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密级硕士学位论文双电机独立车轮驱动电动车辆控制策略研究梅英豪导师姓名(职称)林程（教授）答辩委员会主席孙逢春（教授）申请学科门类工学论文答辩日期2009年6月17日申请学位专业车辆工程2009年6月18日研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解北京理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的,复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：摘要电动汽车随着环保和能源问题日益受到关注，呈现加速发展的趋势。独立车轮驱动相对于单电机驱动，简化了机械传动系统，提高了驱动效率，可以提高续驶里程；结构紧凑，提高了汽车的空间利用率；还可以充分利用电机控制精度高的优势，容易实现汽车底盘的电子化和主动化。本文针对前轮独立驱动的电动汽车，对电动汽车的驱动防滑控制、横摆力矩控制和双电机限滑差速驱动系统进行了仿真研究。首先依据汽车动力学理论，建立了车辆纵向运动二自由度模型和车辆转向运动五自由度模型。接下来，根据电机的转矩调节精度高和调节迅速的特点，提出了基于限制最大滑转率的防滑控制策略，该控制策略不需要车速信号，通过测量电机电流、转速参数即可通过车轮的动力学模型计算出该车轮产生的纵向力。而由计算出来的车轮纵向力反过来限制施加在车轮上的驱动转矩，使车轮的滑转率始终小于某门限值，并向该门限值渐进。其次，本文对独立车轮驱动的电动车辆的转向行驶控制策略进行了研究。首先通过对现有电子差速控制策略进行分析，提出独立车轮控制不应从电子差速角度考虑，而应该从优化分配驱动力角度考虑。随后，对双电机等转矩分配控制策略进行了分析，通过在不同工况下的仿真，指出等转矩控制在低速工况下可以很好的满足车辆运行要求，但在高速情况下控制效果不尽人意。针对等转矩控制的不足，提出了适用于高速运行时的横摆力矩控制策略。该控制策略采用前馈和反馈共同控制输出横摆力矩，其中在设计反馈时以车辆质心侧偏角相平面稳定区域作为质心侧偏角理想值来设计误差量，该误差量真正体现当前车辆状态参数和稳定时车辆参数区域的差别。反馈系数由最优化方法获得，可针对不同输入、不同前馈实现自适应。最后，对该DYC控制策略进行了仿真，仿真结果表明，该控制策略在高速工况下保持了车辆的稳定性和操控性。文章最后初步研究了双电机限滑差速驱动系统，仿真分析了不同锁紧系数差速器对车辆动力学性能影响，得出限滑差速器可以提高车辆动力学、操纵稳定性，同时可以降低控制系统的复杂程度的结论。关键词：独立车轮驱动；驱动防滑；横摆力矩控制；稳定性控制北京理工大学硕士学位论文IIAbstractElectricvehicleshavebecomeanincreasingconcernwiththeenvironmentalandenergyproblems,andhavethetrendofaccelerateddevelopment.ComparedwithSingle-motordrive,independentdual–motordrivesystemcansimplifythemechanicaldrivesystem,andimprovetheefficiencyofdrivesystem.Soitcanimprovethevehicles‘mileage.AsitsarchitectureisCompact,itcanincreasetheutilizationofvehicles‘space.Itcantakeuseofmotor‘scontroladvantagetoeasilyrealizetheelectronicandactivecontrolofchassis.Basedondual-motorindependentlydriveEV,inthisdissertation,thecontrolstrategyofthistypeEVisnumericalsimulated,thecontrolstrategycontainsASR(anti-slipregulator),DYC(DirectYawMomentControl),anddual-motorlimitedslipdifferentialdrivesystem.Firstly,thetwo-degree-of–freedomsinglewheelvehicledynamicmodelandthefive-degree-of–freedomsteeringdynamicmodelofdual-motordriveEVisdeveloped.Then,basedonthemotor‘scontroladvantage,anewanti-slipcontrolstrategyisproposed.Thisanti-slipcontrolstrategydoesnotneedthevehicle‘svelocityasaninput.Thedrivingforceofthetireisobtainedbytheelectriccurrentandthespinspeedofthemotor,andthetorqueofthemotorislimitedbythisdrivingforce,whichcanensuretheslipratealwayssmallerthanthethreshold.Secondly,thecontrolstrategyofdual-motordriveEV‘ssteeringcharacteristicsisresearched.Thecurrentelectronicdifferentialcontrolstrategyisanalyzed,andduetotheshortagesofelectronicdifferential,motor‘storquecontrolstrategywhenvehicleisinsteeringconditionisproposed.TheequaltorquedistributioncontrolStrategyisanalyzed,andtheresearchresultsshowthatequaltorquedistributioncanfulfillthestabilitywhenvehiclesrunatlowvelocity,butthecontrolperformancedeclinewhenvehiclesrunathighvelocity.ThentheDYCwhichcanbeapplicabletodual-motordriveEVisproposed.TheDYCcontrolleroutputstheperfectyawrateandsideslipanglebasedonthesteeringangleandvehiclevelocitybythebicyclemodel.Theyawmomentisconsistedbyfeedforwardandfeedback,andthefeedbackcompensationisexportedbasedonthesideslipangleandyawratedeflectiontocontrolthevehiclemovementstate.Thefactorsoffeedbackcompensationaredeterminedbytheoptimalcontroltechnique.Itisprovedbysimulationresultthatthecontrollermayadjustthedrivingtorqueoftwowheelsreal-timelytocontrolthevehiclemotionandthevehiclewiththiscontrollerholdingthedrivingstabilityonall北京理工大学硕士学位论文IIIroads.Thevehicle‘shandlingstabilityandsafetyofEVwithmotorizedwheelsareenhancedobviously.Thirdly,dual-motorlimitedslipdifferentialdrivesystemispreliminarystudied.TheperformanceofEVequippedwithlimitedslipdifferentialswhichhasdifferentlockingfactorarenumericalsimulated,andtheresearchresultsshowthatlimitedslipdifferentialcanenhancethedual-motordriveEV‘sstabilityanddynamicperformance,andcanalsoreducethecomplexityofthemotorcontrolsystem.Keywords:Independentlywheel-driven;ASR;DYC;ESP北京理工大学硕士学位论文IV目录摘要..........................................................................................................................................................IABSTRACT......................................................................................................................................II第1章绪论......................................................................................................................................11.1选题背景与研究意义........................................................................................................11.1.1选题背景..................................................................................................................11.1.2研究意义..................................................................................................................21.2独立车轮驱动电动汽车国内外研究现状...................................................................31.3独立车轮驱动电