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高速电动轮系统驱动控制研究，硕士学位论文，共87页。
摘要
相比于传统内燃机汽车，电动轮驱动汽车拥有多个独立可控的动力源，更易于实现汽车行驶时的差速、差力和更精确的整车控制，但也使相关控制技术更加复杂化。因此，如何对驱动电机和电动轮驱动力进行正确地控制需要进一步深入分析。本文以电动轮系统驱动控制技术为研究对象，在电动轮驱动电机控制及电动轮驱动力控制两方面展开了研究，其中电动轮驱动力控制又可以进一步分为电动轮驱动防滑控制和电动轮驱动整车动力学控制两部分。
本文建立和分析了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型，由于在三相静止坐标系下电机的转矩方程是与转子位置有关的时变方程，不利于对转矩进行精确控制，而在 dq 坐标系下的电机转矩与转子位置无关；所以结合项目电机的结构特点和对电动轮使用要求的分析，选择直轴电流0di的矢量控制方法作为电机的控制策略，并进一步研究了永磁同步电机矢量控制系统的具体实现方式。
根据对电机矢量控制系统的分析，将电机的电流环和速度环分别校正成典型 I型系统和典型 II 型系统，推导了电流环和速度环调节器的参数计算公式；在此基础上对电机矢量控制系统进行仿真，仿真发现电机采用转速控制或转矩控制都可以取得较好的控制效果，且转矩控制时的系统响应时间要远小于速度控制时的系统响应时间；接下来利用试验台架对电机性能进行了测试，得到了电机的转矩转速特性图等；根据电机的仿真和试验结果，结合电动轮的使用工况以及对整车四轮速度耦合关系的分析，决定将转矩作为电机的控制目标。
研究了模型跟踪控制和滑模变结构控制两种电动轮驱动防滑控制方法，提出了基于分段线性插值的路面识别算法；根据对四分之一车辆模型的仿真，发现采用模型跟踪控制只需根据车轮的转速信息就能抑制车轮的过度滑转；同时，提出的分段线性插值算法可以有效地对不同路面进行识别；且以路面识别为基础的电动轮滑模变结构控制可以很好地保证车轮的实际滑转率跟随最优滑转率变化。 建立了汽车七自由度模型、轮胎模型和电机模型，提出了整车动力学分层控制方案，包括上层整车运动控制器和下层驱动力分配控制器；根据对汽车理想行驶特性的分析，整车运动控制器将汽车横摆角速度和纵向加速度作为控制目标量，采用 PI 控制算法来计算控制器的输出量；驱动力分配控制器以降低总的轮胎利用率为优化目标，采用加权最小二乘法进行四轮驱动力分配；对七自由度汽车模型的仿真结果表明，本文提出的整车动力学控制方法既可以有效保证汽车的运动状态跟踪理想值变化，也可以消除四轮驱动电机相互间差异性给汽车直线行驶稳定性带来的影响；另外，研究还发现通过将整车动力学控制和模型跟踪控制进行集成得到电动轮驱动力控制，其在低附着系数地面上依然能够保证汽车安全行驶。
关键词：电动轮，永磁同步电机，矢量控制，驱动防滑控制，整车动力学控制

目 录
中文摘要 I
英文摘要 III
1 绪 论 1
11 论文的研究背景及意义 1
12 电动轮驱动系统及其控制技术研究现状 2
121 电动轮系统的发展 2
122 永磁同步电机控制技术研究现状 4
123 电动轮驱动力控制研究现状 5
13 论文的研究思路及主要内容 6
2 高速电动轮系统驱动电机及其控制研究 9
21 永磁同步电机的典型结构 9
22 永磁同步电机的数学模型 10
221 统一电机理论 10
222 电机在三相静止坐标系下的数学模型 11
223 坐标变换 12
224 电机在 dq 旋转坐标系下的数学模型 14
23 永磁同步电机矢量控制研究 15
24 空间矢量 SVPWM 脉宽调制技术 16
241 空间矢量 SVPWM 脉宽调制技术的原理 17
242 空间矢量 SVPWM 脉宽调制技术的实现 18
243 扇区的判定 21
25 永磁同步电机矢量控制系统实现 22
26 本章小结 22
3 高速电动轮系统驱动电机仿真及试验 25
31 速度/电流环调节器设计 25
311 电流环调节器设计 25
312 速度环调节器设计 26
32 永磁同步电机矢量控制系统仿真 27
33 驱动电机及其控制系统台架试验 31
34 电动轮驱动电机控制目标的选择 34
35 本章小结 34
4 高速电动轮系统驱动防滑控制研究 35
41 电动轮驱动防滑控制问题描述 35
42 电动轮驱动模型跟踪控制研究 36
43 电动轮驱动路面识别研究 41
431 电动轮驱动路面利用附着系数计算 41
432 电动轮驱动滑转率计算 41
433 路面识别研究 42
44 电动轮驱动滑模变结构控制研究 45
45 本章小结 50
5 高速电动轮驱动整车动力学控制研究 51
51 汽车行驶动力学模型 51
511 七自由度车辆数学模型 51
512 非线性轮胎模型 52
513 电机模型 54
52 整车动力学控制分析 54
521 汽车线性二自由度操纵模型分析 55
522 汽车理想运动模型分析及控制 56
523 驱动力分配控制 58
53 整车动力学控制仿真分析 59
531 正弦转向工况仿真分析 59
532 斜阶跃转向工况仿真分析 61
54 多轮驱动电机差异对汽车直线行驶稳定性的影响 63
55 基于模型跟踪控制的整车动力学控制 66
56 本章小结 69
6 总结与展望 71
61 论文总结 71
62 工作展望 72
致 谢 73
参考文献 75
附 录 79
A 研究期间发表的学术论文及研究成果： 79
B 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目： 79