摘要
分布式驱动系统真正实现了“四个轮子amp;一个车身”的模块化构造，通过将驱动电机布置在轮内与车轮直接耦合，取消差速器、半轴等一系列传动部件，可以显著降低车辆重心，并且将由此获得的簧上自由空间用于提高乘客的舒适度或增加动力电池组的尺寸。通过精确地控制驱动电机的驱/制动扭矩可以实现牵引力控制系统（TCS）、直接横摆力矩控制（DYC）及其他先进的车辆运动/稳定性控制系统。 面向未来智能网联汽车的理想载体，本文开展的课题为“分布式轮边两挡变速器及其换挡控制”。本文着眼于分布式无动力中断两挡变速器新构型设计及换挡执行机构位移跟踪控制器设计，具体内容包括： 1.本文首先介绍了一种新型无动力中断轮边两挡变速器（Wheel-hubTwo-speedAutomatedManualTransmission）WH-AMT的拓扑构型，并先后对复合行星齿轮传动系统、换挡执行机构及系统整体特征进行了详细介绍。在系统整体特征介绍中，展示了WH-AMT的三维实体结构、制定了对应的换挡表并对WH-AMT的主要特征参数进行了总结。最后对WH-AMT无动力中断换挡过程进行了详细描述。 2.其次本文对工业领域使用范围最广的PID控制器进行了简要概述，结合实际控制问题中存在非线性、强耦合等特点，各种基于模型的先进非线性控制方法不断涌现，结合滚珠-坡道机构位移跟踪控制问题，本文设计了非线性三步法控制器以实现控制目标。之后对系统的直流电机和滚珠-坡道机构进行了动力学建模，进而根据非线性三步法的设计步骤，即类稳态控制、参考前馈控制以及误差反馈控制，逐步进行控制器的推导，最后对控制器的鲁棒性进行了分析。 3.然后本文对汽车电控系统V型开发流程进行了简要概述，表明基于模型的控制系统开发可以有效地降低控制器参数标定的工作量，并极大缩短产品的开发和测试周期。之后，在控制器仿真分析之前，首先确定了执行机构非线性三步法控制器设计中的相关参数，然后通过开环测试对虚拟样机仿真模型与实际台架的符合度进行验证并确定了控制器其余参数。基于已验证的虚拟样机仿真模型，对非线性三步法控制器进行了跟踪阶跃信号的仿真分析。随后，在实际台架验证中，对比了PID与非线性三步法跟踪阶跃信号和正弦信号的实验结果，可以得到，在离合器阶跃信号和正弦信号位移跟踪上非线性三步法更为平顺，同时跟踪误差也相对较小。 4.最后本文对WH-AMT进行了整体动力学建模，并在AMEsim中建立起WH-AMT的系统模型及分布式四轮驱动的车辆模型及制定了整车双参数换挡规律。WH-AMT的升/降挡仿真结果显示，采用WH-AMT的分布式四轮独立双速驱动纯电动汽车具有良好的动态性能和舒适性表现。进一步地，本文尝试讨论了一种异步换挡控制逻辑，通过对比同步/异步换挡仿真结果可知，前后轮的异步换挡对纯电动汽车的牵引扭矩平稳变化和换挡冲击度峰值降低有一定好处。最后，在NEDC和SFTP-US06典型循环工况下仿真评估WH-AMT对驱动电机效率的影响，结果表明，驱动电机的工作点在大部分时间内可以落在其较高效率区间，采用WH-AMT能够显著提高纯电动汽车的能效表现，此外，WH-AMT还可以降低车辆对驱动电机的技术要求。
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