纯电动汽车碰撞高压安全系统设计及控制策略

针对纯电动汽车发生碰撞时可能存在的安全风险,对纯电动汽车碰撞高压电安全进行了分析研究,提出了一种纯电动汽车碰撞高压安全系统方案和控制策略。利用ISO26262标准的思路和方法进行了设计,通过模型仿真分析与在电动汽车项目上的验证和应用,表明该系统能够保证电动汽车碰撞时的高压安全,为电动汽车的推广应用提供参考。     

纯电动汽车串联式再生制动控制策略建模与仿真

为提高纯电动汽车能量回收率,提出一种串联式再生制动控制策略。该策略要求在保证制动稳定性的基础上尽可能多地利用电机制动,根据制动强度划分4个制动区间,并分别采取不同的制动力分配策略,同时综合考虑车速、ECE法规、电池和电机特性等影响因素。采用Simulink与Cruise建模并联合仿真,结果表明搭建的模型准确可靠,提出的串联式再生制动控制策略能够有效提高能量回收率,延长纯电动汽车的续航里程。     

电动汽车电驱动系统机电耦合动态特性研究

为研究典型工况下电动汽车电驱动系统机电耦合作用机理,考虑永磁同步电机动态特性及齿轮传动系统非线性时变啮合特性,建立包括永磁同步电机动态模型和齿轮传动系统动力学模型的电动汽车电驱动系统机电耦合动力学模型。在此基础上,仿真分析稳态工况、冲击载荷工况、起伏路面工况等典型工况下电动汽车电驱动系统齿轮系统扭转特性和电机定子电流的动态响应特性。仿真结果表明:驱动电机与传动系统之间存在明显的机电耦合效应;电机定子电流会受到机械传动系统啮频和转频的调制;可以通过电机定子电流监测电驱动系统齿轮传动系统的啮合振动状态。研究结果可为电动汽车电驱动系统主动减振控制策略研究提供参考。     

轮毂电机电动汽车空气悬架阻尼GA-LQR控制研究

针对轮毂电机驱动电动汽车因电机内部不平衡电磁力引起的负面振动加剧等问题,提出一种基于遗传算法的线性二次型调节器(GA-LQR)的空气悬架阻尼控制方法。建立包含轮毂电机和空气悬架系统的轮毂电机驱动电动汽车8自由度半车动力学模型,并进行实车试验验证模型;仿真分析路面激励和不平衡电磁力两者对电动汽车垂向振动的影响;根据最优控制理论提出LQR控制策略,并通过遗传算法对LQR控制中的加权矩阵Q和R进行全局搜索优化,构建了GA-LQR阻尼控制器。仿真结果表明：相较于被动悬架和LQR控制的空气悬架,基于GA-LQR控制的空气悬架对电动汽车各评价指标的改善效果明显,可有效抑制轮毂电机因偏心引起的不良振动,极大地提高车辆的乘坐舒适性。     

采用恒功率控制策略的增程式汽车动力系统匹配

以增程式电动车整车参数基本要求、动力性指标作为约束条件以及节能减排为最终目的开展研究。针对增程式电动汽车动力系统参数匹配问题,通过相应的理论计算对驱动电机、蓄电池、发动机、发电机等动力总成核心部件进行了性能匹配设计,采用恒功率控制策略,运用AVL Cruise为仿真平台构建整车模型,计算了所设计的增程式电动车动力性能及经济性。研究结果表明:最大爬坡度、加速时间、最高车速满足车辆动力性要求,并能实现增程器高效工作。证明了増程式电动汽车既实现了节能减排,又克服了纯电动汽车续驶里程短的缺陷。     

基于城市干道十字路口场景下的纯电动汽车多目标优化研究

基于城市双向六车道十字路口的场景下对某款纯电动汽车的9种运行轨迹进行分析,研究其安全性、节能性和舒适性等问题。首先建立纯电动汽车安全、节能和舒适多目标模型,对车速、加速度、总加权加速度均方根等条件进行约束;再利用含有精英策略的NSGA-Ⅱ算法对车速、加速度、总加权加速度均方根值等约束条件下进行优化求解,得到Pareto最优解;最后结合Advisor中的欧洲驱动工况NEDC仿真验证纯电动汽车多目标优化模型的准确性。结果表明:目标函数兼顾了纯电动汽车安全性、节能性和舒适性等因素,得到了纯电动汽车在双向六车道十字路口下的最优运行轨迹和最佳道路宽度。本研究不仅弥补了纯电动汽车在城市干道十字路口场景的学术空白,还为纯电动汽车在安全性、经济性、舒适性的通行方面提供了理论依据和参考。     

纯电动汽车传动系统传动比的优化

针对纯电动汽车传动系统传动比进行优化设计,建立了以最小加速时间和最小能量消耗率为目标的多目标函数,并考虑爬坡、起步、高档利用率等条件约束.结合粒子群算法,运用Matlab编程与仿真,结果表明:该纯电动汽车传动系统传动比的优化模型是合理的,即提高了电动汽车的动力性,同时也降低了其能量消耗.     

基于深度强化学习的轮毂电机驱动电动汽车垂向振动控制

轮毂电机驱动电动车作为分布式驱动的一种理想的解决方案，对于缓解能源问题具有重要意义，然而当轮毂电机引入轮毂时，其平顺性会恶化。为解决轮毂电机电动汽车平顺性问题，建立了考虑座椅、车身和簧下质量振动特性以及主动与半主动悬架时间迟滞因素的三自由度轮毂电机电动汽车的1/4车模型，并基于深度强化学习算法对轮毂电机驱动电动汽车通过主动悬架进行垂向振动控制。在此基础上，对轮毂电机驱动电动车在随机路面与减速带路面下行驶的情况进行训练，进而对其训练案例的控制效果进行测试，并将之与被动悬架和天棚阻尼控制策略的控制效果进行对比，最后对轮毂电机驱动电动车在随机路面的基于深度强化学习主动悬架控制策略进行泛化能力测试。结果表明，对于训练与泛化测试案例，针对轮毂电机驱动电动车的垂向振动控制，基于深度强化学习的主动悬架控制策略所产生的控制效果均优于被动悬架与天棚阻尼控制策略。     

基于模型预测控制的电动汽车起步工况仿真与性能评价

为提高电动汽车起步工况时的性能,设计了基于模型预测控制的驾驶员模型,建立了纯电动汽车整车模型和驾驶员模型。将驾驶员意图转化为加速踏板和制动踏板的开度变化,利用基于模型预测控制方法的上层控制器得到期望加速度,下层控制器根据期望加速度得到加速指令和减速指令,从而对车辆进行起步工况的加、减速控制。利用起步时间、驱动电机电压电流和冲击度3个评价指标对提出的模型预测控制方法和常规PID控制方法进行起步工况仿真的控制性能比较。分析了不同坡度(0%、10%和20%)和加速踏板开度下电驱动系统的性能。仿真结果验证了模型预测控制方法的有效性。     

基于遗传算法的纯电动汽车动力传动系统优化

以某一型号的单挡纯电动汽车作为研究对象,在基于动力系统参数分析的基础上,对整车合理匹配两挡AMT变速器,并基于ADVISOR仿真平台建立整车仿真模型。应用遗传算法工具箱与ADVISOR非图形化界面联合优化以实现自动优化动力系统参数的目的,获得动力性和经济性最优匹配结果。仿真结果表明:该优化方法能有效地提高纯电动汽车的性能。     

纯电动汽车高速齿轮传动NVH性能优化研究

汽车进入电气时代后带来了高速传动,纯电动汽车(BEV)驱动电机的输出转速超过了10 000 r/min,随后带来的高速噪音问题也成为了行业难题,因此高速齿轮传动NVH性能优化攻关作为纯电动汽车减速器核心技术备受海内外学者和研究机构关注。借助SMT/MASTA软件对变速器设计参数进行优化与仿真分析,通过不同扭矩下的齿面接触斑点试验对软件仿真的齿面接触应力分布进行标定,优化仿真模型,通过仿真数据和优化算法求解出最佳宏观参数和微观参数的组合,零件试制完装配后进行吊装试车主观评价测试,再通过西门子LMS/NVH便携式测试仪对NVH性能优化结果进行验证。     

四轮独立驱动电动汽车直线行驶稳定性转矩协调控制

为了降低四轮独立驱动电动汽车在复杂路面上直线行驶时跑偏以及车轮打滑对汽车行驶操纵稳定性产生的不良影响,提出了一种以开关磁阻电机为驱动核心,采用模糊趋近律理论对控制参数进行实时修正的转矩协调控制策略。该策略由模糊PID控制器计算汽车行驶力矩,由滑模变结构控制计算纠正车辆跑偏的附加横摆力矩以及车轮打滑时的防滑力矩。基于该控制策略搭建的仿真模型包含了车速控制器、横摆运动控制器以及防滑控制器,并协调分配到各个车轮上。将Matlab/Simulink中搭建的电机驱动模型与Carsim中搭建的整车模型进行联合仿真,与无控制下的仿真结果对比表明,转矩协调控制可快速将车速、横摆角速度和车轮滑转率控制在理想值附近,较好地提升了直线行驶稳定性。     

基于Simulink的电动客车整车控制器软件层设计

针对某款纯电动客车,对其行驶策略、能量管理策略等整车控制策略进行研究。在Simulink环境下建立模型并仿真,再对单片机底层驱动模块进行编程,完成整车控制器模型的建立。通过Simulink中Code generation生成软件层的代码,完成控制器软件层的设计。最后对整车控制器的行驶策略、能量管理策略进行测试。     

结合遗传算法的四轮毂电机电动汽车制动能量回收控制策略

以四轮毂电机电动汽车制动能量回收控制策略为研究对象,提高其制动能量回收效率为目标,确定其动力系统参数,建立四轮毂电机制动能量回收发电模型,并利用遗传算法求解多约束函数,根据遗传算法求解的发电效率模型结果以及轮毂电机制动能量回收影响因素制定能量回收控制策略;基于AVL cruise与Matlab/Simulink搭建制动能量回收控制策略联合仿真模型并区分不同的制动强度,分别在NEDC与CLTCP工况下对制动能量回收控制策略进行仿真分析。结果表明:在NEDC工况下,基于遗传算法的制动能量回收控制策略比AVL cruise的前后电机转矩平均分配控制策略多节约能量28 kJ;在CLTCP工况下,制动能量回收控制策略比AVL cruise控制多节省了3.15%的SOC。     

基于CAN总线的电动汽车踏板、换挡系统建模与故障诊断仿真

建立了纯电动汽车制动踏板、加速踏板和换挡系统的Simulink功能模型,利用Labview对模型所产生的CAN故障信号进行读取,识别显示其故障的内容。介绍了纯电动汽车换挡系统诊断信号的设计,依据ISO 15031-6标准的故障码规范进行故障码设计;依据ISO 15765-2标准的服务规范,对CAN信号进行设计。最终实现了在Simulink环境下电动汽车制动踏板、加速踏板和换挡系统模型故障的模拟仿真。     

园艺电动拖拉机驱动系统模式切换控制策略研究

为确定多驱动模式的切换点,针对园艺电动拖拉机双电机动力耦合驱动系统进行研究分析。首先,根据双电机耦合驱动系统的结构特点与工作原理,将电动拖拉机的驱动模式分为单电机驱动模式、双电机单独驱动模式,以及双电机动力耦合驱动模式;其次,对电动拖拉机在典型作业模式下的整车负载转矩进行了分析;然后,重点分析了犁耕作业下,依据选取的模式切换点,制定相应的模式切换控制策略,并对双电机动力耦合驱动模式下的双电机转矩分配进行研究;最后,搭建双电机动力耦合驱动系统仿真模型,并进行仿真验证。仿真结果表明:多模式切换控制策略有效,同时也实现了双电机动力耦合驱动模式下双电机转矩的最优分配。     

电动汽车用永磁同步电机调速系统研究

永磁同步电动机具有高效、高功率密度以及良好的调速性能,已经成为电动汽车的首选驱动电机。本文首先分析了永磁同步电动机矢量控制的数学模型,并在此基础上构建了双闭环控制系统的仿真模型。对双闭环控制结构的速度环,采用复合控制算法进行了仿真分析。仿真结果表明采用复合模糊PI控制算法可有效消除扰动带来的误差和振荡,较常规PI控制更能提高电动汽车调速系统的品质。     

具有功率因数校正能力的驱动充电一体化拓扑研究

针对目前电动汽车永磁同步电机牵引系统和锂电池组充电系统相互独立的问题,提出了一种电动汽车驱动充电一体化拓扑结构。驱动模式下的电机驱动系统等效为一个三相逆变器,在充电模式下将永磁同步电机驱动模块和电机重构成锂电池组充电系统中具有功率因数校正能力的升压/降压变换器,即PFC(power factor correction capability)变换器,其中IPM(interior permanent magnet)电机绕组充当滤波电感。分析一体化拓扑驱动和充电工作状态以及IPM电机绕组在不同充电模态的数学模型、IPM电机转子位置角与电机绕组电感值的关系。采用功率控制方式,根据输入功率设定值,控制输入功率跟随输入功率设定值,使功率因数达到1。仿真及实验结果表明:本文所提出的一体化拓扑结构及控制策略在充电过程中具有良好的功率因数校正能力。     

四轮独立驱动电动汽车直接横摆力矩控制

为提高四轮独立驱动电动汽车横摆稳定性,在考虑纵向车速控制的基础上设计了直接横摆力矩控制策略。该控制策略由上下两层组成,上层控制器为基于车辆运行状态反馈的附加横摆力矩控制器,其控制方式为通过实际反馈的车辆状态参数与参考值对比,设计线性二次型调节器(LQR)计算目标附加横摆力矩。下层控制器为基于路面附着条件及前后轴荷比的轮毂电机转矩分配控制器。通过CarSim与Simulink建立联合仿真模型,选择双移线和正弦输入2种工况进行仿真试验。结果表明:所设计的控制策略能够使车辆质心侧偏角和横摆角速度较好地跟随参考值,可有效避免车辆侧滑失稳,提高车辆横摆稳定性和行驶安全性;与PID控制相比,LQR控制能够更有效地抑制横摆角速度振荡峰值。     

分布式电动车转向横向稳定性力矩适应性分配策略

为了提高分布式驱动电动汽车转向行驶的横向稳定性,基于Matlab/Simulink和CarSim建立了分布式驱动电动汽车二自由度动力模型,并设计了车辆的横向稳定性控制策略。控制系统由上下两部分组成：上层力矩计算控制器,主要基于PID控制策略计算车辆所需的附加横摆力矩;下层力矩分配控制器,根据车辆转向行驶时所需附加横摆力矩的大小,在差动驱动、差动制动、摩擦制动3种力矩分配方式中选取相适应的分配方式将力矩合理分配到各个轮毂电机上。研究结果表明：所设计的横向稳定性控制系统最大能够使车辆横摆角速度减小58%,并且可以良好地追踪理想质心侧偏角,且波动减少,有效提高了车辆转向行驶时的横向稳定性。在差动驱动分配方式控制下车辆对追踪期望速度具有良好的效果;车辆所需附加横摆力矩较大时,下层力矩分配控制器采用差动制动、摩擦制动分配方式将牺牲对期望速度的追踪。