半主動(dòng)懸架電動(dòng)輪汽車的動(dòng)力學(xué)特性與振動(dòng)控制研究.pdf

1、作為未來電動(dòng)汽車的發(fā)展方向及關(guān)鍵技術(shù)，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)輪汽車因其具有諸多優(yōu)勢(shì)已成為全球汽車工業(yè)的研究熱點(diǎn)。但目前該類電動(dòng)汽車的研發(fā)尚處于起步階段，關(guān)鍵技術(shù)還沒有完全突破，還存在一些不足，主要體現(xiàn)在:輪轂電機(jī)的本體設(shè)計(jì)和電動(dòng)輪的集成問題、輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)引起車輛平順性下降和控制策略不成熟等方面。本文著眼于解決電動(dòng)輪汽車由于輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)而導(dǎo)致的平順性下降問題，從改善振動(dòng)傳遞途徑入手，提出一種內(nèi)置磁流變半主動(dòng)懸架的多功能電動(dòng)輪系統(tǒng)。理論上，基于

2、半主動(dòng)懸架的電動(dòng)輪汽車是一種復(fù)雜的智能機(jī)電系統(tǒng)，目前，國(guó)內(nèi)外尚沒有相關(guān)技術(shù)的解密報(bào)道，輪轂電機(jī)的電磁激勵(lì)對(duì)該類汽車動(dòng)力學(xué)特性的影響尚未引起廣泛關(guān)注，而半主動(dòng)懸架的應(yīng)用主要集中在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，而且尚有問題待解決，有關(guān)半主動(dòng)懸架在電動(dòng)輪汽車上的應(yīng)用研究則更少。因此，基于輪內(nèi)半主動(dòng)懸架，對(duì)電動(dòng)輪汽車的動(dòng)力學(xué)特性和振動(dòng)控制進(jìn)行深入研究，不但具有一定的理論研究?jī)r(jià)值，而且具有廣泛的應(yīng)用前景。具體工作包括以下幾方面:
　　(1)回顧和總結(jié)了國(guó)

3、內(nèi)外電動(dòng)輪汽車技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)有電動(dòng)輪汽車存在的兩大主要問題:①非簧載質(zhì)量增加導(dǎo)致電動(dòng)輪汽車的垂向振動(dòng)負(fù)效應(yīng)問題;②輪轂電機(jī)的電磁振動(dòng)導(dǎo)致電動(dòng)輪汽車平順性下降問題。為解決上述問題提出了一種集動(dòng)力、減振、制動(dòng)和行駛為一體的高效緊湊的多功能電動(dòng)輪結(jié)構(gòu)方案。根據(jù)電動(dòng)汽車的動(dòng)力和減振要求，考慮車輪尺寸約束，分別確定了盤式永磁輪轂電機(jī)和磁流變減振器的結(jié)構(gòu)方案及尺寸參數(shù)，基于Bingham粘塑性模型和粘性流體力學(xué)理論建立了混合工作模式

4、下的磁流變減振器數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其工作性能進(jìn)行了仿真分析，最后構(gòu)建了內(nèi)置磁流變半主動(dòng)懸架的多功能電動(dòng)輪的虛擬樣機(jī)，為電動(dòng)輪汽車的動(dòng)力學(xué)分析提供了研究對(duì)象的實(shí)體模型和參數(shù)。
　　(2)提出圍繞“路面——輪轂電機(jī)——汽車——人”新的系統(tǒng)框架對(duì)電動(dòng)輪汽車的平順性進(jìn)行分析。對(duì)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)輪汽車進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，應(yīng)用動(dòng)力學(xué)基本理論和狀態(tài)空間法分別建立了二自由度1/4車和七自由度整車的動(dòng)力學(xué)模型。具體建立了各種路面輸入模型;基于電磁場(chǎng)基本理論和

5、磁路法對(duì)盤式輪轂電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和電機(jī)切向力進(jìn)行分析，應(yīng)用力學(xué)原理和數(shù)值計(jì)算方法得到了輪轂電機(jī)的垂向電磁激振力，為后續(xù)電動(dòng)輪汽車的動(dòng)力學(xué)特性分析和振動(dòng)控制提供了模型基礎(chǔ)。
　　(3)基于建立的電動(dòng)輪汽車動(dòng)力學(xué)模型，應(yīng)用拉氏變換法得到了車身垂向加速度、懸架動(dòng)撓度和輪胎動(dòng)位移等平順性指標(biāo)相對(duì)于路面輸入的傳遞函數(shù)，并推導(dǎo)出了三個(gè)平順性指標(biāo)的均方根值計(jì)算式。結(jié)合幅頻特性和時(shí)域響應(yīng)均方根，全面分析了系統(tǒng)參數(shù)的變化對(duì)平順性的影響規(guī)律，然后基于擾

6、動(dòng)法對(duì)各平順性指標(biāo)相對(duì)于各參數(shù)變化的靈敏度進(jìn)行了分析，并找出影響平順性的主要參數(shù)。另外，還研究了輪轂電機(jī)電磁振動(dòng)對(duì)平順性的影響，對(duì)“路面+電磁”雙重激勵(lì)下的1/4車和整車平順性進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果表明:輪轂電機(jī)電磁力增加了對(duì)車輛平順性的不利影響。以上電動(dòng)輪汽車動(dòng)力學(xué)特性的研究為電動(dòng)輪汽車振動(dòng)控制策略的研究提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)方向。
　　(4)將單一輸入規(guī)則群（Single Input Rule Modules，簡(jiǎn)稱SIRMs）

7、模糊推理模型應(yīng)用到電動(dòng)輪汽車半主動(dòng)懸架控制策略中。首先對(duì)基于SIRMs的1/4電動(dòng)輪汽車半主動(dòng)懸架模糊控制算法進(jìn)行了研究，仿真結(jié)果表明:與被動(dòng)懸架和經(jīng)典模糊控制策略相比，基于SIRMs的模糊控制策略能更好地控制車輛振動(dòng)，且算法簡(jiǎn)便易行;然后把該控制策略推廣到整車振動(dòng)控制，結(jié)合四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)輪汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)整車振動(dòng)產(chǎn)生原理進(jìn)行分析，分別構(gòu)建了基于經(jīng)典模糊控制策略的整車模糊控制器和基于SIRMs模糊控制策略的整車雙環(huán)模糊控制器，并完成