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四轮驱动电动汽车稳定性控制模型搭建及模型准确性验证

2020-08-13廖响荣

汽车实用技术 2020年14期
关键词:四轮驱动

廖响荣

摘 要:基于CarSim/Simulink平台,搭建四轮驱动电动汽车联合仿真控制模型,在双移线工况下,验证所建立的四轮驱动电动汽车控制仿真模型的准确性,结果显示,所建立的四轮驱动电动汽车整车模型与CarSim里B级车模型性能具有高度一致性,这说明所搭建的四轮驱动电动汽车模型具有较高精确度,同时该模型的搭建也为后续的四轮独立驱动电动汽车稳定性控制奠定研究基础。

关键词:轮毂电机;四轮驱动;系统建模;准确性验证

中图分类号:U469.72  文献标识码:A  文章编号:1671-7988(2020)14-69-04

Abstract: Based on the CarSim / Simulink platform, a four-wheel drive electric vehicle joint simulation control model is built. Under the condition of double line shifting, the accuracy of the control simulation model of the four-wheel drive electric vehicle is verified. The results show that the performance of the four-wheel drive electric vehicle model is highly consistent with that of CarSim B-class vehicle model, This shows that the four-wheel drive electric vehicle model has high accuracy, and the establishment of the model also lays a foundation for the stability control of the four-wheel independent drive electric vehicle.

Keywords: Hub motor; Four wheel drive; System modeling; Accuracy verification

CLC NO.: U469.72  Document Code: A  Article ID: 1671-7988(2020)14-69-04

引言

能源与环境问题日益凸显,为了缓解上述两大问题,新能源汽车成为了研究热点,其中四轮轮毂电机独立驱动电动汽车因其动力学控制方面的优势,成为了电动汽车动力系统技术突破的方向所在[1-3]。

电动汽车其多体动力学模型的精确度是对其进行研究控制的重要基础。文献[4]提供了二自由度车辆动力学控制模型研究基础。文献[5]在二自由度车辆控制模型基础上,增加车辆侧倾自由度,构造车辆三自由度模型。上述模型大多基于Matlab/Simulink编程实现,且建模过程中假设了过多理想化条件,这使得其多体动力学模型准确性相对较差,而Carsim是国际认可的车辆动力学仿真软件,具有仿真精度高,运算快等优点,同时方便用户设置仿真工况,但目前Carsim未开发四轮驱动电动汽车模块,因此,本文基于CarSim/ Similink搭建四轮驱动电动汽车联合仿真平台,并验证其模型准确性,为后续学者继续研究奠定基础。

1 CarSim/Simulink聯合仿真平台搭建

1.1 轮毂电机选型

首先,在Simulink里搭建轮毂电机模型,其次在CarSim平台中设定外接轮毂电机接口,最后将所搭建的轮毂电机模型与CarSim里整车模型进行匹配。本文主要研究的是典型工况下四轮驱动电动汽车稳定性控制模型的准确性,因此电机在各转速下的最大驱动/制动力矩是尤为关键指标因素,故在搭建轮毂电机模型时进行合理简化,即依据电动汽车的动力性能需求对电动汽车轮毂电机选型,确保其满足整车动力性要求。

依据四轮驱动轮毂电机研究要求,选取永磁无刷直流电机作为电动汽车轮毂电机,其峰值扭矩为120N.m,峰值转速为1200r/min,外特性曲线如图1所示。

从图1可知,当电机转速小于等于基速时,轮毂电机控制策略为恒转矩;当电机大于基速时,电机功率为峰值功率,若继续增大车轮转速,由于电机最大功率保持不变,故其提供的最大力矩减小。

1.2 电驱系统建模

依据四轮驱动电动汽车其结构特点对CarSim里B级车作以下几点改动。首先,切去CarSim里B级车原有的动力源,并把动力源接口更改为由外部提供,其次,将B级车其驱动方式由原有的前轮驱动设置为四轮驱动,最后,由于轮毂电机安装在车轮中,故依据轮毂电机重量相应增加车轮的转动惯量以及整车非簧载质量。电驱动系统建模步骤分别如图2、3及4所示[7-8]。

1.3 制动系统建模

四轮驱动电动汽车制动力来源主要由液压、电机两大系统提供。其中,轮毂电机控制器通过改变电机转矩方向来实现电机由驱动/制动模式。

由于轮毂电机制动其相对液压制动具有较快转矩响应、实时性好等优点,故车轮稳定性控制系统一般优先考虑采用电机驱动/制动力矩来使车辆稳定,同时极限工况下需液压制动系统介入,因此,在四轮驱动电动汽车建模时,需搭建液压制动系统,但由于四轮驱动电动汽车优先使用电机力矩来保证车辆稳定性,故可合理降低车辆前、后轮制动效能因素,具体建模如图5所示。

1.4 转向系统建模

在不同载荷下轮胎侧偏力与其侧偏角之间关系如图6所示。

由于车辆在高速运动过程中其轮胎侧偏角较小,故其侧偏力和侧偏角可近似看为线性关系,结合牛顿插值法可获得车辆运动过程中各个载荷时的轮胎侧偏刚度。

1.6 悬架建模

在CarSim中独立对悬架参数化建模,主要包括:悬架刚度、轮距、阻尼参数以车轮中心高度。四轮驱动电动汽车其前、后悬架均采用独立悬架,悬架模型分别如图7、8所示。

2 四轮驱动电动汽车模型准确性验证

由于横摆角速度和质心侧偏角是衡量车辆稳定状态的两个尤为关键指标,为验证所搭建模型的准确性,在双移线工况下进行仿真试验,对比CarSim/Simulink搭建的四轮驱动电动汽车模型与CarSim自带的模型的横摆角速度以及质心侧偏角曲线,如果吻合度较高说明所建立的模型具有较高的准确性。

试验工况:在附着系数为0.85的双移线路面上,四轮驱动电动汽车以60km/h行驶其试验工况横摆角速度和质心侧偏角曲线仿真结果分别如图9、10所示。

综合图9、10可以看出,所建立四轮驱动电动汽车动力学模型与CarSim里自带整车模型输出的横摆角速度、质心侧偏角曲线吻合度均较高。仿真结果表明,所搭建的四轮驱动电动汽车整车模型与Carsim自带的整车模型动力学响应特性大致吻合,所建立的四轮驱动电动汽车模型具有较高的精确度。

3 结论

(1)以CarSim里B级车为基准车建立四轮驱动电动汽车多体动力学模型。

(2)在典型双移线工况下,验证了该四轮驱动电动汽车模型的准确性。

(3)四轮驱动电动汽车模型精确度的验证为后续车辆稳定性控制研究奠定良好借鉴基础。

参考文献

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[2] Zhang H, Jin X. A Method for New Energy Electric Vehicle Charging Hole Detection and Location Based on Machine Vision[C].Internati -onal Conference on Environment, Materials, Chemistry and Power Electronics. 2016.

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[4] Riekert P, Schunck T E. Zur Fahrmechanik des gummibereiften Kraft -fahrzeugs[J].Ingenieur-Archiv, 1940, 11(3):210-224.

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