轮毂电机驱动汽车半主动悬架自适应最优控制

针对轮毂电机驱动汽车非簧载质量增加和轮毂电机不平衡电磁力带来的振动负效应,提出了一种自适应线性二次型调节器(LQR)半主动悬架控制策略,以提升轮毂电机驱动汽车的性能。考虑路面随机激励与轮毂电机不平衡电磁力的耦合作用,建立了轮毂电机驱动汽车系统的垂向、纵向与扭转振动的动力学模型。以垂向振动性能最优为目标,提出了LQR最优控制策略,将自适应遗传算法应用于确定LQR最优控制权重矩阵,以获取控制器的最优反馈悬架控制力。仿真结果表明:带有自适应LQR控制器的系统能有效提高系统的垂向与纵向性能,对簧载质量垂向与纵向振动加速度均方根值、悬架动行程均方根值、轮毂电机偏心距均方根值、轮胎动载荷均方根值和纵向驱动力波动的改善效果明显,有效提高了车辆的行驶平顺性与乘坐舒适性。     

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。     

分布式电驱动车辆垂向振动系统优化及控制研究

分布式电驱动车辆簧下质量增加导致车辆垂向振动特性发生改变,同时路面激励引起的电机定转子间不平衡径向力使垂向性能进一步恶化,提出了一种带有轮内减振机构的纯电动车振动系统优化及控制方法。建立带有动力吸振器的四分之一轮毂电机悬架模型及开关磁阻电机不平衡径向力模型。考虑典型路面激励对垂向性能及电机气隙的影响,基于布谷优化提出了一种动力吸振器与悬架参数的优化匹配方法。在优化匹配的基础上将悬架和吸振器减振器作为半主动控制装置实现轮毂电机悬架系统的混合控制。仿真结果表明：所提出的优化及控制方法能有效提升车辆舒适性和操稳性。     

非簧载质量和轮毂电机偏心对轮毂电机驱动电动汽车平顺性的影响

以某电动汽车(EV)为研究对象,构建了8自由度车辆动力学模型,并通过频域及时域分析探究非簧载质量增加对车辆平顺性评价指标的影响。考虑到轮毂电机因制造安装误差等原因而产生不平衡磁拉力,为探究其对车辆平顺性的影响,在ANSYS Maxwell软件中分别建立外转子永磁无刷直流轮毂电机静态偏心和动态偏心的模型,研究轮毂电机偏心情况下不平衡磁拉力特性,并在时域内分析轮毂电机驱动电动汽车在路面及轮毂电机不平衡磁拉力耦合激励下的平顺性。分析结果表明:非簧载质量增加和不平衡磁拉力导致轮胎动载荷明显增加,但座椅垂向加速度没有明显变化。     

分布式驱动电动汽车多电机系统改进型环形耦合控制

采用轮毂电机驱动的电动汽车,多电机协同控制是车辆安全行驶的重要因素。基于目前多电机控制系统跟踪误差和同步误差较高的问题,为提高控制精度及四轮独立驱动电动汽车的行驶稳定性,结合傅里叶级数循环学习法提出了一种改进型的环形耦合控制方法。该方法通过循环学习有效地提高了控制方法的控制精度,明显降低了多电机运行时的跟踪误差和同步误差。通过Matlab/Simulink搭建了四轮毂电机同步控制模型,验证了所提控制方法的可行性。基于CARSIM与Matlab/Simulink联合仿真平台模拟实车运行,进一步验证了所提多电机协同控制方法能够有效降低四轮电机运行的同步误差和跟踪误差,有助于提高车辆的运行稳定性。     

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。     

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。     

一种架空轨道穿梭车的参数优化与仿真分析

研究了一种架空轨道穿梭车,可用于多种工业场合的物料运输。为了提高穿梭车的工作效率,减小轨道垂向不平顺引起的车身垂向振动,基于H2优化确定了悬架的最优参数,使车身垂向振动的能量最小。为验证悬架参数的合理性,分别对1/4车模型和整车模型进行仿真。对1/4车模型进行数值仿真,仿真结果验证了参数的合理性。基于Simpack建立了整车的多体动力学模型,利用根轨迹法计算了整车模型在美国六级轨道谱下失稳的临界速度,仿真结果满足设计要求,再次验证了参数的合理性。     

轮毂驱动电动车的电磁混合悬架控制研究

轮毂驱动电动车由于采用电机分布式的布置形式,造成整车非簧载质量增加,会引起车辆安全性和整车平顺性的恶化。为此,提出一种基于电磁混合控制方式的电磁悬架。以直线电机为作动器,采用主动控制与半主动控制相结合方法对整车平顺性进行改善。系统中轮毂电机采用悬置式结构,相当于一个动力吸振器,能有效分担轮胎受到的路面垂向激励。仿真分析各质量系之间的传递特性和各性能指标(车身加速度、轮胎动载荷)的幅频特性。仿真结果表明:采用悬置式结构的悬架系统在频域内能够有效抑制车轮型共振峰,并使车轮型共振频率延后至12.8 Hz附近,避免落在人体最敏感区段4~12.5 Hz,同时轮胎动载荷均方根值下降13%。在此结构基础上,以改善车辆平顺性为目标,对直线电机采用天棚控制策略。结果表明:与传统悬架相比,车身加速度降低19.8%,改善了车辆平顺性。最后,在单通道台架上进行了试验,验证了悬置式结构和天棚控制策略的可行性。     

基于转速信号的旋转机械故障诊断方法研究

轮毂电机作为电动汽车四轮独立驱动系统的动力源,其运行状态直接关系着整车安全。为了逐步实现对轮毂电机运行状态的监测,提出一种新的方法——阶次自分离方法,以适应其复杂多变的行驶工况。本方法克服了传统阶次跟踪方法需同时采集转速信号和振动信号的局限性,仅针对转速信号进行研究,并提取其中蕴藏的非正常波动成分,同时借鉴传统阶次跟踪方法对时域非平稳信号的处理方式,对波动成分进行角域重采样和傅里叶变换,凸显出蕴藏于转速信号中的故障特征,进而实现对轮毂电机的故障诊断。结合Matlab仿真分析和轮毂电机漏电故障实验,结果表明:阶次自分离方法可有效识别轮毂电机漏电故障特征。     

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。     

轮毂电机电动汽车再生-液压复合制动系统协调控制策略

为保证制动过程中轮毂电机电动汽车的制动控制效果,充分利用电机再生制动控制精准高、响应迅速的优势,对再生-液压复合制动系统的制动性能进行了数学建模与仿真分析。首先,建立了包含再生-液压制动复合制动系统的单轮纵向动力学模型;其次,考虑驾驶员制动需求和路面条件,提出可用于3种典型制动工况(轻度、中度和重度制动工况)下的复合制动系统协调控制策略;最后,在Matlab/Simulink软件中模拟3种典型制动工况下采用所提出协调控制策略的汽车制动过程。仿真结果表明:所提出的控制策略能满足驾驶员制动意图,在充分利用电机控制精度高和响应时间短的优势的前提下,保证轮毂电机电动汽车的制动控制效果。     

基于自适应Backstepping的分布式驱动电动汽车容错控制

针对分布式驱动电动汽车控制系统发生不确定的执行器故障情况,提出一种基于自适应Backstepping的容错控制方法。对电动汽车控制系统建立驱动电机故障模型,描述可能发生的执行器故障情况;采用自适应控制和Backstepping控制设计相结合的策略,针对各故障情况分别设计一种容错控制器;将各控制器进行融合得到一个复合控制器,提高了车辆的安全性和可靠性。基于Matlab进行了仿真验证:给出的容错控制方法能够保证车辆闭环系统稳定和渐近跟踪给定的输出指令,提高了车辆的操纵稳定性和执行器故障容错性能。     

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。     

基于重构控制分配的分布式电动车容错控制方法

针对分布式驱动电动车过驱动系统存在的冗余现象,以带有主动前轮转向系统的四轮轮毂电机驱动电动汽车为研究对象,设计了执行器故障后的容错控制算法。容错控制器采用集成控制结构,上层为运动跟踪层,基于模型预测控制算法,得到车辆跟踪期望状态所需总的力与力矩;下层为重构控制分配器,针对驱动电机的多种故障情况,以整车稳定性和安全性为目标制定重构控制分配率。通过实验表明,在高速高附的仿真工况下,面临多种执行器故障模式时,相比无控制的车辆,处于容错控制算法控制下的车辆横摆角速度最大值由0.3 rad/s降低到0.1 rad/s,质心侧偏角由0.03 rad降低到0.015 rad,显著提高了车辆的横摆稳定性与安全性能。     

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。     

车用永磁同步电机定子模态分析

针对电动汽车运行过程中产生的振动噪声问题,以某车用永磁同步电机为研究对象,运用Ansys Maxwell软件分析电机气隙磁密,得到电机运行的气隙磁场和径向电磁力,再对永磁同步电机的定子进行模态分析,得到定子系统的固有频率,同时采用锤击法结合LMS软件进行模态试验,将有限元仿真和模态试验数据进行对比,验证有限元模态分析的准确性。结果表明,该永磁同步电机的定子结构模态频率和径向电磁力波频率有较大的差异,不会由于电机径向电磁力而产生共振,这项工作为解决电机振动噪声问题和优化汽车NVH性能提供了参考。     

分布式驱动电动汽车横摆稳定性控制策略研究

针对某型纯电动汽车进行轮毂电机参数匹配设计,建立整车参数化模型;以横摆角速度和质心侧偏角偏差作为控制目标,基于滑模控制理论及罚函数法,提出整车横摆稳定性控制和轮毂电机转矩分配控制策略;选取双移线和鱼钩试验2种典型工况,与无控制和模糊PID控制策略进行对比分析,对控制策略进行仿真验证。结果表明:采用积分滑模控制策略后,双移线试验工况下,车辆横摆角速度最大值为0.17 rad/s,质心侧偏角最大值为-0.038 rad;鱼钩试验工况下,车辆横摆角速度最大值为0.23 rad/s,质心侧偏角最大值为0.049 rad,均小于未加控制时车辆的状态参数,所提出的整车横摆稳定性控制策略能够有效对车辆进行横摆稳定性控制,降低车辆失稳机率。     

车辆双磁流变阻尼器座椅悬架的建模及控制

采用双磁流变阻尼器提高车辆半主动座椅悬架的减振效果,建立了包括变阻尼Vogit单元、附加调节质量和弹簧的串联支路和可变阻尼并联构成的3自由度半主动座椅悬架模型。推导了该模型的动力学方程,进一步采用改进的Bouc-Wen模型建立了磁流变阻尼器的数学模型。根据悬架动力学方程给出了基于分层的控制策略,在Simulink中搭建了相应仿真模型,取人体易发生共振的3个频率信号以及随机激励信号进行测试。仿真结果表明:所提出的半主动悬架机构及其控制策略具有较好的减振效果,为半主动悬架的设计和控制提供了参考。     

采用转子开槽的内置永磁电机噪声抑制

为削弱永磁同步电机的振动噪声,提出在转子表面开弧形槽的方法。针对V型内置式永磁电机,根据电磁力计算公式计算其频率倍数、空间阶次,并使用JMAG软件建立二维有限元模型。通过齿槽转矩和径向电磁力的仿真结果确定转子表面槽的最佳尺寸,并对比分析有无开槽情况下径向气隙磁密、齿槽转矩、振动加速度和噪声特性。结果表明开槽会削弱电磁力,减小齿槽转矩和高次谐波,降低振动与噪声。