Dual-steering mode based on direct yaw moment control for multi-wheel hub motor driven vehicles:Theoretical design and experimental assessment

One of the main challenges for multi-wheel hub motor driven vehicles is the coordination of individual drivetrains to improve mobility and stability in the steering process.This paper proposes a dual-steering mode based on direct yaw moment control for enhancing vehicle steering ability in complex environ ments.The control system is designed as a hierarchical structure,with a yaw moment decision layer and a driving force distribution layer.In the higher-level layer,the objective optimization function is con-structed to obtain the slip steering ratio,which represents the degree of vehicle slip steering in the dual-steering mode.Ayaw moment controller using active disturbance rejection control theory is designed for continuous yaw rate control.When the actual yaw rate of the vehicle deviates from the reference yaw rate obtained by the vehicle reference model and the slip steering ratio,the yaw moment controller isactuated to determine the yaw moment demand for vehicle steering.In the lower-level layer,there is a torque distribution controller based on distribution rules,which meets the requirement of yaw moment demand without affecting the total longitudinal driving force of the vehicle.For verifying the validity and feasibility of the dual-steering mode,simulations were conducted on the hardware-in-loop real-time simulation platfomm.Additionally,corresponding real vehicle tests were carried out on an eight-wheel prototype vehicle.Test results were generally consistent with the simulation results,thereby demon-strating that the proposed dual-steering mode reduces steering radius and enhances the steering per-formance of the vehicle.

Review:Research Progress for Electric Vehicle Hub Motor Driving Technology

Due to high efficiency,high controllability,high integration,lightweight,and other advantages,electric vehicle with hub motor driving technology has become an emerging trend of chassis technology.This paper concludes the current state⁃of⁃the⁃art of hub motor drive technologies.Firstly,it summarizes recent hub motor drive products and makes suggestions for hub motor drive schemes in different application scenarios.Then research on hub motor drive key technologies such as integrated design,thermal optimization,lightweight,and intensity optimization is investigated.Considering the high response accuracy and zero delay characteristic of hub motor driving system combined with advanced distributed dynamics control technology that can further improve vehicle performance,this paper also analyzes existing chassis dynamics control technologies of hub motor driving system.Considering the development trend of vehicle electrification,intelligentization,network connection,and current research,this paper makes some forecasts for hub motor drive technologies development in the conclusion.

The Summary of the Research on the Compound Braking Strategy of Four Wheel Hub Motor Drive Electric Vehicle

This paper describes in detail three kinds of typical compound braking strategy of wheel motor drive electric vehicle and summarizes the current commonly used strategies based on the three typical strategies developed. In the end, a new compound braking strategy is proposed;that is, we take braking mode classify, ECE regulations and SOC value of the battery as an important reference of braking force that joins the motor braking force, as well as we join the different identification models;according to the different braking modes, the purpose is that we can apply the different braking program.

分布式驱动车辆操纵稳定性控制综述

为研究分布式驱动车辆的驱动控制问题,从转向控制、独立驱动控制及2个系统联合控制等3个角度入手,分析了分布式驱动车辆操纵稳定性控制策略的研究进展。首先,基于转向控制技术对影响操纵稳定性的方面进行分类;其次,分析了分层式与集中式控制结构的特点;然后,分析了基于控制结构的操纵稳定性研究;最后,结合分布式驱动车辆操稳性改善的研究现状和技术进展,展望了未来的发展趋势。

分布式驱动电动汽车横向稳定性抗饱和滑模控制

【目的】探讨轮毂电机输出转矩的幅值和响应速度饱和的问题。【方法】以分布式电动驱动汽车为研究对象,结合二阶嵌套饱和函数对滑模控制进行抗饱和设计,并基于轮毂电机的峰值转矩及其在台架试验中的实际响应设计抗饱和滑模控制器的上下限参数。【结果】抗饱和滑模控制器能严格限制直接横摆力矩的幅值和变化速率,能极大地提高极限工况下车辆的横向稳定性。【结论】本文提出的方法有效解决了极限工况下轮毂电机易陷入饱和的问题,避免了因车轮滑移导致车辆失稳。

双轮毂电机驱动力矩在线分配控制方法研究

针对双轮毂电机驱动汽车的高效低耗能问题,提出一种考虑双轮毂电机驱动力矩在线实时反馈的优化方法。首先,建立轮毂电机能耗模型、动力学模型以及转矩分配控制模型;其次,以轮毂电机驱动效率为目标,以轮毂电机转矩、转速和能耗为不等式约束,建立基于加入异变序列的QPSO-LSTM算法的优化模型;最后,搭建Lab-VIEW软件实验平台,使轮毂电机在716 N·m转矩峰值和1000 r/min转速峰值的约束条件下稳定输出。结果表明,软件平台可实时监测并调整驱动车辆系统数据,在FTP-75工况下,加入异变序列的QPSO-LSTM算法比量子遗传算法和粒子群算法的单循环能耗分别降低了2.98%和4.64%;在CLTC-P工况下,单循环能耗分别降低了3.06%和4.81%。

轮毂电机电动汽车空气悬架阻尼GA-LQR控制研究

针对轮毂电机驱动电动汽车因电机内部不平衡电磁力引起的负面振动加剧等问题,提出一种基于遗传算法的线性二次型调节器(GA-LQR)的空气悬架阻尼控制方法。建立包含轮毂电机和空气悬架系统的轮毂电机驱动电动汽车8自由度半车动力学模型,并进行实车试验验证模型;仿真分析路面激励和不平衡电磁力两者对电动汽车垂向振动的影响;根据最优控制理论提出LQR控制策略,并通过遗传算法对LQR控制中的加权矩阵Q和R进行全局搜索优化,构建了GA-LQR阻尼控制器。仿真结果表明:相较于被动悬架和LQR控制的空气悬架,基于GA-LQR控制的空气悬架对电动汽车各评价指标的改善效果明显,可有效抑制轮毂电机因偏心引起的不良振动,极大地提高车辆的乘坐舒适性。

设施园艺移动平台分布式驱动自适应防滑控制

针对设施园艺特殊作业场景对电驱移动平台灵活作业与高操纵稳定性需求,该研究设计了一种四轮轮毂电机独立驱动的分布式设施园艺电驱移动平台,并提出了一种可提高转向灵活性与稳定性的自适应防滑控制策略。在该控制策略中,首先构建电驱移动平台动力学模型与Ackermann差速转向模型,结合速度瞬心原理及轮胎侧偏角确定各车轮转向目标转速;其次,为提高电驱移动平台对时变附着系数的适应能力,采用改进的强跟踪自适应无迹卡尔曼滤波算法设计复杂路面识别器,实现对路面附着系数准确估计;最后,设计基于自适应滑模算法的防滑控制器,根据路面附着系数估计值确定车轮相对最佳滑转率并实时控制滑转率。为验证所提控制策略的有效性,开展了Carsim-MATLAB/Simulink联合仿真与分布式设施园艺电驱移动平台实车试验。试验结果表明,所提控制策略可准确估计复杂道路下路面附着系数,降低车轮滑转率误差;在不变路面、对接路面与对开路面3种工况下,左侧车轮滑转率误差分别为0.031、0.015和0.038,右侧车轮滑转率误差分别为0.026、0.005和0.028;在不变路面与随机路面实测路况下,电驱移动平台路面附着系分别数约为0.44和0.47,最大滑转率分别约为0.69和0.68,有效抑制了轮胎转向时的过度滑转,提高了电驱移动平台的行驶稳定性。研究可为设施园艺车辆驱动防滑控制提供具体理论依据和实施方案。

一种通轴式内转子电动自行车减速装置的设计与优化分析

分析现有电动自行车所用轮毂电动机的整体结构,针对轮毂电动机内转子采用左右半轴结构时出现的不稳定性、噪声较大等问题,优化设计了一种通轴式内转子加减速装置的轮毂电动机结构。基于优化设计理论,以减速装置总体积最小为目标函数进行优化,采用Creo软件绘制优化后的减速装置三维模型,利用Ansys Workbench软件对其进行有限元分析,校核了结构的强度和刚度。结果表明,新设计克服了电动自行车轮毂电动机内采用左右半轴的缺陷,减速装置优化后体积下降了8.6%,且结构设计强度和刚度满足要求,验证了结构的合理性。为电动自行车轮毂电动机结构设计及优化提供了新思路和理论依据。

永磁无刷轮毂电机轮对系统同步工况下的协调控制策略

针对双轮毂电机在负载不平衡工况下转速同步精度不够及同步响应速度不快的问题,该文提出速度环补偿PID交叉耦合同步控制和电流环补偿PID交叉耦合同步控制策略。首先,建立双轮毂电机的数学模型,采用双闭环六步方波控制。基于该模型,采用速度环补偿PID交叉耦合同步控制代替单增益交叉耦合控制器,使转速同步调节精度提升。在两侧电机负载不平衡工况下,用电流环补偿PID交叉耦合控制方法进一步提升转速同步精度,同时加快同步响应速度,并兼顾了转矩精度。仿真和实验验证了所提控制策略的正确性和有效性。

无人战车轮毂电机稳定性控制策略研究

为了降低无人战车轮毂电机外部受到的大负载扰动提出了基于滑模负载转矩观测器的自抗扰控制(Active Dis-turbance Rejection Control,ADRC)策略,可以即时观测负载扰动变化,并将观测到的负载转矩变化前馈至转矩电流中,从而提升了速度控制系统的响应速度、减小了转矩波动。利用Simulink软件仿真,对滑模速度控制、滑模负载转矩观测器及ADRC速度环控制进行了对比分析。根据仿真结果可知,该模型平稳度高、系统抗扰能力强。

轮毂电机驱动车轮不平衡电磁力分析

为分析电机齿槽形状、极对数和不同类型的偏心等因素对轮毂电机不平衡电磁力的影响,对表贴式外转子永磁同步轮毂电机建立有限元模型,基于电磁仿真,得到气隙处磁场密度图像。研究结果表明:电机齿槽的开口尺寸、齿槽的对称程度以及齿槽是否采用圆角均会影响不平衡电磁力数值;极对数的改变显著影响电机整体磁场密度的分布,随着极对数的增加,气隙磁场密度显著增大,不平衡电磁力呈类指数级增大且分布更均匀;不同类型的偏心均会导致电机不平衡电磁力的增加,其中在动偏心和混合偏心下不平衡力产生复杂谐波,其基波周期增大的倍数均与极对数呈现相关性。

轮毂电机技术在新能源汽车上的应用分析

近年来,随着新能源汽车技术的快速发展,传统的汽车驱动方式已经不能满足新能源汽车的发展需求。轮毂电机技术是一种新型驱动方式,可以为新能源汽车提供更多的动力。轮毂电机技术能够提高新能源汽车的行驶里程,对新能源汽车的发展具有重要意义。基于此,本文就轮毂电机技术的特点、目前存在的问题以及优化措施进行阐述和分析,希望对中国新能源汽车产业实现稳步发展有一定的促进意义。

轮毂电机再生制动与摩擦制动制动力分配策略研究

为了提高轮毂电机电动汽车再生制动的占比与制动能量回收,提出了一种新的复合制动系统制动力分配策略。首先,针对轮毂电机再生制动和线控摩擦制动的特点,结合车辆参数及ECE法规对制动性能的要求,提出不同条件下的前后轴制动力分配策略。其次,根据不同制动工况提出集成制动装置内部再生制动和摩擦制动之间的制动力分配策略。最后,在Matlab/Simulink软件中模拟不同工况、不同强度下的制动过程。结果表明:所提策略可以充分利用再生制动的优势,为摩擦制动分担部分制动需求,且在小强度制动时再生制动占比较高。

内置式永磁游标轮毂电机结构参数多目标优化

外转子内置式永磁游标电机采用了磁调制原理,其内嵌永磁的结构能够提供额外的磁阻转矩,在低速大转矩方面有显著优势。研究了V形内置永磁游标电机,针对其磁路结构复杂、电磁参数多、不同性能指标之间难以平衡的问题,选取电磁结构参数作为优化对象,采用有限元的计算方法建立了BP神经网络代理模型,并利用NSGA-Ⅱ进行多目标优化,电机转矩和铁心损耗的优化率均达到10%以上,验证了多目标优化算法在内置式永磁游标电机设计方面的优越性。

轮毂电机螺旋通道流动沸腾散热的应用与分析

为应对分布驱动式纯电动汽车轮毂电机的温升问题,文章采用了一种新型的螺旋通道流动沸腾散热的方式进行散热,并运用Fluent软件对其散热特性进行了仿真分析。选取10 kW的永磁同步轮毂电机作为研究对象,根据轮毂电机在峰值工况下的运行情况,对冷却液为R134a的螺旋通道流动沸腾散热与水冷散热进行有限元仿真分析,以流速和沸点为变量,对螺旋通道流动沸腾散热特性进行研究。研究结果表明,螺旋通道流动沸腾散热效果与流速呈正相关,与沸点呈负相关的关系,当R134a的沸点控制在8℃时,螺旋通道流动沸腾散热效果要优于水冷散热,并且这种优势随着流速的增加变得更加明显。因此,采用新型散热方式对降低轮毂电机温度、提高轮毂电机性能有着重要意义。

电动汽车轮毂电机多物理场耦合特性分析研究综述

轮毂电机控制灵活,传动高效,占用空间少,一直是国内外的研究热点,但其在运行过程中存在温升和振动噪声问题。文章综述了轮毂电机电磁场、温度场、流场等的分析方法,总结了轮毂电机在温升和振动噪声下多物理场耦合相互影响、相互制约的研究现状,并对多物理场耦合特性分析的发展趋势进行展望。

Cooling and Optimization in the Groove of the Outer Rotor HubMotor

The external rotor hub motor adopts direct drive mode,no deceleration drive device,and has a compact structure.Its axial size is smaller than that of a deceleration-driven hub motor,which greatly reduces the weight of the vehicle and increases the cruising range of the vehicle.Because of the limited special working environment and performance requirements,the hub motor has a small internal space and a large heat generation,so it puts forward higher requirements for heat dissipation capacity.For the external rotor hub motor,a new type of in-tank watercooled structure of hub motor was proposed to improve its cooling effect and performance.Firstly,the threedimensional finite element model of the motor is established to analyze the characteristics of motor loss and temperature field distribution.Secondly,the cooling performance of different cooling structures in the tank was studied.Finally,the thermal network model and three-dimensional finite element analysis were used to optimize the water-cooled structure in the tank,and the power density of themotor was improved by improving the cooling performance under the condition of volume limitation of the hub motor.The results show that the cooling effect of the proposed water-cooled structure in the tank is significant under the condition of constant power density.Compared to natural ventilation,the maximum temperature was reduced by 33.13°C and the cooling effect was increased by about 27.7%.

外转子永磁轮毂电机双区域冷却结构优化研究

为解决外转子轮毂电机永磁体与控制单元冷却不足的问题,根据电机旋转特点,本文提出以下冷却结构优化方案:(1)在电机端面增设带有反向整流板的通风口,并与电机部件间隙形成流动空气散热通道;(2)改进现有液冷通道。为细化冷却方案,通过电机强度分析确定通风口的数量、宽度和弧长;基于田口方法的因素-水平配置和正交实验,探索整流板高度、宽度及倾角与通风口参数的最优匹配;构建整流板导气模型,计算通风口气体流量和速度作为正交配置评判依据。电机剖面温度场对比表明:优化后的冷却结构散热效率明显提升,永磁体、控制单元及定子机架的最高温度显著降低且保持稳定,满足使用要求。该研究对外转子轮毂电机冷却结构优化具有借鉴意义。

BAS-PSO算法优化的无传感器轮毂电机转速控制

针对无位置传感器轮毂电机比例积分(Proportion Integration,PI)控制中常见的抗干扰能力差、计算量大、控制精度不高等问题,提出一种粒子群-天牛须(Beetle Antennae Search-Particle Swarm Optimization,BAS-PSO)算法,在模型参考自适应系统(Model Reference Adaptive System,MRAS)观测电机转速与位置的基础上,实现转速控制器的PI参数自整定。建立永磁同步轮毂电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)的数学模型,以转速环传递函数的时间绝对误差积分指标(Integrated Time Absolute Error,ITAE)作为适应度函数,通过BAS-PSO算法优化转速控制器的PI参数;MRAS将电机本身作为参考模型,将含有待估计参数的定子电流方程作为可调模型,基于Popov超稳定理论,设计合适的自适应律,估计电机的转速与位置;利用Matlab/Simulink进行仿真对比,并在HIL平台进行硬件测试验证。结果表明:与传统方法相比,BAS-PSO算法能够提高电机的运行响应速度,降低转速超调量,提高系统的鲁棒性。