论文总字数：18823字

摘 要

日益严重的全球变暖以及能源短缺问题让越来越多的汽车生产厂商重视新能源汽车的研发。采用分布式驱动结构的电动汽车由于其动力传递效率较高，电机的反馈制动能力可以有效提高能源利用率，在电动汽车上的比重越来越高，后轮轮边电机驱动电动赛车作为一种采用分布式驱动结构的新能源汽车，取消了传统的差速器以及变速器装置，提高了动力传递的利用率，同时增大了乘员空间，轮边电机驱动的车轮转动惯量比轮毂电机驱动的小，提升了加速性能。滑模变结构技术可以增强所研究系统的鲁棒性，抵抗外界的干扰，降低控制系统对参数不确定性的灵敏度。本文以车轮滑转率为控制目标，针对后轮轮边电机驱动电动赛车的特性研究了一种利用滑模变结构技术的驱动防滑控制系统，搭建了1/4车辆模型，运用变结构技术进行电动赛车的驱动防滑控制算法设计，加入车辆驱动力预测器算法以及电机简化模型，通过MATLAB/Simulink和Carsim软件进行驱动防滑算法仿真。仿真结果表明：未加入控制算法的车辆极易造成驱动轮严重打滑，导致车辆甩尾等危险现象产生；加入控制算法后，车轮滑移率趋近期望的车轮滑移率并保持在附近，提高车辆的动力利用效率以及操控性。利用滑模变结构技术，可以提高车辆的抗干扰性能，采用基于转矩和车轮转速的驱动力预测器，可以实时判别车轮与路面的接触状况，提高算法的实时性。

关键词：轮边驱动；电动赛车；滑模变结构；滑转率

Abstract

As global warming and energy shortage rising, more and more automakers favor of electric vehicles. Distributed - Driven is applied to electric vehicles increasingly due to its higher power efficiency;better braking ability when regenerative braking and its higher energy efficiency.Rear wheel motor-driven electric cars cancel the traditional differential mechanism and transmission,which improve the efficiency of power transmission and increase the occupant space.Compared with the car equipped with in-wheel motors,rear wheel motor-driven electric cars reduce the inertia of the wheel ,improve acceleration performance.As a kind of special nonlinear controller,sliding mode controller has great robustness,it also has anti-interference ability to uncertainties and external disturbances on the system.The paper is targeted to wheel slip ratio,proposes an algorithm aimed at the performance of rear wheel motor-driven electric car based on a sliding mode controller.It bulids a vehicle model using the rotational wheel dynamics model,designs the algorithm of anti-slip based on a sliding mode controller,joins the driving force observer and motor model,evaluates the algorithm in a co-simulation using Carsim and MATLAB/Simulink.Simulation results shows that the car without controller cause drive wheels sliping seriously easily,and other dangerous phenomenon; while the car with the controller can bring the real wheel slip ratio to the desired wheel slip ratio which is pre-defined,improve the performance of vehicle dynamics.Using sliding mode controller,the anti-jamming performance of the car improves,the driving force observer based on rotational wheel dynamics and measurable motor torque and rotational wheel velocity can monitor the wheel status in real-time,which improves the real-time capability of the algorithm.

Key words:wheel drive;electric racing car;slid mode;wheel slip ratio

目录

摘要 II

Abstract III

目录 IV

1. 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 3

1.3 论文研究内容与意义 3

2. 车辆模型 5

3. 驱动防滑控制系统的设计 8

3.1 控制系统概述 8

3.2 滑模变结构控制简介 8

3.3 滑模控制器的设计 12

3.4 驱动力观测器的设计 14

4. 驱动防滑控制系统仿真 16

4.1 利用Carsim搭建整车仿真模型 17

4.2 仿真结果及分析 18

5. 总结与展望 22

致谢 23

参考文献 24

后轮轮边电机驱动电动赛车的驱动防滑控制研究

绪论

研究背景

当今汽车可持续发展的重要内容是节能，环保和安全的理念，在环境以及能源问题日益突出的今天，新能源汽车越来越受到各大汽车生产厂商的青睐。以超级电容和燃料电池作为电能存储系统的新能源汽车、混合动力汽车以及纯电动汽车组成了新能源汽车的三大分支[^[1]]。混合动力汽车已经处于商品化阶段，它是传统内燃机和电动机的单纯混合，一定程度上可以减少污染物的排放，并且可以提高车辆的动力性；以燃料电池为电能储存系统的汽车，由于燃料电池的燃料存储问题现阶段无法完美解决、燃料电池系统的开发成本较高导致整车价格高、以及城市中燃料补给站点的缺乏而造成该类汽车续航里程不足，所以这类以燃料电池和超级电容为存储系统的汽车目前依然在进行研发和试验。

由于纯电动汽车在节能减排、环保以及整车性能上具有传统内燃机汽车不可比拟的优点，是在社会经济利益和能源、排放等要求的共同作用下的产物，所以全球的新能源汽车厂商都在大力进行纯电动汽车的研发和试验。电动汽车当前的动力传动布置主要有分布式动力传动结构和集中式动力传动结构这两种方式：集中式动力传动系统布置是用电机取代传统内燃机汽车中发动机的位置，仍然通过离合器、变速器等机械装置把发动机输出的动力传递至驱动轮；而分布式动力传动系统布置又分为两种，一种是通过轮边电机输出动力，另一种是通过轮毂电机输出动力。轮边电机驱动是将电机安放在驱动轮附近，通过减速器以及传动轴等装置或者将电机的输出动力通过传动轴直接传递至驱动轮[^[2]]，车辆左右两个独立电机输出动力，分别驱动车辆左右两个驱动轮；而轮毂电机动力传动布置方式则是在车轮内安放轮毂电机，从而驱动轮的转速和轮毂电机的转速相同，此时，轮毂电机相当于低转速电机，为了增加轮毂电机的输出力矩，需要增加轮毂电机的极对数，这样，轮毂电机的尺寸以及重量都会超标，另外，为了提高轮毂电机的效率，需要使用永磁电机，但是永磁体对高温和振动比较敏感，将永磁电机装在车轮上，电机无法应对各种工况，目前的永磁电机所能够提供的磁场强度有限，如果一味加大电机的磁场强度，会对车辆周围的物体产生影响，从而造成车辆四个车轮的不平衡。和集中式动力传动结构相比，分布式动力传动结构大大简化了车辆的驱动系统以及整车结构，增大了车辆内部的乘员空间，整车质量大大减小，车辆的动力传递效率以及底盘布置的方便性可以得到大大提高。并且分布式驱动电动汽车具有动力性高，进行反馈制动时，电机可以增加车辆的制动性能，提高车辆的能源利用率等优良的特性，所以，愈来愈多的纯电动汽车会采用分布式动力传动结构。

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