分布式驅(qū)動純電動汽車的協(xié)調(diào)主動控制、關鍵技術及問題探討課件

分布式驅(qū)動純電動汽車的協(xié)調(diào)主動控制、關鍵技術及問題探討分布式驅(qū)動純電動汽車的協(xié)調(diào)主動控制、關鍵技術及問題探討1研究背景關鍵技術發(fā)展態(tài)勢結(jié)論1243第十八屆中國科協(xié)年會-中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇西安研究背景關鍵技術發(fā)展態(tài)勢結(jié)論1243第十八屆中國科協(xié)年會-2研究背景關鍵技術發(fā)展態(tài)勢結(jié)論1243第十八屆中國科協(xié)年會-中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇西安研究背景關鍵技術發(fā)展態(tài)勢結(jié)論1243第十八屆中國科協(xié)年會-31.研究背景能源危機據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，自2009年中國首次成為世界第一汽車生產(chǎn)和消費國后，我國已成為世界第二石油進口大國，進口比例將達84%，遠遠高于30%的安全警戒線。環(huán)境污染汽車石油燃燒產(chǎn)生的大量廢氣排放、產(chǎn)生的二氧化碳則是導致溫室效應的罪魁禍首；排放物中的二氧化氮和硫化物嚴重危害居民的身體健康，霧霾隨處可見，空氣環(huán)境污染日益凸顯。1.1傳統(tǒng)車引發(fā)的問題1.研究背景能源危機環(huán)境污染1.1傳統(tǒng)車引發(fā)的問題41.研究背景傳統(tǒng)汽車底盤電控系統(tǒng)并不完全適用于新型的四輪驅(qū)動電動汽車。若缺少一個合理的整體模型和控制架構，會加大各基本控制單元功能之間的矛盾，限制汽車性價比的提高。傳統(tǒng)汽車底盤結(jié)構新型四輪驅(qū)動汽車底盤結(jié)構

在能源、環(huán)境等方面，四輪驅(qū)動電動汽車都表現(xiàn)出極大的潛力，開發(fā)和研究四輪驅(qū)動電動汽車意義重大。1.2分布式驅(qū)動電動汽車1.研究背景傳統(tǒng)汽車底盤電控系統(tǒng)并不完全適用于新型的四輪驅(qū)動51.研究背景1.2分布式驅(qū)動電動汽車解決電動汽車在高速行駛狀態(tài)下的側(cè)滑及瞬態(tài)失穩(wěn)問題是個挑戰(zhàn)；輪轂電機驅(qū)動的電動汽車改變了傳統(tǒng)底盤結(jié)構，對底盤各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制提出了挑戰(zhàn)；現(xiàn)有車載傳感器難以準確獲取整車狀態(tài)變量和參數(shù)，對電動汽車提高容錯性和降低成本提出了挑戰(zhàn)。1.研究背景1.2分布式驅(qū)動電動汽車解決電動汽車在高速行駛狀61.研究背景電動汽車環(huán)保優(yōu)點電動汽車使用電能可以保證全球的能源安全，而電能可以使用多種可再生能源例如水能、潮汐能、風能、太陽能等；電動汽車更可以實現(xiàn)城市交通的零排放，使用電動汽車可以大大的減少全球空氣污染。分布式驅(qū)動電動汽車節(jié)能優(yōu)點與集中式驅(qū)動電動汽車相比,分布式驅(qū)動電動汽車使用輪轂電機直接驅(qū)動車輛，動力傳動鏈縮短，由于傳動系統(tǒng)的簡化，能量損失較少，提高了傳動效率。1.2分布式驅(qū)動電動汽車優(yōu)點--節(jié)能環(huán)保集中式與分布式驅(qū)動結(jié)構1.研究背景電動汽車環(huán)保優(yōu)點分布式驅(qū)動電動汽車節(jié)能優(yōu)點1.271.研究背景分布式驅(qū)動電動汽車全新底盤結(jié)構分布式驅(qū)動電動汽車使用輪轂電機直接將動力傳遞給車輪，取消了離合器、變速器、傳動軸、差速器等傳動部件，大大簡化了底盤結(jié)構,也大量地節(jié)省了車內(nèi)空間；提高了整車動力系統(tǒng)布置的靈活性。分布式驅(qū)動電動汽車靈活的動力學操縱分布式驅(qū)動電動汽車使用使用線控系統(tǒng)，輪轂電機、懸架系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等集成于車輪輪轂之中，驅(qū)動制動力控制靈活迅速，方便動力學估計與協(xié)調(diào)集成控制，可以實現(xiàn)相同平臺不同車型的快速開發(fā)，提高了底盤的集成度，便于汽車操縱模式的革新。1.3分布式驅(qū)動電動汽車優(yōu)點—底盤優(yōu)點集中式驅(qū)動底盤分布式驅(qū)動底盤1.研究背景分布式驅(qū)動電動汽車全新底盤結(jié)構分布式驅(qū)動電動汽車8研究背景關鍵技術發(fā)展態(tài)勢結(jié)論1243第十八屆中國科協(xié)年會-中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇西安研究背景關鍵技術發(fā)展態(tài)勢結(jié)論1243第十八屆中國科協(xié)年會-92.關鍵技術電動汽車動力學系統(tǒng)估計整車動力學協(xié)調(diào)與集成控制技術車輛動力學不確定與時滯問題分布式驅(qū)動電動汽車關鍵技術挑戰(zhàn)系統(tǒng)參數(shù)估計復合制動協(xié)調(diào)控制轉(zhuǎn)向與懸架協(xié)調(diào)控制車輛動力學不確定問題車輛動力學時滯問題2.關鍵技術電動汽車動力學系統(tǒng)估計整車動力學協(xié)調(diào)車輛動力學102.關鍵技術車輛系統(tǒng)參數(shù)估計需求測量關鍵參數(shù)的傳感器較為昂貴；信號可靠性未完全解決，例如，GPS信號在山區(qū)，隧道中斷。常需要估計的關鍵電動汽車參數(shù)常見的需要估計的車輛參數(shù)：車輛縱向速度，側(cè)向速度，車輛質(zhì)心側(cè)偏角，路面附著系數(shù)等。2.1電動汽車系統(tǒng)參數(shù)估計2.1.1電動汽車系統(tǒng)參數(shù)估計對象與算法全新的容積卡爾曼濾波(CKF)與EKF,UKF相比，2009年I.Arasaratnam和S.Haykin兩位學者提出CKF，其核心是采用三階球面-相徑容積規(guī)則對高斯加權積分進行近似；具有顯著優(yōu)點；2.關鍵技術車輛系統(tǒng)參數(shù)估計需求常需要估計的關鍵電動汽車參數(shù)112.關鍵技術2.1電動汽車系統(tǒng)參數(shù)估計2.1.2電動汽車系統(tǒng)參數(shù)估計過程測量信號方向盤轉(zhuǎn)角橫擺角速度橫擺角加速度輪速估計的車輛狀態(tài)車輛縱向速度側(cè)向速度車輛質(zhì)心側(cè)偏角估計的車輛狀態(tài)路面附著系統(tǒng)全新的車輛參數(shù)CKF聯(lián)合估計過程2.關鍵技術2.1電動汽車系統(tǒng)參數(shù)估計2.1.2電動汽車系統(tǒng)122.關鍵技術回饋制動能量回饋制動(Regenerativebrakingsystem,RBS)在車輛制動過程中，電動機以發(fā)電方式工作，能將汽車的動能或勢能轉(zhuǎn)化成電能存貯到電池中，是提高混合動力電動汽車能源利用率和延長其行駛里程的一項重要技術；液壓防抱死制動考慮到電機的制動效能以及制動工況下的制動穩(wěn)定性，電動汽車也裝備液壓防抱死制動(Antilockbrakingsystem,ABS)；如何在保證車輛制動穩(wěn)定性的同時有效地提高制動能量的回收效率，協(xié)調(diào)制動工作，是電動汽車研究的關鍵性技術之一。2.2整車動力學協(xié)調(diào)與集成控制技術2.2.1電動汽車回饋與液壓復合制動協(xié)調(diào)控制理論液壓ABS系統(tǒng)的結(jié)構1-輪速傳感器；2-制動液壓裝置；3-繼電器；4-電子控制裝置；5-制動警示燈；6-防抱死警示燈；7-前制動器；8-后制動器；9-組合液位開關2.關鍵技術回饋制動液壓防抱死制動2.2整車動力學協(xié)調(diào)與集成132.關鍵技術2.2整車動力學協(xié)調(diào)與集成控制技術2.2.2電動汽車回饋與液壓復合制動協(xié)調(diào)控制過程新歐洲循環(huán)行駛工況結(jié)果復合制動力矩回饋能量電動汽車RBS與ABS協(xié)調(diào)制動控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)過程效率電機驅(qū)動/制動總效率車載電池SOC、充電內(nèi)阻與溫度關系2.關鍵技術2.2整車動力學協(xié)調(diào)與集成控制技術2.2.2電動142.關鍵技術車輛子動力學系統(tǒng)的協(xié)調(diào)理論近年來，為提高車輛乘坐舒適性、安全性和操縱穩(wěn)定性，各種車輛動力學控制系統(tǒng)例如主動防抱死系統(tǒng)ABS，主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)AFS,主動懸架系統(tǒng)ASS，得到了巨大的發(fā)展和廣泛的應用。而整車性能的提高則依賴于各個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。主動轉(zhuǎn)向與主動懸架功能AFS通過電機根據(jù)車速和行駛工況修正轉(zhuǎn)向角,低、中速時，提高轉(zhuǎn)向的靈敏性和操縱性；高速時提高車輛的穩(wěn)定性和安全性；

ASS主動懸架是根據(jù)汽車的運動和路面狀況，適時地調(diào)節(jié)懸架的主動力來改變剛度和阻尼，使其處于最佳減振狀態(tài),可以在車身振動的全頻段范圍內(nèi)兼顧汽車的平順性與操縱穩(wěn)定。2.2整車動力學協(xié)調(diào)與集成控制技術2.2.3主動轉(zhuǎn)向與主動懸架協(xié)調(diào)控制協(xié)調(diào)控制理論電動汽車線控主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電動汽車電磁主動懸架系統(tǒng)2.關鍵技術車輛子動力學系統(tǒng)的協(xié)調(diào)理論主動轉(zhuǎn)向與主動懸架功能152.關鍵技術2.2整車動力學協(xié)調(diào)與集成控制技術2.2.4主動轉(zhuǎn)向與主動懸架協(xié)調(diào)控制協(xié)調(diào)控制過程轉(zhuǎn)向懸架系統(tǒng)建?；诜€(wěn)定域的穩(wěn)定性協(xié)調(diào)矢量協(xié)調(diào)過程中的穩(wěn)定域協(xié)調(diào)結(jié)果2.關鍵技術2.2整車動力學協(xié)調(diào)與集成控制技術2.2.4主動162.關鍵技術2.3車輛動力學不確定與時滯問題2.3.1車輛動力學不確定魯棒控制魯棒控制結(jié)果車輛動力學系統(tǒng)的不確定問題車輛運行工況復雜，車輛行駛過程中面臨載荷參數(shù)的變化，車輛動力學中的參數(shù)攝動不確定性問題處理是否得當極大地約束極限工況下的車輛操縱穩(wěn)定性。車輛動力學系統(tǒng)的不確定魯棒控制為應對車輛動力學學參數(shù)不確定的挑戰(zhàn)，研究mu綜合魯棒控制,變增益魯棒動力學控制。使設計的電動汽車動力學棒控制器不僅可使其具有良好操縱性能魯棒性和穩(wěn)定魯棒性,即對外界千擾具有很好的抑制性能且不敏感于車輛參數(shù)變化。2.關鍵技術2.3車輛動力學不確定與時滯問題2.3.1車輛動172.關鍵技術2.3車輛動力學不確定與時滯問題2.3.2車輛動力學時滯控制時滯影響車輛動力學系統(tǒng)的時滯問題時滯是工程中普遍遭遇的問題，在車輛動力學控制系統(tǒng)中，信號獲取與傳輸、液壓/電機執(zhí)行機構的執(zhí)行、車輛中央處理單元的計算均存在時滯現(xiàn)象，忽略時滯會影響車輛動力學系統(tǒng)的控制性能，甚至直接導致車輛動力學系統(tǒng)的意外失穩(wěn)；。車輛動力學系統(tǒng)的不確定魯棒控制為應對車輛動力學學參數(shù)時滯的挑戰(zhàn)，面對車輛動力學系統(tǒng)存在的執(zhí)行時滯現(xiàn)象，研究時滯對車輛動力學系統(tǒng)的影響，設計無記憶反饋最優(yōu)魯棒保成本控制器，來處理車輛動力學系統(tǒng)存在的時滯，能提高車輛行駛過程中的操作穩(wěn)定性與安全舒適性。?？刂平Y(jié)果2.關鍵技術2.3車輛動力學不確定與時滯問題2.3.2車輛動182.關鍵技術2.4東南大學的部分研究成果——四輪轉(zhuǎn)向車輛瞬態(tài)操縱穩(wěn)定性控制機理通過研究汽車底盤系統(tǒng)關鍵特征參數(shù)、敏感變量對車輛穩(wěn)定性的影響，揭示了極端工況下四輪轉(zhuǎn)向汽車的瞬態(tài)操縱穩(wěn)定性控制機理。自主研發(fā)的四輪轉(zhuǎn)向車輛控制系統(tǒng)及實車測試平臺2.關鍵技術2.4東南大學的部分研究成果——四輪轉(zhuǎn)向車輛192.關鍵技術2.4東南大學的部分研究成果——四輪轉(zhuǎn)向車輛瞬態(tài)操縱穩(wěn)定性控制機理：工程應用樣車質(zhì)心位置測試多剛體整車模型剛?cè)狁詈险嚹Ｐ蛯嵻嚪€(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)實驗實車蛇形線實驗實車雙移線實驗應用四輪轉(zhuǎn)向技術研發(fā)的轎車并進行了極限操縱穩(wěn)定性試驗2.關鍵技術2.4東南大學的部分研究成果——四輪轉(zhuǎn)向車輛202.關鍵技術2.4東南大學的部分研究成果——車輛底盤縱橫向耦合動力學魯棒控制機理建立了車輛底盤縱橫向動力學模型，構建了μ綜合魯棒控制框架，揭示了參數(shù)不確定的車輛動態(tài)縱橫耦合穩(wěn)定機理。自主研發(fā)的車輛底盤DYC/ABS/4WS控制系統(tǒng)2.關鍵技術2.4東南大學的部分研究成果——車輛底盤縱橫212.關鍵技術2.4東南大學的部分研究成果——車輛底盤縱橫向耦合動力學魯棒控制機理硬件在環(huán)仿真平臺方案實車試驗平臺方案應用DYC技術研發(fā)依維柯實車試驗平臺并產(chǎn)業(yè)化試驗車輛和道路示意圖低路面附著系數(shù)試驗結(jié)果2.關鍵技術2.4東南大學的部分研究成果——車輛底盤縱橫222.關鍵技術2.4東南大學的部分研究成果——分布式電動汽車狀態(tài)參數(shù)聯(lián)合估計方法提出了基于交互式多模型的車輛系統(tǒng)狀態(tài)聯(lián)合估計方法，揭示了輪轂電機的驅(qū)動狀態(tài)、路面附著系數(shù)和載荷參數(shù)變化融合估計機制汽車在坡道、加速等工況下的整車狀態(tài)參數(shù)變化2.關鍵技術2.4東南大學的部分研究成果——分布式電動汽232.關鍵技術2.4東南大學的部分研究成果——基于多模型的電動汽車時滯及容錯協(xié)調(diào)控制技術分析了電動汽車的時滯穩(wěn)定性，揭示了過驅(qū)動電動汽車失效與重構控制機制，實現(xiàn)了基于多模型的車輛高容錯協(xié)調(diào)主動控制分配方法。自主研發(fā)的過驅(qū)動全地形電動汽車2.關鍵技術2.4東南大學的部分研究成果——基于多模型的242.關鍵技術2.4東南大學的部分研究成果——基于多模型的電動汽車時滯及容錯協(xié)調(diào)控制技術應用后輪雙電機獨立驅(qū)動技術設計制造東南大學方程式純電動賽車單臺電機峰值功率可達80KW2015年參賽榮獲“車輛動力學仿真獎”第一名2.關鍵技術2.4東南大學的部分研究成果——基于多模型的252.關鍵技術2.4東南大學的部分研究成果——基于多模型的電動汽車時滯及容錯協(xié)調(diào)控制技術研發(fā)四輪獨立驅(qū)動純電動汽車在某公司產(chǎn)業(yè)化7.5KWBLDC輪轂電機主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電池組及電池組管理系統(tǒng)全線控電動小車新能源汽車2.關鍵技術2.4東南大學的部分研究成果——基于多模型的26研究背景關鍵技術發(fā)展態(tài)勢結(jié)論1243第十八屆中國科協(xié)年會-中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇西安研究背景關鍵技術發(fā)展態(tài)勢結(jié)論1243第十八屆中國科協(xié)年會-273.發(fā)展態(tài)勢3.1電動汽車未來發(fā)展的三大趨勢電動汽車更安全更節(jié)能更智能全電動化，效率更高簡化結(jié)構，更加輕量線控技術，響應更迅速無人駕駛，更安全網(wǎng)聯(lián)車，個性化服務輪轂驅(qū)動，更靈活方便3.發(fā)展態(tài)勢3.1電動汽車未來發(fā)展的三大趨勢電動汽車更安全更283.發(fā)展態(tài)勢能實現(xiàn)能量回饋和節(jié)能管理與傳統(tǒng)燃油汽車相比，電動汽車使用輪轂電機直接驅(qū)動車輪，其全電動化的驅(qū)動底盤比復雜的機械傳動方式(齒輪傳動，液力傳動)效率高，并能實現(xiàn)制動能量回收，更容易節(jié)能管理，據(jù)研究，相同的行使里程電動汽車能量銷量比傳統(tǒng)燃油汽車最大節(jié)能達到28%。更易實現(xiàn)輕量電動汽車以全電氣化控制傳動系統(tǒng)取代傳統(tǒng)、笨重的機械傳動連接和液壓部件，能大幅簡化底盤結(jié)構，顯著的減輕整車質(zhì)量，相對傳統(tǒng)燃油汽車，更加輕量，據(jù)研究，汽車整車質(zhì)量每減少10%，能量銷量可降低6%-8%，因此，電動汽車將更加節(jié)能。電動汽車輪轂集成3.1電動汽車發(fā)展的三大態(tài)勢3.1.2電動汽車更節(jié)能3.發(fā)展態(tài)勢能實現(xiàn)能量回饋和節(jié)能管理更易實現(xiàn)輕量電動汽車輪轂293.發(fā)展態(tài)勢縮短車輛相應時間電動汽車線控轉(zhuǎn)向制動技術(X-by-wire，X代表轉(zhuǎn)向、制動等)以電子元器件、導線、車上通信網(wǎng)絡取代駕駛員和執(zhí)行機構之間的機械和液壓部件,將來自駕駛員的命令轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘栠M行快速傳輸，能大幅地縮短了車輛控制的響應時間，為車輛緊急避險贏得寶貴的時間，提供安全性。更易實現(xiàn)動力學集成電動汽車采用全電動化的輪轂電機驅(qū)動，可實現(xiàn)各車輪驅(qū)動力和制動力的獨立精確控制，從而使汽車動力學控制更為靈活方便，更易實現(xiàn)車輛底盤側(cè)向動力學主動安全系統(tǒng)（ACC,AEB等）的集成控制,將提高車輛操縱舒適性和車輛穩(wěn)定性。3.1電動汽車發(fā)展的三大態(tài)勢3.1.2電動汽車更安全3.發(fā)展態(tài)勢縮短車輛相應時間更易實現(xiàn)動力學集成3.1電動汽車303.發(fā)展態(tài)勢實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)，更人性化電動汽車的車載網(wǎng)絡更易實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)集成，車聯(lián)網(wǎng)將車與車相連，車與物相連，實現(xiàn)實時信息交換，通過車輛網(wǎng)絡動態(tài)地收集分發(fā)和處理數(shù)據(jù)，使用無線通信方式共享信息，實現(xiàn)車與車，車與物的信息交換，使車與城市網(wǎng)絡相互連接，能實現(xiàn)交通信息與實時導航服務，娛樂及通信服務汽車在車聯(lián)網(wǎng)的幫助下，將更加人性化。更易實現(xiàn)無人駕駛電動汽車電動化控制系統(tǒng)方便利用車載傳感器來感知車輛周圍環(huán)境,并根據(jù)感知所獲得的道路、車輛位置和障礙物信息,實現(xiàn)電動汽車無人駕駛，當發(fā)生操作錯誤時通過使用無人駕駛系統(tǒng)來自動代替人工駕駛，無疑可以減少人為失誤事故的發(fā)生數(shù)量，為人與車輛的安全提供保證。3.1電動汽車發(fā)展的三大態(tài)勢3.1.3電動汽車更智能3.發(fā)展態(tài)勢實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)，更人性化更易實現(xiàn)無人駕駛3.1電動汽313.發(fā)展態(tài)勢3.2電動汽車發(fā)展的產(chǎn)業(yè)化態(tài)勢3.2.1智能電動車各國政府政策支持與企業(yè)應對態(tài)勢美國政府：支持建設交通變革中心（MTC），推動智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范區(qū)建設；計劃斥資40億美元重點發(fā)展無人駕駛；2016年夏末有望出臺美國國家級無人駕駛汽車標準細則。企業(yè)：谷歌、蘋果等IT企業(yè)強勢參與智能網(wǎng)聯(lián)汽車研發(fā)。目標：標準方面占據(jù)制高點，提出2020年強制安裝V2V設備。歐盟政府：歐盟各成員國之間密切合作，具有完備的頂層設計，Horizon2020框架內(nèi)63億歐元被指定用于智能網(wǎng)聯(lián)汽車相關研究與產(chǎn)業(yè)化推動；企業(yè)：具有世界領先的整車企業(yè)和汽車電子零部件供應商。目標：預計2025年左右實現(xiàn)完全自動駕駛汽車量產(chǎn)。日本政府：內(nèi)閣府牽頭制定自動駕駛研發(fā)計劃，提出2030年完全自動駕駛市場化目標，政府各部門第一期研究經(jīng)費總投入24.5億日元；企業(yè)：車企在智能網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展中起到核心作用；現(xiàn)狀：智能交通建設起步較早，交通設施基礎好，全國交通智能化水平高。。3.發(fā)展態(tài)勢3.2電動汽車發(fā)展的產(chǎn)業(yè)化態(tài)勢3.2.1智能電動323.發(fā)展態(tài)勢Tesla電動跑車的異軍突起2012年，美國TeslaMotors公司發(fā)布了全尺寸高性能電動轎車TeslaModelS，SUV車型TeslaModelX，競爭對手則直指寶馬5系，ModelS，X擁有獨一無二的底盤、車身、電動控制系統(tǒng)以及能量儲備系統(tǒng)。最近2016年一季度，特斯拉向全球客戶交付新車14,820臺，同比增長近50%。電動汽車產(chǎn)業(yè)的黑馬特斯拉2003年，TeslaMotors，由斯坦福大學的碩士輟學生埃隆·馬斯克于硅谷成立，2010年已經(jīng)在納斯達克上市，是專門生產(chǎn)及設計純電動汽車的的汽車公司；特斯拉Tesla汽車集獨特的造型、高效的加速、良好的操控性能與先進的電動化控制技術為一身，已經(jīng)成為公路上最快且最為節(jié)省燃料