【摘 要】
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近年来适时四驱汽车以其优越的动力性、转向稳定性及经济性逐渐受到消费者的欢迎,在SUV市场上畅销。基于后驱车辆存在的低附着路面上车轮易打滑、车辆易侧滑等危险现象以及正常路况下性能佳、外观美等优点,现开发出一套基于后驱车辆应用适时四驱系统的控制技术,这对于推动我国自主品牌汽车市场的发展具有积极影响。本文依托国家重点研发计划项目“新能源汽车重点专项”:高性能轮毂电机及模块化总成集成关键技术与应用(编号:
【基金项目】
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国家重点研发计划课题(2021YFB2500703):多系统高效集成轮毂电机行动模块与整车转矩矢量分配技术;
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近年来适时四驱汽车以其优越的动力性、转向稳定性及经济性逐渐受到消费者的欢迎,在SUV市场上畅销。基于后驱车辆存在的低附着路面上车轮易打滑、车辆易侧滑等危险现象以及正常路况下性能佳、外观美等优点,现开发出一套基于后驱车辆应用适时四驱系统的控制技术,这对于推动我国自主品牌汽车市场的发展具有积极影响。本文依托国家重点研发计划项目“新能源汽车重点专项”:高性能轮毂电机及模块化总成集成关键技术与应用(编号:SQ2021YFB2500007)。现以某国产后驱车为原型,将其应用一套电控适时四驱系统,以实现车辆性能的改善,主要通过分析包括轮胎模型在内的车辆动力学特性,研究包括控制电机、传力机构、离合器等部件在内的电机式轴间扭矩分配装置,设计一套合适可靠的适时四驱系统控制技术,最终搭建模型并仿真以验证其控制的有效性。本论文的主要内容包括:(1)分析后轴驱动扭矩对车辆动力性与稳定性的影响。基于车辆动力学模型,通过分析整车动力学特性、轮胎力学特性以及轮胎耦合特性,得到后轴驱动扭矩对车辆纵向动力性和转向稳定性的影响,并搭建车辆模型进行初步验证,为后续控制策略的研究奠定了可靠的理论基础。(2)建立了基于电机驱动多片摩擦离合器的轴间扭矩分配装置模型。首先分析蜗轮蜗杆机构、球凸轮机构以及多片离合器等结构组成的工作原理和动力传递路线;然后研究不同工作状态下的离合器扭矩特性,并得到相关影响因素;接着分析得到了轴间扭矩分配装置中电机驱动离合器部件的控制机理;最后利用Simulink建立轴间扭矩分配装置模型,并通过仿真得到离合器在滑摩与锁止状态下传递的摩擦扭矩特性,其仿真结果显示出传递扭矩具有响应快、准确度高及可靠性强的特点。(3)设计了适时四驱系统的控制策略。首先,基于直行与转向时适时四驱系统扭矩分配需求的不同,提出:直行工况下,采用“基于驾驶员加速意图识别的前馈控制+基于前后轴相对滑移率差值的BP神经网络的PID反馈控制”;转弯工况下,采用“基于车辆横摆角速度偏差和质心侧偏角偏差的滑模自适应反馈控制”。然后,提出协调控制策略:四驱系统与制动系统间的协调;四驱系统与关键指令信号间的协调,其中为识别离合器过热标志位,提出温度估计策略,经Simulink仿真和台架试验验证了策略的可靠性。(4)仿真验证了适时四驱控制策略对整车性能的改善。利用Carsim与Simulink创建适时四驱控制系统的联合仿真环境,设计多个典型的直行和转弯工况,分析仿真结果并验证了所设计控制策略的有效性:对比后驱控制模式,本文设计的适时四驱控制策略能使在低附着系数路面下行驶的车辆具有较高的车轮附着率,有效抑制驱动轮打滑,可大大提高整车的纵向动力性,同时,还能在一定程度上提高转弯行驶车辆的操纵稳定性,减小车辆的转向过度现象,有效抑制车辆侧滑,并控制车辆不偏离轨道。
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