半主動懸架電動輪汽車的動力學(xué)特性與振動控制研究.pdf

1、作為未來電動汽車的發(fā)展方向及關(guān)鍵技術(shù)，輪轂電機(jī)驅(qū)動的電動輪汽車因其具有諸多優(yōu)勢已成為全球汽車工業(yè)的研究熱點。但目前該類電動汽車的研發(fā)尚處于起步階段，關(guān)鍵技術(shù)還沒有完全突破，還存在一些不足，主要體現(xiàn)在:輪轂電機(jī)的本體設(shè)計和電動輪的集成問題、輪轂電機(jī)驅(qū)動引起車輛平順性下降和控制策略不成熟等方面。本文著眼于解決電動輪汽車由于輪轂電機(jī)驅(qū)動而導(dǎo)致的平順性下降問題，從改善振動傳遞途徑入手，提出一種內(nèi)置磁流變半主動懸架的多功能電動輪系統(tǒng)。理論上，基于

2、半主動懸架的電動輪汽車是一種復(fù)雜的智能機(jī)電系統(tǒng)，目前，國內(nèi)外尚沒有相關(guān)技術(shù)的解密報道，輪轂電機(jī)的電磁激勵對該類汽車動力學(xué)特性的影響尚未引起廣泛關(guān)注，而半主動懸架的應(yīng)用主要集中在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，而且尚有問題待解決，有關(guān)半主動懸架在電動輪汽車上的應(yīng)用研究則更少。因此，基于輪內(nèi)半主動懸架，對電動輪汽車的動力學(xué)特性和振動控制進(jìn)行深入研究，不但具有一定的理論研究價值，而且具有廣泛的應(yīng)用前景。具體工作包括以下幾方面:
　　(1)回顧和總結(jié)了國

3、內(nèi)外電動輪汽車技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)有電動輪汽車存在的兩大主要問題:①非簧載質(zhì)量增加導(dǎo)致電動輪汽車的垂向振動負(fù)效應(yīng)問題;②輪轂電機(jī)的電磁振動導(dǎo)致電動輪汽車平順性下降問題。為解決上述問題提出了一種集動力、減振、制動和行駛為一體的高效緊湊的多功能電動輪結(jié)構(gòu)方案。根據(jù)電動汽車的動力和減振要求，考慮車輪尺寸約束，分別確定了盤式永磁輪轂電機(jī)和磁流變減振器的結(jié)構(gòu)方案及尺寸參數(shù)，基于Bingham粘塑性模型和粘性流體力學(xué)理論建立了混合工作模式

4、下的磁流變減振器數(shù)學(xué)模型，并對其工作性能進(jìn)行了仿真分析，最后構(gòu)建了內(nèi)置磁流變半主動懸架的多功能電動輪的虛擬樣機(jī)，為電動輪汽車的動力學(xué)分析提供了研究對象的實體模型和參數(shù)。
　　(2)提出圍繞“路面——輪轂電機(jī)——汽車——人”新的系統(tǒng)框架對電動輪汽車的平順性進(jìn)行分析。對四輪獨立驅(qū)動電動輪汽車進(jìn)行適當(dāng)簡化，應(yīng)用動力學(xué)基本理論和狀態(tài)空間法分別建立了二自由度1/4車和七自由度整車的動力學(xué)模型。具體建立了各種路面輸入模型;基于電磁場基本理論和

5、磁路法對盤式輪轂電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電機(jī)切向力進(jìn)行分析，應(yīng)用力學(xué)原理和數(shù)值計算方法得到了輪轂電機(jī)的垂向電磁激振力，為后續(xù)電動輪汽車的動力學(xué)特性分析和振動控制提供了模型基礎(chǔ)。
　　(3)基于建立的電動輪汽車動力學(xué)模型，應(yīng)用拉氏變換法得到了車身垂向加速度、懸架動撓度和輪胎動位移等平順性指標(biāo)相對于路面輸入的傳遞函數(shù)，并推導(dǎo)出了三個平順性指標(biāo)的均方根值計算式。結(jié)合幅頻特性和時域響應(yīng)均方根，全面分析了系統(tǒng)參數(shù)的變化對平順性的影響規(guī)律，然后基于擾

6、動法對各平順性指標(biāo)相對于各參數(shù)變化的靈敏度進(jìn)行了分析，并找出影響平順性的主要參數(shù)。另外，還研究了輪轂電機(jī)電磁振動對平順性的影響，對“路面+電磁”雙重激勵下的1/4車和整車平順性進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果表明:輪轂電機(jī)電磁力增加了對車輛平順性的不利影響。以上電動輪汽車動力學(xué)特性的研究為電動輪汽車振動控制策略的研究提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)方向。
　　(4)將單一輸入規(guī)則群（Single Input Rule Modules，簡稱SIRMs）

7、模糊推理模型應(yīng)用到電動輪汽車半主動懸架控制策略中。首先對基于SIRMs的1/4電動輪汽車半主動懸架模糊控制算法進(jìn)行了研究，仿真結(jié)果表明:與被動懸架和經(jīng)典模糊控制策略相比，基于SIRMs的模糊控制策略能更好地控制車輛振動，且算法簡便易行;然后把該控制策略推廣到整車振動控制，結(jié)合四輪獨立驅(qū)動電動輪汽車的結(jié)構(gòu)特點，對整車振動產(chǎn)生原理進(jìn)行分析，分別構(gòu)建了基于經(jīng)典模糊控制策略的整車模糊控制器和基于SIRMs模糊控制策略的整車雙環(huán)模糊控制器，并完成