測(cè)算和控制一個(gè)新定義的參數(shù)——TA，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭矩和車輪的角加速度兩者之間的比值。這兩個(gè)參數(shù)對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)說(shuō)，都可以通過(guò)非常簡(jiǎn)便的方法在電機(jī)控制的過(guò)程中獲得，減少了所需的硬件，降低了成本。在考慮了車輛和輪胎所受的外部阻力的情況下，本文中把防滑過(guò)程分為加速和減速兩種工況，分別證明了在這兩種情況下車輪的滑移率和新提出的參數(shù)TA之間的單調(diào)關(guān)系。根據(jù)這個(gè)單調(diào)關(guān)系，就可以在防滑控制中用 TA方法來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滑移

6、率方法。本文在MATLAB/Simulink平臺(tái)下進(jìn)行了電動(dòng)汽車TA方法控制方法的仿真，并且在配備四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)輪轂電機(jī)的電動(dòng)汽車上進(jìn)行了實(shí)車測(cè)試。仿真和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果都表明，參數(shù)化的TA方法可以有效的在防滑控制上代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滑移率方法，實(shí)現(xiàn)良好的防滑控制效果。同時(shí)，由于電機(jī)扭矩和車輪角加速度是輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車車輪上最直接的輸入和輸出，因而該方法更加接近問題的本質(zhì)，也有利于拓展到四個(gè)車輪上進(jìn)行整車側(cè)向動(dòng)力學(xué)主動(dòng)安全新方法的設(shè)計(jì)。
　　基于

7、電機(jī)有著快速而精確的扭矩響應(yīng)這一重要特性和新提出的表征車輪運(yùn)行狀態(tài)的新參數(shù) TA，本文設(shè)計(jì)和討論了適用于輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車的新型防側(cè)翻控制的指數(shù)化方法——TAI方法，解決了傳統(tǒng)防側(cè)翻控制方法中各個(gè)車輪所承受的垂向載荷難以通過(guò)低成本的方法準(zhǔn)確獲取的問題。本文采用三層的電動(dòng)汽車控制結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行基于TAI指數(shù)的高效防側(cè)翻控制，并就其可行性、控制效果等與傳統(tǒng)控制方案進(jìn)行了比較。利用作者的研究團(tuán)隊(duì)共同開發(fā)的電動(dòng)汽車動(dòng)力學(xué)仿真模型進(jìn)行了 TAI指數(shù)化防

8、側(cè)翻控制方法在MATLAB/Simulink平臺(tái)下的仿真，仿真結(jié)果表明了采用TAI方法進(jìn)行側(cè)翻檢測(cè)的可行性。在本文的實(shí)驗(yàn)中，采用了作者的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)和制造的配備有四個(gè)輪轂電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的模塊化電動(dòng)汽車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并將車輛參數(shù)和性能數(shù)據(jù)導(dǎo)入到具有工業(yè)界應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的車輛動(dòng)力學(xué)分析軟件CarSim中，用來(lái)進(jìn)行危險(xiǎn)性較高的側(cè)翻實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果同樣表明，新提出的TAI方法能夠很好的實(shí)現(xiàn)車輛側(cè)傾角的監(jiān)測(cè)和側(cè)翻的控制，減少了所需硬件，降低了成本，提高了安全性