分布式驱动纯电动汽车的协调主动控制、关键技术及问题探讨
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• 发展态势
3
4 • 结论
2. 关键技术
分布式 驱动电 动汽车 关键技 术挑战
电动汽车动力学 系统估计
整车动力学协调 与集成控制技术
车辆动力学不确 定与时滞问题
系统参数估计
复合制动协调控制 转向与悬架协调控制 车辆动力学不确定问题 车辆动力学时滞问题
Байду номын сангаас
2.关键技术
2.1电动汽车系统参数估计
2.1.1电动汽车系统参数估计对象与算法
➢ 主动转向与主动悬架功能
• AFS通过电机根据车速和行驶工况修正转向角,低、中速时， 提高转向的灵敏性和操纵性；高速时提高车辆的稳定性和安 全性；
估计的车辆状态
路面附着系统
2.关键技术
2.2整车动力学协调与集成控制技术
2.2.1电动汽车回馈与液压复合制动协调控制理论 ➢ 回馈制动 • 能量回馈制动(Regenerative braking system, RBS)
在车辆制动过程中，电动机以发电方式工作，能将汽 车的动能或势能转化成电能存贮到电池中，是提高混 合动力电动汽车能源利用率和延长其行驶里程的一项 重要技术；
1.1传统车引发的问题
➢ 能源危机 • 据中国汽车工业协会发布的数据显示，自2009年中国
首次成为世界第一汽车生产和消费国后，我国已成为 世界第二石油进口大国，进口比例将达84%，远远高 于30%的安全警戒线。
➢ 环境污染 • 汽车石油燃烧产生的大量废气排放、产生的二氧化碳
则是导致温室效应的罪魁祸首；排放物中的二氧化氮 和硫化物严重危害居民的身体健康，雾霾随处可见， 空气环境污染日益凸显。
悬架系统、制动系统等集成于车轮轮毂之中，驱动制 动力控制灵活迅速，方便动力学估计与协调集成控制， 可以实现相同平台不同车型的快速开发，提高了底盘 的集成度，便于汽车操纵模式的革新。
集中式驱动底盘
分布式驱动底盘
第十八届中国科协年会-中国新能源汽车产业创新发展论坛 西安
1 • 研究背景 2 • 关键技术
2.2.3主动转向与主动悬架协调控制协调控制理论 ➢ 车辆子动力学系统的协调理论
• 近年来，为提高车辆乘坐舒适性、安全性和操纵稳定性，各 种车辆动力学控制系统例如主动防抱死系统ABS，主动转向 系统AFS, 主动悬架系统ASS，得到了巨大的发展和广泛的应 用。而整车性能的提高则依赖于各个子系统的协调工作。
2.关键技术
2.2整车动力学协调与集成控制技术
2.2.2电动汽车回馈与液压复合制动协调控制过程
电动汽车RBS与ABS协调制动控制系统
协调过程效率
电机驱动/制动总效率 车载电池SOC、充电内 阻与温度关系
新欧洲循环行驶 工况结果
复合制动力矩 回馈能量
2.关键技术
2.2整车动力学协调与集成控制技术
1.研究背景
1.2分布式驱动电动汽车
解决电动汽车在高速行驶状态下的侧滑及瞬态失稳问题是个挑战；
轮毂电机驱动的电动汽车改变了传统底盘结构，对底盘各子系统的协调 控制提出了挑战； 现有车载传感器难以准确获取整车状态变量和参数，对电动汽车提高容 错性和降低成本提出了挑战。
1.研究背景
1.2分布式驱动电动汽车优点--节能环保
分布式驱动纯电动汽车的协调主动 控制、关键技术及问题探讨
第十八届中国科协年会-中国新能源汽车产业创新发展论坛 西安
1 • 研究背景 2 • 关键技术
• 发展态势
3
4 • 结论
第十八届中国科协年会-中国新能源汽车产业创新发展论坛 西安
1 • 研究背景 2 • 关键技术
• 发展态势
3
4 • 结论
1.研究背景
1.研究背景
1.2分布式驱动电动汽车
传统汽车底盘结构
新型四轮驱动汽车底盘结构
传统汽车底盘电控系统并不完全 适用于新型的四轮驱动电动汽车。
若缺少一个合理的整体模型和控 制架构，会加大各基本控制单元 功能之间的矛盾，限制汽车性价 比的提高。
在能源、环境等方面，四轮驱动电动汽车都表现出极大的潜力，开发和 研究四轮驱动电动汽车意义重大。
两位学者提出CKF，其核心是采用三阶球面-相径容积 规则对高斯加权积分进行近似；具有显著优点；
2.关键技术
2.1电动汽车系统参数估计
2.1.2电动汽车系统参数估计过程 全新的车辆参数CKF联合估计过程
测量信号
方向盘转角 横摆角速度 横摆角 加速度 轮速
估计的车辆状态
车辆纵向速度 侧向速度 车辆质心侧偏角
➢ 车辆系统参数估计需求 • 测量关键参数的传感器较为昂贵； • 信号可靠性未完全解决，例如，GPS信号在山区，隧
道中断。
➢ 常需要估计的关键电动汽车参数 • 常见 的需要估计的车辆参数：车辆纵向速度，侧向速
度，车辆质心侧偏角，路面附着系数等。 ➢ 全新的容积卡尔曼滤波(CKF) • 与EKF,UKF相比，2009年I.Arasaratnam和S.Haykin
➢ 液压防抱死制动 • 考虑到电机的制动效能以及制动工况下的制动稳定性，
电动汽车也装备液压防抱死制动(Antilock braking system, ABS) ；如何在保证车辆制动稳定性的同时有 效地提高制动能量的回收效率，协调制动工作，是电 动汽车研究的关键性技术之一。
液压 ABS 系统的结构 1-轮速传感器；2-制动液压装置；3-继电器；4-电子控制装置；5-制动警示灯； 6-防抱死警示灯；7-前制动器；8-后制动器；9-组合液位开关
➢ 电动汽车环保优点 • 电动汽车使用电能可以保证全球的能源安全，而电能
可以使用多种可再生能源例如水能、潮汐能、风能、 太阳能等； • 电动汽车更可以实现城市交通的零排放，使用电动汽 车可以大大的减少全球空气污染。
➢ 分布式驱动电动汽车节能优点 • 与集中式驱动电动汽车相比,分布式驱动电动汽车使用
轮毂电机直接驱动车辆，动力传动链缩短，由于传动 系统的简化，能量损失较少，提高了传动效率。
集中式与分布式驱动结构
1.研究背景
1.3分布式驱动电动汽车优点—底盘优点
➢ 分布式驱动电动汽车全新底盘结构 • 分布式驱动电动汽车使用轮毂电机直接将动力传递给
车轮，取消了离合器、变速器、传动轴、差速器等传 动部件，大大简化了底盘结构,也大量地节省了车内空 间；提高了整车动力系统布置的灵活性。
➢ 分布式驱动电动汽车灵活的动力学操纵 • 分布式驱动电动汽车使用使用线控系统，轮毂电机、
3
4 • 结论
2. 关键技术
分布式 驱动电 动汽车 关键技 术挑战
电动汽车动力学 系统估计
整车动力学协调 与集成控制技术
车辆动力学不确 定与时滞问题
系统参数估计
复合制动协调控制 转向与悬架协调控制 车辆动力学不确定问题 车辆动力学时滞问题
Байду номын сангаас
2.关键技术
2.1电动汽车系统参数估计
2.1.1电动汽车系统参数估计对象与算法
➢ 主动转向与主动悬架功能
• AFS通过电机根据车速和行驶工况修正转向角,低、中速时， 提高转向的灵敏性和操纵性；高速时提高车辆的稳定性和安 全性；
估计的车辆状态
路面附着系统
2.关键技术
2.2整车动力学协调与集成控制技术
2.2.1电动汽车回馈与液压复合制动协调控制理论 ➢ 回馈制动 • 能量回馈制动(Regenerative braking system, RBS)
在车辆制动过程中，电动机以发电方式工作，能将汽 车的动能或势能转化成电能存贮到电池中，是提高混 合动力电动汽车能源利用率和延长其行驶里程的一项 重要技术；
1.1传统车引发的问题
➢ 能源危机 • 据中国汽车工业协会发布的数据显示，自2009年中国
首次成为世界第一汽车生产和消费国后，我国已成为 世界第二石油进口大国，进口比例将达84%，远远高 于30%的安全警戒线。
➢ 环境污染 • 汽车石油燃烧产生的大量废气排放、产生的二氧化碳
则是导致温室效应的罪魁祸首；排放物中的二氧化氮 和硫化物严重危害居民的身体健康，雾霾随处可见， 空气环境污染日益凸显。
悬架系统、制动系统等集成于车轮轮毂之中，驱动制 动力控制灵活迅速，方便动力学估计与协调集成控制， 可以实现相同平台不同车型的快速开发，提高了底盘 的集成度，便于汽车操纵模式的革新。
集中式驱动底盘
分布式驱动底盘
第十八届中国科协年会-中国新能源汽车产业创新发展论坛 西安
1 • 研究背景 2 • 关键技术
2.2.3主动转向与主动悬架协调控制协调控制理论 ➢ 车辆子动力学系统的协调理论
• 近年来，为提高车辆乘坐舒适性、安全性和操纵稳定性，各 种车辆动力学控制系统例如主动防抱死系统ABS，主动转向 系统AFS, 主动悬架系统ASS，得到了巨大的发展和广泛的应 用。而整车性能的提高则依赖于各个子系统的协调工作。
2.关键技术
2.2整车动力学协调与集成控制技术
2.2.2电动汽车回馈与液压复合制动协调控制过程
电动汽车RBS与ABS协调制动控制系统
协调过程效率
电机驱动/制动总效率 车载电池SOC、充电内 阻与温度关系
新欧洲循环行驶 工况结果
复合制动力矩 回馈能量
2.关键技术
2.2整车动力学协调与集成控制技术
1.研究背景
1.2分布式驱动电动汽车
解决电动汽车在高速行驶状态下的侧滑及瞬态失稳问题是个挑战；
轮毂电机驱动的电动汽车改变了传统底盘结构，对底盘各子系统的协调 控制提出了挑战； 现有车载传感器难以准确获取整车状态变量和参数，对电动汽车提高容 错性和降低成本提出了挑战。
1.研究背景
1.2分布式驱动电动汽车优点--节能环保
分布式驱动纯电动汽车的协调主动 控制、关键技术及问题探讨
第十八届中国科协年会-中国新能源汽车产业创新发展论坛 西安
1 • 研究背景 2 • 关键技术
• 发展态势
3
4 • 结论
第十八届中国科协年会-中国新能源汽车产业创新发展论坛 西安
1 • 研究背景 2 • 关键技术
• 发展态势
3
4 • 结论
1.研究背景
1.研究背景
1.2分布式驱动电动汽车
传统汽车底盘结构
新型四轮驱动汽车底盘结构
传统汽车底盘电控系统并不完全 适用于新型的四轮驱动电动汽车。
若缺少一个合理的整体模型和控 制架构，会加大各基本控制单元 功能之间的矛盾，限制汽车性价 比的提高。
在能源、环境等方面，四轮驱动电动汽车都表现出极大的潜力，开发和 研究四轮驱动电动汽车意义重大。
两位学者提出CKF，其核心是采用三阶球面-相径容积 规则对高斯加权积分进行近似；具有显著优点；
2.关键技术
2.1电动汽车系统参数估计
2.1.2电动汽车系统参数估计过程 全新的车辆参数CKF联合估计过程
测量信号
方向盘转角 横摆角速度 横摆角 加速度 轮速
估计的车辆状态
车辆纵向速度 侧向速度 车辆质心侧偏角
➢ 车辆系统参数估计需求 • 测量关键参数的传感器较为昂贵； • 信号可靠性未完全解决，例如，GPS信号在山区，隧
道中断。
➢ 常需要估计的关键电动汽车参数 • 常见 的需要估计的车辆参数：车辆纵向速度，侧向速
度，车辆质心侧偏角，路面附着系数等。 ➢ 全新的容积卡尔曼滤波(CKF) • 与EKF,UKF相比，2009年I.Arasaratnam和S.Haykin
➢ 液压防抱死制动 • 考虑到电机的制动效能以及制动工况下的制动稳定性，
电动汽车也装备液压防抱死制动(Antilock braking system, ABS) ；如何在保证车辆制动稳定性的同时有 效地提高制动能量的回收效率，协调制动工作，是电 动汽车研究的关键性技术之一。
液压 ABS 系统的结构 1-轮速传感器；2-制动液压装置；3-继电器；4-电子控制装置；5-制动警示灯； 6-防抱死警示灯；7-前制动器；8-后制动器；9-组合液位开关
➢ 电动汽车环保优点 • 电动汽车使用电能可以保证全球的能源安全，而电能
可以使用多种可再生能源例如水能、潮汐能、风能、 太阳能等； • 电动汽车更可以实现城市交通的零排放，使用电动汽 车可以大大的减少全球空气污染。
➢ 分布式驱动电动汽车节能优点 • 与集中式驱动电动汽车相比,分布式驱动电动汽车使用
轮毂电机直接驱动车辆，动力传动链缩短，由于传动 系统的简化，能量损失较少，提高了传动效率。
集中式与分布式驱动结构
1.研究背景
1.3分布式驱动电动汽车优点—底盘优点
➢ 分布式驱动电动汽车全新底盘结构 • 分布式驱动电动汽车使用轮毂电机直接将动力传递给
车轮，取消了离合器、变速器、传动轴、差速器等传 动部件，大大简化了底盘结构,也大量地节省了车内空 间；提高了整车动力系统布置的灵活性。
➢ 分布式驱动电动汽车灵活的动力学操纵 • 分布式驱动电动汽车使用使用线控系统，轮毂电机、