电动汽车动力学建模与优化控制
汽车电动转向器动力学建模与控制仿真分析
2013年机械设计专业本科毕业设计（论文）摘要汽车电动转向器是一种新型的汽车转向助力系统。
文章先对EPS系统原理及结构进行说明，介绍了三种EPS典型助力曲线，建立了机械转向系统数学模型、EPS系统数学模型，文中提出了EPS系统控制目标，说明了EPS系统的PID控制策略，介绍了电动助力转向系统中的三种控制模式：助力控制模式，回正控制模式，阻尼控制模式，文章重点研究助力控制。
并建立了机械转向系统、EPS系统和基于PID控制的系统三种数学模型，然后应用MATLAB的Simulink模块进行运动仿真，通过调整参数和分析参数，来研究系统稳定性随参数变化的影响。
仿真结果表明，所设计的PID 控制对能对转向系统模型进提供助力控制，同时能使系统满足很好的动态性能。
关键词：电动转向器；助力控制；MATLAB/Simulink；仿真AbstractElectric Power Steering is a new automotive power steering system.This article first on the principle and structure of EPS system are described, three kinds of typical EPS power curve is introduced in this paper, the mathematical model of the system, the EPS system mathematical model of the pure mechanical steering system is established in this paper, the target control of EPS system, the control strategy of EPS system of PID, this paper introduces three kinds of control mode of electric power steering in: power control mode, return control mode, the damping control mode, this paper focuses on the study of power control. Under pure mechanical steering system, EPS system and PID power control of EPS system based on the mathematical model, the application of MATLAB/Simulink simulation, parameters, and analysis of influence parameters on the stability of the system, and the use of PID control strategy for power control of the model, and that the system can meet the dynamic performance is very good.Key words: electric power steering ; assist control ; MATLAB/Simulink; simulation优秀毕业设计（论文）通过答辩2013年机械设计专业本科毕业设计（论文）目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (V)1 绪论 (1)1.1 本课题的研究背景和意义 (1)1.2 国内外的发展概况 (1)1.3 本课题应达到的要求 (2)2 电动转向系统的动力学模型 (3)2.1 电动转向系统的结构和工作原理 (3)2.2EPS典型助力曲线 (5)2.3 EPS动力学的模型 (7)2.3.1 机械转向系统数学模型 (7)2.3.2 EPS系统的模型 (8)2.4 EPS稳定性与转向助力增益分析 (10)2.4.1 转向助力增益的确定 (10)2.4.2 EPS稳定性与转向助力增益关系 (11)3 EPS系统控制分析 (16)3.1系统控制的目标 (16)3.2 EPS系统的控制策略 (16)3.3 系统的控制模式 (17)3.4 系统的补偿控制 (18)3.4.1 补偿控制原理 (18)3.4.2 补偿控制的作用 (18)4 EPS系统的仿真与分析 (19)4.1 MATLAB/Simulink仿真平台的介绍 (19)4.2 系统仿真参数取值 (19)4.3 机械转向系统仿真与研究 (20)4.3.1 机械转向系统的Simulink模型 (20)4.3.2 汽车机械转向系统在阶跃输入时不同参数下的仿真研究 (22)4.3.3 不同参数对系统性能影响的仿真分析 (28)4.4 EPS转向系统仿真与研究 (28)4.4.1 EPS系统的Simulink模型 (28)4.4.2 EPS系统加入PID控制的Simulink模型 (30)4.4.3 EPS系统加入PID控制的仿真与分析 (32)4.5 不同系统的比较仿真与分析 (36)5 结论与展望 (40)5.1 主要结论 (40)5.2 不足之处及未来展望 (40)致谢 (41)参考文献 (41)附录 (42)1 绪论1.1 本课题的研究背景和意义目前汽车已经走入寻常百姓家中，人们对汽车需求逐渐增大。
纯电动汽车驱动系统加速过程的建模与动态仿真
轻 型汽 车技 术
２１ （ ／ ） ２９２０ ０２ １２ 总 ６／７
技 术纵横
１ １
Ｇ‘ Ｄ＿ 一
电机 转子 飞轮 力矩
度 ；为时间； 为减速器或变速器传动比 ； 为主减 ｔ ｉ ｉ 。
速器传动比。 １３ 电动汽 车起 步加 速动 力学 模型 ． 对于 电动汽车来说其加速性能的好 坏直接影 响汽车的起步 、 提速， 影响汽车的整体性能。电动汽 车的加速能力 与传统燃油汽 车一样可用它在水平 良好路面上行驶时能产生的加速度来评价。应用牛 顿第二定律 ， 车辆的加速度可描述为 ：
，、 ．
在理想情况下 ， 只有两相定子绕组通电 ， ａｂ 设 、 两相导通 ， 并令加在两相绕组的平 均电压为 ｕ ， 则 电压的平衡式为［ ４ １ ：
ｕ＝ ｄ ｂ ２ ａ２ Ｉ＋ （— ） ： Ｅ＋ Ｒ ｄ ２Ｌ Ｍ （ ４）
对（ （ （式进行拉普拉斯变换 ： ２ ３４ ）） ）
（） ３
无刷直流电动机的等效 电路如图 １ 所示。 为简化分析 ，无刷直流电动机的性能分析基于
以下假设［ ２ １ ： 式中 Ｔ 厂一 电机转矩 Ｔ ＿一负载转矩 Ｋ 广一 转矩系数 Ｉ 厂一 方波 电流的幅值
１ 电动机处于非饱和状态 ； 所有定子绕组的 ） ２ ）
电阻相等 ， 自感和互感均为常值 ； 逆变器中的 且其 ３ ）
０ ） １
厂
图 ２ 无刷 直 流 电机 动 态 结 构 图
１２ 汽 车起 步加 速 过程 的 阻力模 型 ．
击 ｌ
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ｌ 。
１ １
（ｆ０ Ｇｉ ｒ Ｇ ｃｓ ｓ ） ＋ ｎ
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电动汽车电池系统的建模与优化
电动汽车电池系统的建模与优化随着环保意识的不断提高和新能源技术的不断发展，电动汽车逐渐成为未来汽车产业的发展方向。
而电动汽车的技术核心之一就是电池系统。
电动汽车的电池系统是由电池包、电控系统和冷却系统构成的，其中电池包是整个电动汽车的心脏。
因此，如何对电动汽车电池系统进行建模和优化，显得尤为重要。
一、电动汽车电池系统建模电动汽车电池系统建模是指将电池系统的物理过程转化为数学模型，以便进行分析和优化。
电动汽车的电池系统建模主要涉及以下几个方面：1.电池储能特性建模电池储能特性建模是指对电池的特性进行建模，以便对电池进行优化。
电池储能特性包括开路电压、内电阻、温度响应等。
对开路电压的模型包括二阶电阻模型、RC模型和电化学模型等。
内电阻模型包括双极法和恒流放电法。
温度响应模型包括热离子动力学模型和热偶模型等。
2.电池管理系统建模电池管理系统建模是指对电池系统的管理进行建模，以便进行优化。
电池管理系统包括状态估计、故障检测和诊断、充电管理、放电管理等方面。
状态估计包括电池容量估计、剩余寿命估计、内阻估计等。
故障检测和诊断包括温度异常检测、电流异常检测、电压异常检测等。
充电管理包括电池充电控制、充电策略、电池充电时间控制等。
放电管理包括安全保护、安全防护等。
二、电动汽车电池系统优化电动汽车电池系统优化是指在建模的基础上，对电池系统进行优化，使其具有更好的性能。
电动汽车电池系统的优化主要涉及以下几个方面：1.电池系统设计优化电池系统设计优化是指对电池系统进行优化，以便使电池系统具有更好的性能和更高的效率。
电池系统设计优化包括电池包结构设计、电池包布置设计、电池包大小和容量设计等。
对于电池包的结构设计，目前主要采用模块化设计和高能量密度设计。
对于电池包的布置设计，既要考虑重心平衡，也要考虑热管理。
对于电池包的大小和容量设计，需要根据车辆的使用场景以及电池生产成本来确定。
2.电池系统控制优化电池系统控制优化是指对电池系统控制进行优化，以便使电池系统能够更好地适应不同的工况和使用情况。
两后轮驱动的电动轮汽车的动力学建模与仿真分析
No. 2CN 11-5904/U J Automotive Safety and Energy, 2010, Vol. 1 158—162电动轮汽车由于在驱动轮处采用电动轮技术而实现了多电机驱动，代替了传统电动汽车的中央驱动方式。
一般地，电动轮指电机到所驱动的车轮之间的所有部件，最简单的结构就是将电机与车轮组合成为一个整体。
电动轮驱动方式的优点在于，取消了传统汽车的传动轴和差速器等部件，使传动系统简化，不仅可以提高传动效率，而且有利于整车布置，提高车辆的通过性能，非常有利于低地板大客车和军用车辆的设计；由于减速装置布置在车轮附近，而且采用多个电动轮驱动，可以降低车辆对电气系统和机械传动零部件的要求，适合传递大转矩，非常适合于在大型矿用汽车上应用。
2002年，美国通用汽车提出了线控四轮驱动燃料电池概念车Autonomy，2005年推出后轮采用电动轮驱动的燃料电池电动车Sequel，2003年丰田汽车公司在东京国际车展上展示了四轮驱动燃料电池车Fine-S，2006年4月在美国纽约汽车展上又推出四个电动轮驱两后轮驱动的电动轮汽车的动力学建模与仿真分析陈 勇1，陆中奎2，周秋丽1（1.北京信息科技大学，北京 100192；2. 北京福田汽车股份有限公司，北京 102206）摘 要：为分析电动轮汽车的非悬挂质量增加对行驶平顺性、操纵稳定性的影响，建立了两后轮驱动的电动轮汽车整车的11自由度动力学模型。
在MATLAB/Simulink环境下，建立了整车仿真分析模型，采用模拟的路面谱作为路面输入,可实现不同车辆参数、不同控制策略和不同分析目标的仿真,也可分析车轮与路面之间的动载荷、悬架变形和车身姿态（俯仰、侧倾和横摆）的变化。
分析结论对电动轮汽车的开发、悬架的改进以及控制策略的确定具有参考意义。
关键词： 电动汽车；电动轮；控制策略；平顺性；操纵稳定性中图分类号： U469.72Dynamic modeling and simulation analysis of an electricvehicle with two rear hub-motorsCHEN Yong1, LU Zhongkui2, ZHOU Qiuli1(1. Beijing Information & Science Technology University, Beijing 100192, China;2. Beiqi Fonton Motor Co. Lts, Beijing 102206, China)Abstract: An 11 degree-of-freedom dynamic model was constructed for an electric vehicle driven with two rear hub-motors to analyze the infl uence on ride quality and the handling characteristics of unsprung mass increase. A full vehicle simulation model was developed using the MATLAB/Simulink with a simulated road model as input. The simulation model can realize the varies simulations with different vehicle parameters, control strategies and analyzing goals, while it can also determine the changes of dynamic load on tires, suspension defl ection and attitude (including pitch, roll and yaw). The above analyzed conclusions can enhance the development of electric vehicle driven by hub-motors, while they support the design of suspension and control strategies.Key words: electric vehicle; hub-motor; control strategy; ride quality; handling characteristics收稿日期：2010-01-22基金项目：辽宁省科学技术计划项目(2008220025)；辽宁省高等学校优秀人才支持计划项目(RC-05-12)作者简介：陈勇（1966—），男(汉族），辽宁，教授。
基于CarsimSimulink联合仿真的分布式驱动电动汽车建模
基于CarsimSimulink联合仿真的分布式驱动电动汽车建模一、本文概述随着电动汽车技术的快速发展，分布式驱动电动汽车（Distributed Drive Electric Vehicles, DDEV）因其高效能源利用、优越操控性能以及灵活的驱动方式，正逐渐成为新能源汽车领域的研究热点。
为了更深入地理解和研究DDEV的动态特性与控制策略，建立精确的车辆模型是关键。
本文旨在探讨基于Carsim与Simulink 联合仿真的分布式驱动电动汽车建模方法，以期在车辆动力学建模、控制策略优化和系统集成等方面提供有效的技术支撑。
本文首先介绍分布式驱动电动汽车的基本结构和特点，阐述其相较于传统车辆的优势。
随后，详细介绍Carsim和Simulink两款软件在车辆建模和仿真分析方面的功能和特点，以及它们联合仿真的优势。
接着，将重点介绍如何利用Carsim建立DDEV的车辆动力学模型，包括车辆动力学方程、轮胎模型、驱动系统模型等。
将探讨如何利用Simulink构建DDEV的控制策略模型，包括驱动控制、制动控制、稳定性控制等。
在建立了DDEV的车辆动力学模型和控制策略模型后，本文将详细阐述如何将这两个模型进行联合仿真，并分析仿真结果。
通过对比分析不同控制策略下的车辆性能表现，验证所建模型的准确性和有效性。
本文还将讨论分布式驱动电动汽车建模面临的挑战和未来的研究方向，为相关领域的研究者提供参考和借鉴。
二、Carsim软件介绍Carsim是一款由密歇根大学开发的高级车辆动力学仿真软件，广泛应用于车辆控制、车辆动力学、主动和被动安全、电动和混合动力车辆以及先进的驾驶员辅助系统等领域的研究和开发。
该软件以模块化的方式集成了车辆各个子系统的动力学模型，包括发动机、传动系统、制动系统、转向系统、悬挂系统、轮胎以及车身等。
Carsim的核心优势在于其强大的物理引擎和精确的仿真能力。
通过精确的算法和详尽的车辆参数数据库，Carsim能够模拟出车辆在各种道路条件和驾驶操作下的动态行为，如加速、制动、转向、侧滑等。
电动汽车的动力学建模与控制
电动汽车的动力学建模与控制随着环境保护意识的增强和新能源技术的不断改进，电动汽车作为一种绿色交通工具，受到了越来越多人的关注和选择。
然而，要想提高电动汽车的性能和效能，建立合理的动力学模型并进行有效的控制是至关重要的。
电动汽车的动力学建模是通过研究其运动学和力学特性，将其转化为数学模型。
这对于车辆性能分析、控制策略制定和系统仿真至关重要。
一种常用的建模方法是使用电动汽车的整体动态方程。
这个方程包括了汽车的质量、阻力、增速器和动力系统的参数。
通过对这些参数进行动态建模以及考虑其他因素如电池特性、驱动系统效率等，我们可以得到一个准确且可信的模型。
为了更好地控制电动汽车的性能，我们需要设计合适的控制算法。
控制算法可以分为开环和闭环两种。
开环控制是基于预定义的参考信号来实现汽车的期望行为。
它不考虑外部干扰和系统误差。
闭环控制则通过测量系统输出以及与期望输出的偏差来调整控制信号，以实现更加精确的控制。
闭环控制通常包括反馈控制和前馈控制。
反馈控制中最常用的方法是PID控制器。
PID控制器通过比较实际输出与期望输出的偏差，根据比例、积分和微分三个项计算出控制信号。
PID控制器的参数需要根据实际情况进行调整，以达到最佳控制效果。
前馈控制则是通过预测汽车的未来行为，提前计算出所需的控制信号，并进行补偿。
前馈控制可以大大减小系统在跟踪参考信号时出现的误差。
除了PID控制器和前馈控制之外，还有一些先进的控制算法如模型预测控制（MPC）、自适应控制和人工智能控制等。
这些算法能够更好地处理非线性系统和模型不确定性，并提供更快速、更精确的控制。
在进行动力学建模和控制之前，我们还需要进行系统辨识。
系统辨识是为了确定电动汽车的物理特性和参数，从而为建模和控制提供准确的数据。
常用的系统辨识方法包括频域分析、时域分析和信号处理等。
在动力学建模和控制方面，还有一些特殊的问题需要考虑。
例如，电动汽车的能量管理问题，即如何合理分配和利用电池的能量以及优化整个系统的能量利用效率。
纯电动汽车制动能量回收系统的建模与仿真
纯电动汽车制动能量回收系统的建模与仿真
纯电动汽车制动能量回收系统是利用电动机产生的反向电动势
将制动时产生的动能转化为电能并储存到电池中，以达到节能、环
保的效果。
为了研究制动电能回收系统的工作原理和性能特点，可
以进行建模与仿真分析。
建模步骤如下：
1. 建立纯电动汽车的动力学模型，包括电机模型、电池模型、
传动系模型等。
2. 设计制动系统模型，包括制动器模型、制动控制模型等。
3. 将制动系统模型与动力学模型相结合，建立制动能量回收系
统模型。
4. 设计回收能量的控制策略，包括制动系统的参数选取，回收
能量的转化效率等。
5. 进行仿真分析，模拟车辆在制动过程中能量的转化和储存过程，分析回收能量的效率和储存电池的容量。
仿真步骤如下：
1. 设定仿真条件，包括车速、加速度、制动时刻等。
2. 进行仿真运行，记录制动过程中的工况数据，包括电机输出、电池电压、能量回收率等。
3. 分析仿真结果，评估能量回收系统的性能，确定是否需要调
整控制策略或优化系统参数。
4. 在仿真结果的基础上，设计进一步的测试或实验验证，提高制动电能回收系统的效果和可靠性。
综上所述，纯电动汽车制动能量回收系统的建模与仿真是研究纯电动汽车节能环保技术的重要手段之一，可为电动汽车技术的发展和应用提供理论依据和技术支持。
纯电动汽车动力性匹配设计与模型仿真
Modeling and Simulation 建模与仿真, 2020, 9(3), 357-366Published Online August 2020 in Hans. /journal/moshttps:///10.12677/mos.2020.93036Dynamic Matching Design and ModelSimulation of Pure Electric VehicleWentao Zhang, Li Ye, Zhijun Zhang, Huan Ye, Mengya ZhangSchool of Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, ShanghaiReceived: Aug. 6th, 2020; accepted: Aug. 20th, 2020; published: Aug. 27th, 2020AbstractBased on the selection of basic vehicle parameters and the determination of performance indica-tors, this paper carries out the design matching of dynamic performance parameters of pure elec-tric vehicles. Then, a pure electric vehicle dynamic simulation model is established by vehicle si-mulation software, and the vehicle dynamic performance index is simulated and analyzed by in-putting relevant parameters. Finally, the rationality of simulation model and parameter matching is verified by real car test. This study can provide theoretical basis for the matching design of var-ious systems in the initial stage of pure electric vehicles, carry out range and performance test evaluation of vehicle performance, and provide reference for the analysis of dynamic performance and economic index of pure electric vehicles.KeywordsPure Electric Vehicle, Parameter Design Matching, Vehicle Power Model, Simulation Analysis纯电动汽车动力性匹配设计与模型仿真张文韬，叶立，张志军，叶欢，张梦伢上海理工大学动力工程学院，上海收稿日期：2020年8月6日；录用日期：2020年8月20日；发布日期：2020年8月27日摘要本文基于对整车基本参数的选取与性能指标的确定，进行了纯电动汽车动力性能参数的设计匹配。
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电动汽车动力学建模与优化控制
随着全球人们对环境保护意识的逐渐增强，电动汽车逐渐成为了未来的趋势。
而作为电动汽车核心技术之一的电动汽车动力学建模与优化控制，更是令人关注的研究方向。
本文将简要介绍电动汽车的动力学模型，并结合实例说明如何进行目标函数的优化控制。
一、电动汽车动力学模型
电动汽车的动力学模型主要包括四个部分：驱动力模型、机械动力学模型、电动机模型和电池模型。
1. 驱动力模型
驱动力模型主要用来对电动汽车所受到的不同条件下的驱动力进行建模。
其中影响驱动力的因素有路面条件、行驶速度、风阻、滚动阻力和坡度等。
由于驱动力是电动汽车运行系统中最重要的控制输出，因此正确建模驱动力对电动汽车的控制至关重要。
2. 机械动力学模型
机械动力学模型主要用来描述电动汽车在运动过程中与外界相互作用的动力学特性。
其建模主要包括车体动力学模型、车轮动力学模型和制动系统模型。
通过机械动力学模型的建立，可以更好的对电动汽车进行监测和控制。
3. 电动机模型
电动机模型主要用来建模电动汽车行驶中的动力来源，即电动机。
建立电动机模型需要考虑到电机的特性，包括电机电磁特性、机械特性和热特性等。
通过电动机模型，可以更准确地预测和控制电动汽车的动力输出。
4. 电池模型
电池模型主要用来描述电动汽车所使用的电池的特性。
建立电池模型需要考虑
到电池的电化学特性和热特性等。
由于电池的性能与电动汽车的驱动性能密切相关，因此电池模型的建立也是电动汽车动力学建模中非常重要的一环。
二、优化控制
电动汽车动力学模型的建立需要将各种因素和控制变量完全纳入考虑，才能更
好地对电动汽车进行监测和控制。
而优化控制则是实现电动汽车动力学模型精确控制的关键手段。
优化控制主要包括PID控制、模型预测控制和优化控制等。
1. PID控制
PID控制是最简单的一种控制算法。
其基本思想是通过调节比例、积分、微分
三个参数，使系统误差逐渐趋向于零。
PID控制在电动汽车控制系统中广泛应用，
可以通过改变PID参数来实现电动汽车对不同工况的响应和输出控制。
2. 模型预测控制
模型预测控制是一种非线性控制方法，其基本思想是通过建立系统动态模型来
预测未来的系统状态和行为，并通过最小化控制目标函数来得到最优的控制策略。
模型预测控制对于电动汽车动力学的控制非常有效，可以实现对电动汽车在不同工况下的最佳输出控制。
3. 优化控制
优化控制是一种综合智能算法和优化理论的控制方法。
通过对控制目标函数进
行优化，可以得到最优的控制策略和控制参数，从而实现对电动汽车输出的最优控制。
优化控制的应用领域非常广泛，特别是在电动汽车的输出控制方面有着非常广泛的应用前景。
三、案例分析
以日产聆风电动车为例，对电动汽车动力学建模和优化控制进行示范。
日产聆风电动车的驱动力模型建立中，需要考虑到路面条件、行驶速度、风阻、滚动阻力和坡度等因素。
通过建立驱动力模型，可以更准确地反映电动车在不同路况下的动力输出。
日产聆风电动车的模型预测控制中，通过建立车身动力学和电机模型，以及考
虑到电池电量、电机温度和环境条件等因素，实现了对电动车输出的最优控制。
日产聆风电动车的优化控制中，采用了基于模拟退火算法的最优控制策略。
通
过优化目标函数，实现了对电动汽车输出的最优化控制。
在不同工况下，该系统能够自动调节控制参数，实现电动车输出的智能控制。
总之，电动汽车动力学建模和优化控制是电动汽车控制系统中非常重要的一部分。
通过对电动车动力学模型的建立和控制策略的优化，可以实现对电动车输出的精细化控制，从而提高电动车的行驶安全性和驾驶舒适度，实现更高效的动力输出。