开关磁阻电机不平衡径向力对轮毂驱动电动汽车平顺性和操稳性的影响及控制研究

The comfort and stability of electric vehicles are deteriorated due to the unbalanced radial force introduced by the in-wheel switched reluctance motor. To settle this new problem, a new type of electromagnetic suspension active control technology is proposed. In order to research the effects of the unbalanced radial force on vehicle comfort and stability, the coupling vibration between motor, wheel and vehicle body will be researched, according to the multi-filed coupling characteristics of mechanical, electromagnetic and magnetic field of electric vehicles. By effective combination of body motion control and electromagnetic suspension active control, the unbalanced radial force, the tire dynamic load and the response of vehicle body displacement and acceleration are going to be suppressed via the deployment of compound control of displacement with acceleration and rigid-flexible coupling unidirectional actuating. In order to reduce the negative effect of the linear motor nonlinear factors on electromagnetic suspension control, the adaptive compensation controller will be developed. In light of the above academic and experimental investigation, this project would seek to win important results for the comfort and stability research of electric vehicle, which will be great theoretical and technical supports for our country to develop the in-wheel motor electric vehicle with own intellectual property.

开关磁阻电机不平衡径向力造成轮毂驱动电动汽车平顺性和操稳性恶化，本项目针对这一新问题，通过采用新型电磁主动悬架技术提出有效的改善方法。根据轮毂驱动电动汽车机电磁多场耦合的特点，分析电机、车轮和车身的耦合振动机理，研究不平衡径向力对电动汽车平顺性和操稳性的影响特性；通过车身姿态控制和电磁主动悬架控制的有效结合，实现主动悬架位移、加速度的复合控制、刚柔耦合单向作动，抑制电机不平衡径向力，降低轮胎动载荷和车身位移、加速度响应；针对电磁主动悬架关键执行部件-直线电机的非线性因素影响悬架控制效果这一问题，研究直线电机自适应补偿控制器，保证电磁悬架控制系统的有效性。通过理论研究和实验验证，力争在电动汽车的平顺性和操稳性研究方面取得重要成果，为开发拥有自主知识产权的轮毂驱动电动汽车提供理论基础和技术保障。

开关磁阻电机不平衡径向力造成轮毂驱动电动汽车平顺性和操稳性恶化。本项目针对这一新问题，借助新型电磁主动悬架技术提出了有效的改善方法。开展了理论分析、数值计算与相关试验研究，使电动汽车的平顺性和操稳性进一步提升。在课题关键科学问题的深入剖析、系统建模仿真和轮毂驱动电动车振动控制技术等方面形成了一定的研究成果，具体如下： .1 建立了包含开关磁阻电机不平衡径向力的多维度整车动力学模型。参照实验样车进行适当的假设和简化，建立了包含车轮、悬架和转向子系统的轮毂驱动电动汽车整车动力学模型。该模型根据车轮各部件与转子和定子的机械连接关系，引入了轮毂驱动电机不平衡径向力和动态气隙偏心。.2 明确了不平衡径向力的计算方法。针对开关磁阻电机机电磁多场耦合特性，建立了开关磁阻电机模型，并设计了直接扭矩控制器；以电机驱动力、气隙偏心和定转子重合角为关键参数建立了不平衡径向力的计算模型，实时计算各行驶工况下电机的不平衡径向力。.3 分析了不平衡径向力对整车平顺性和操稳性的影响。针对路面激励、气隙偏心和不平衡径向力各参数的耦合特性，研究了电机、车轮和车身的耦合振动机理，确定了不平衡径向力对车辆平顺性和操稳性的影响。.4 设计了基于直线电机的自适应滤波补偿控制器。分析了电磁悬架非线性特性如电机纹波力、电磁饱和以及机械摩擦等对其性能的影响。设计了电磁悬架的LQG控制器，并通过自适应滤波器进行其控制电流补偿。提升了电磁悬架的作动力及其控制精度，并通过虚拟实验验证了算法的有效性。.5 在上述工作的基础上，进行了电磁主动悬架车身姿态控制研究。从电机、车轮和车身这一机电耦合系统出发，研究了电磁主动悬架抑制电机不平衡径向力、提高车辆平顺性和操稳性的方法。提出一种基于多目标的悬架工作模式，提高了轮边驱动电动车的舒适性和稳定性。