轮式驱动电动车控制系统的研究

论文题目: 轮式驱动电动车控制系统的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 电工理论与新技术

作者: 葛英辉

导师: 倪光正,杨仕友

关键词: 电动车,轮式驱动,防抱制动系统,牵引控制,电子差速,滑移率,计算智能,滑模控制

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文对轮式驱动电动车的控制系统进行了相关的系列关键技术的研究。首先,将由Utkin.V.I等学者提出的滑模变结构的优化器应用到车辆防抱制动系统(ABS)和牵引控制(TC)的最佳滑移率寻优控制中,所构造的优化器不需要路面型式的先验知识,寻优目标函数取决于车体的行驶速度。该优化器在不同路面条件下的最佳滑移率辨识效果相当理想,且具有一定的自适应性和实时性。 其次,本文构建了基于最佳滑移率控制的ABS控制器(包含二阶滑模防抱制动控制器、滑移率滑模优化器、滑模观测器以及消减颤振的设计)。与通常的基于开关控制的ABS控制器相比,该新型控制器具有相当强的鲁棒性,对目标滑移率跟随性能好,无抱死现象,且制动时间短。 同时,本文基于滑模变结构和计算智能相融合的控制技术,还分别设计了基于固定滑移率控制的ABS、TC系统。这类低造价、高性能的新型控制器不仅保证了被控系统的运动状态能跟踪理想的运动轨迹,消除了常规滑模控制中存在的颤振现象,而且加强了控制器对系统不确定参数的适应性,从而进一步提高了ABS、TC系统的鲁棒性。 再次,本文独立提出了基于滑移率控制的新颖的电子差速控制算法。该新算法保证了更好的车辆操作性能和响应控制特性,其主要技术指标明显优于传统机械差速控制,具有现实的工程应用价值。同时,基于实效、低成本的控制技术的设计思想,本文还构建了低速行驶时的简化电子差速算法。本文制作的基于DSP2407的双轮毂电机的全新电子差速控制系统,在样车上的实验证明设计合理,实现了良好的差速控制。此外,本文还构建了基于CAN总线和串行通讯总线的轮式驱动电动车通讯系统设计方案,以实现对车辆运行状态的监测、控制以及故障排除。并通过试运行完成了相应的设计功能测试。 在附录中,本文给出了用于电动车的一种新的二相永磁无刷直流轮毂电机的设计,样机的仿真和实验测试的一致性,验证了该电机系统设计的正确和实用性。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 课题背景及选题意义

1.2 目前电动汽车发展的概况

1.2.1 国外发展现状

1.2.2 国内发展现状

1.3 电动汽车驱动方式及轮式驱动研究现状

1.4 电动汽车的控制技术概述

1.4.1 驱动系统的分类及比较

1.4.2 驱动系统的控制技术

1.5 本课题的主要研究工作

第二章 防抱制动系统(ABS)的控制策略及其设计研究

2.1 ABS装置的基本原理

2.2 ABS的数学建模

2.2.1 四分之一车辆模型的建立

2.2.2 轮胎模型

2.2.3 电磁制动系统模型

2.3 ABS新控制策略中的关键技术研究

2.3.1 最佳滑移率寻优——滑模优化器

2.3.2 滑模观测器

2.4 基于最佳滑移率的ABS控制器的研究

2.4.1 二阶滑模变结构控制器的设计

2.4.2 颤振的消减

2.4.3 仿真研究与分析

2.5 基于计算智能和滑模变结构相融合的ABS控制器的研究

2.5.1 研究背景

2.5.2 控制系统设计

2.5.3 仿真研究与分析

2.6 本章小结

第三章 牵引控制(TC)系统控制策略及其设计研究

3.1 传统车辆的牵引控制原理

3.2 电动汽车TC控制的特点

3.3 四分之一车辆驱动加速工况的建模

3.3.1 四分之一车辆加速模型

3.3.2 电机机械特性

3.4 基于计算智能和滑模变结构相融合的TC系统设计

3.4.1 TC系统的描述

3.4.2 仿真研究与分析

3.5 TC控制中滑移率检测方法的研究

3.5.1 滑移率寻优目标函数的设计

3.5.2 简易的滑移检测方法

3.6 本章小结

第四章 电子差速控制算法及其仿真研究

4.1 自然差速的可行性分析

4.2 现有电子差速方案的讨论

4.2.1 传统机械差速器的运行机理

4.2.2 已有电子差速模型的分析

4.3 新的电子差速控制策略设计

4.3.1 车辆横向运动的动力学建模

4.3.2 基于滑移率控制的电子差速算法

4.3.3 仿真研究与分析

4.3.4 低速运行工况下的简化电子差速算法

4.4 本章小结

第五章 基于DSP的控制系统研究

5.1 轮式驱动与轮毂电机

5.1.1 电动车的轮式驱动方式

5.1.2 轮毂电机

5.2 电动车用电机驱动控制策略研究

5.2.1 电压控制策略

5.2.2 转矩控制策略

5.2.3 转速控制策略

5.3 基于DSP2407的双轮毂电机驱动控制系统设计

5.3.1 总体概述

5.3.2 半桥调制时新的相电流检测方法

5.3.3 DSP2407的接口电路

5.3.4 转子位置检测方法

5.3.5 开关电源的设计

5.3.6 软件设计

5.3.7 驱动与保护

5.3.8 实验样车与实验结果分析

5.4 基于CAN总线和串行总线的设计研究通信系统设计

5.4.1 基于CAN总线通信的初始化

5.4.2 基于RS232串行总线的帧定义

5.4.3 主DSP节点通信系统设计

5.4.4 从DSP节点通信系统设计

5.4.5 PC机控制界面设计

5.5 本章小结

全文总结

附录1 一种新型两相永磁无刷直流轮毂电机的研究

附1.1 研究背景

附1.2 新型两相永磁无刷直流电机

附1.3 电机系统仿真

附1.4 控制系统设计

附1.5 仿真与实验结果比较

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文

发布时间: 2005-07-14

参考文献

• [1].网联电动车辆的出行规划与智能节能控制[D]. 张书玮.清华大学2017
• [2].基于模型的纯电动车辆动力系统故障诊断研究[D]. 刘真通.北京理工大学2016
• [3].电动车辆用超级电容建模与状态估计算法研究[D]. 张雷.北京理工大学2016
• [4].电动汽车电池荷电状态估计及均衡技术研究[D]. 郭向伟.华南理工大学2016

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