电动汽车电驱动电制动系统动态负载模拟研究

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在多种形式电动汽车上,电机可工作于驱动与制动两种状态,相比子传统汽车驱动系统和制动系统,表现出更快和更精确的控制性能。这种特性的引入给汽车相关整车控制技术带来了机遇和挑战,也给相应的台架测试技术带来了挑战。电动汽车动力系统实验台是支撑多种形式电动汽车整车控制技术开发的核心测试装备,其核心技术是电驱动电制动系统动态负载模拟,因此围绕电动汽车电驱动电制动系统动态负载模拟相关关键技术开展研究具有重要的理论意义和实用价值。  为满足电动汽车制动能量回收策略的研究测试要求,需进行车辆行驶循环动态工况的台架模拟,对此本文提出了电动汽车电驱动电制动系统动态负载模拟容差控制方法。通过分析基于离线/在线方式与转速/转矩跟随的不同组合方案下实施车辆行驶循环工况模拟的特点,确定了以速度跟随为核心的模拟控制思路;通过计算转速、转矩及功率实际值与期望值之间不同时滞条件下的台架评价指标,建立了台架上转速、转矩和功率控制误差与动态负载模拟效果的关系。在此基础上,开展了电驱动电制动系统动态负载模拟容差控制系统的设计与测试工作,测试结果表明获得了较高的电动汽车行驶循环工况的台架模拟精度。  为满足研究电制动与摩擦制动协调控制技术的试验需求,需在台架上更为精确地模拟车辆速度在制动状态切换动态过程中的变化历程,针对电制动力矩和摩擦制动力矩比值变化自调整和系统非线性特性补偿的需求,本文提出了降低制动状态切换过程中动态负载模拟误差的控制方法。通过建模与机理分析,将制动状态切换过程中动态负载模拟问题分解为线性时变系统控制与非线性补偿两个方面;基于二次型最优控制理论设计了以最小负载模拟偏差为目标的线性时变系统控制方法,实现对电制动与摩擦制动分配系数变化的自适应功能;基于滑模控制理论设计系统非线性特性的补偿方法,实现近似反馈线性化的功能。并针对恒制动强度的典型制动过程中制动状态切换开展了仿真、测试工作,证明了所设计的降低制动状态切换过程中动态负载模拟误差方法的有效性。  为进行电动汽车驱动防滑/制动防抱死控制算法的台架测试,需解除台架模拟控制对滑移率控制的耦合影响,为此本文提出了一种基于模型预估补偿的前馈解耦控制方法。本文进行了台架模拟控制系统与滑移率控制系统耦合机理的分析研究,确定了以扰动前馈结合基于模型预估进行补偿的思路来消除耦合影响;研究设计了基于模型将指定特性从闭环系统中移除而不改变噪声特性的前馈补偿方法,并实现了单一路面条件下在车轮-路面稳定区间基于线性化模型实施负载模拟误差补偿方法的应用、以及变路面条件下在车轮-路面非稳定区间基于期望滑移率模型实施负载模拟误差补偿方法的应用;制定了滑移率控制过程台架模拟的评价方法和指标。在此基础上,开展了车轮-路面稳定区间和非稳定区间滑移率控制过程台架模拟的仿真与测试工作,实现了滑移率变化历程在台架上的准确再现,证明了所设计解耦控制方法的有效性。  本文通过电动汽车电驱动电制动系统动态负载模拟的研究工作,研制了具有模拟电动汽车行驶循环工况、制动状态切换过程和防滑控制过程的试验系统,给电动汽车能量经济性和安全性整车控制技术的研发提供了有效支撑,形成与电动汽车纵向动力学相关的能量经济性、制动平稳性和安全性台架动态负载模拟理论与方法。
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