高性能分布式驱动电动汽车关键基础问题研究.doc

项目名称：高性能分布式驱动电动汽车关键基础问题研究首席科学家：余卓平 同济大学起止年限：2010.9至2015.9依托部门：上海市科委二、预期目标3.1 总体目标 本项目以分布式驱动电动汽车的节能与主动安全性能为突破点，建立基于分布式驱动电机特性的轮胎动态模型、车辆多体耦合动力学模型和动力电源电驱动系统多场耦合动力学模型，构建分布式驱动电动汽车多体多场复杂耦合动力学系统；研究电源与电驱动系统能耗规律、车辆空气/热动力学特性及其能耗规律，提出分布式电源与能量管理系统的分析与设计理论、车身空气动力造型设计及整车结构设计方法与整车热管理方法；探索无非驱动轮工况下车辆关键动力学参数自适应辨识方法；研究复杂耦合系统能耗优化与动力学协调控制理论，创立高性能分布式驱动电动汽车设计与控制的新理论、新方法。通过该重大基础研究项目的支持，可以培养一支以高性能分布式驱动电动汽车核心技术为研究背景的科研团队，产生一批具有国际影响力的中青年学术专家和具有自我创新能力的高水平骨干人才，提高我国汽车工业的自主研发水平，为我国电动汽车开发提供基础理论支持，推动我国汽车工业的跨越式发展。3.2 五年预期目标（1）理论研究成果：Ø 揭示分布式驱动电机转矩与转速快速变化时的轮胎路面的瞬态作用机理；揭示分布式驱动型式对电动汽车整车动力学的影响规律及多物理场的耦合作用对分布式驱动电动汽车动力学的影响规律。Ø 揭示电源系统在全生命周期和全工作范围内的能量效率变化规律；建立适用于分布式驱动系统的电池状态估计理论模型，提出电池状态估计方法；揭示多样工况条件下不同拓扑结构电源与轮边电驱/制动系统能耗内在规律，提出电源及分布式电驱/制动系统拓扑结构理论及能量管理方法。Ø 揭示分布式驱动电动汽车的流场规律、空气阻力形成机理，探索适应于分布式驱动结构的最佳空气动力学汽车外形特征；揭示分布式驱动电动汽车在轮边驱动单元区域的特殊流动及传热规律，探索适应于该区域的特有的气动外型特征和热管理途径。Ø 初步建立起高性能分布式驱动电动汽车多源信息融合的车辆状态估计与参数辨识方法及技术体系，并在路面特征参数辨识方法以及车辆行驶状态参数估计的自适应方法方面取得突破。Ø 建立适用于分布式电驱动模式的汽车驱动/制动控制的理论，阐明分布式驱动电动汽车能量管理与汽车动力学控制间的作用关系，形成分布式驱动电动汽车复杂耦合系统能量管理与动力学协调控制理论。（2）技术创新与应用成果：Ø 建立轮胎高频动态模型及多物理场耦合作用下分布式驱动电动汽车复杂多体系统动力学模型，提出分布式驱动电动汽车复杂耦合动力学建模方法。Ø 建立一套用于分布式电驱动系统的电源系统综合设计、优化方法体系，建立不同拓扑结构电源与分布式电驱/制动系统的能耗特性模型，提出分布式电源系统充电及优化的能量管理模式。Ø 针对分布式驱动电动汽车结构特征，提出分布式驱动电动汽车的车身设计方法；提出适合分布式驱动电动汽车的高效散热技术和热管理控制策略；阐明系统结构和空气流动特性的关系、空气动力学特性和热能综合利用的关系，形成以空气动力学主导汽车设计的全新汽车设计理论。Ø 研发高性能分布式驱动电动车辆动力学参数估计系统，开发通过硬件在环仿真或者实车试验来验证车辆状态估计与参数辨识方法的评价体系。Ø 开发分布式驱动电动汽车驱动防滑技术、制动防抱技术、整车稳定性控制技术；实现分布式驱动电动汽车复杂耦合系统动力学协调控制，并加以验证。 在 SCI/EI 收录的国内外著名学术刊物上发表论文 200 篇以上，出版学术专著 1 部以上、申报省部级与国家级奖励 2项以上，申请国家发明专利 1425 项。培养本领域的拔尖人才以及学术带头人 23 人，培养博士、硕士研究生 50 名以上。三、研究方案4.1 学术思路 本项目的学术思想是瞄准国家对汽车工业发展的需求，针对高性能分布式驱动电动汽车的技术难点，提出三个基础科学问题，设立五个研究课题。具体思路如下：Ø 国家重大需求：汽车行业是我国国民经济的支柱产业，在国家中长期 科学和技术发展规划纲要和中国汽车产业振兴规划中，都将电动 汽车等新能源汽车作为发展的重点。高性能分布式驱动电动汽车在节能、环保和主动安全性具有显著优势，但是相关理论尚不成熟，因而需要通过项目研究，为我国电动汽车开发提供基础理论支持，推动我国汽车工业的跨越式发展，使其在未来激烈的国际竞争中立于不败之地。Ø 三个科学问题：根据国家节能减排的要求和目前分布式驱动电动汽车还存 在较大效率提升空间，针对提高分布式驱动电动汽车性能的关键因素，凝练出三个基础科学问题：“分布式驱动电动汽车复杂耦合系统动力学”、“多变环境与工况下分布式驱动电动汽车能耗规律”、“复杂工况下分布式驱动电动汽车耦合系统动力学协调控制机理”。Ø 五个研究课题：根据所需解决的科学问题，设置了分布式驱动电动汽车复杂耦合系统动力学特性与建模、分布式驱动电动汽车电源与电驱动系统能耗规律与能量管理、分布式驱动电动汽车空气与热动力学系统能耗规律与优化设计、车辆动力学系统关键状态估计与参数辨识、分布式驱动电动汽车整车耦合系统动力学控制等五个研究课题。Ø 研究成果：本项目以分布式驱动电动汽车节能与主动安全性能提高为研究目标，研究成果须在理论、方法、机理、机制等基础研究方面有所突破。同时，还包括各种控制芯片、仿真软件平台和试验平台等实用成果。4.2 技术路线 本项目研究的技术路线是：建立基于分布式驱动电机特性的轮胎动态模型、路面轮胎悬架车身多体耦合动力学模型和动力电源电驱动系统多场耦合动力学模型，以此为基础建立分布式驱动电动汽车多体多场复杂耦合动力学模型；以提高能量利用率为目标，根据分布式驱动的使用环境和工况，研究电源系统的能量效率特性，分析分布式驱动/制动系统的能耗规律，研究分布式驱动电动汽车拓扑结构及能量管理优化方法；研究分布式驱动电动汽车的空气动力学及流场特性，探索空气动力/热动力能量消耗规律，优化分布式驱动电动汽车车身空气动力设计及热管理流场设计；利用分布式驱动电动汽车多源信息特征，设计在变参数和复杂工况下的高精度、实时车辆关键状态估计和参数辨识方法；研究分布式驱动电动汽车独特的驱/制动动力学和防滑、防抱稳定性控制，探索分布式驱动电动汽车的整车动力学稳定与节能协调控制方法。具体的技术途径见图 1，图 1 技术方案框图4.3 特色与创新 特色：项目设置特色：项目所针对的汽车工业是我国装备制造业的龙头产业、国民经济的重要支柱。在国际汽车工业面临的节能减排严峻挑战的形势下, 项目设置紧密结合我国能源安全、自主创新和可持续发展战略的国家需求，力求抓住新一代电动汽车技术发展的历史机遇，拟解决高性能分布式驱动电动汽车的关键基础理论问题, 占据汽车技术发展的制高点, 为实现我国汽车产业的跨越式和可持续自主发展提供科学支撑。技术路线特色：技术路线从分布式驱动电动汽车的系统动力学特性与能耗特性入手，建立该复杂耦合系统的动力学理论，揭示该多场系统的能量耗散机理，在此基础上，进一步提出能耗优化的动力学协调控制理论与极限工况下车辆动力学稳定性协调控制理论。采用理论研究、计算机仿真和试验研究相结合。理论研究揭示系统本质，计算机仿真在理论研究基础上对理论进行修正，试验研究结合实际验证理论研究结果准确性，并最终形成实际应用成果。研究内容特色：项目研究内容围绕汽车节能与安全两大目标，针对开发电动汽车面临的系统复杂性问题、环境与工况的多样性问题，综合归纳到分布式驱动电动汽车复杂耦合系统动力学、多变环境与工况下分布式驱动电动汽车能耗规律与复杂工况下分布式驱动电动汽车耦合系统动力学协调控制机理这三大研究内容。三大研究内容层层递进环环相扣，最终形成高性能分布式驱动电动汽车的基础理论，为电动汽车发展提供有力支撑。创新：理论创新：建立分布式驱动电动汽车的复杂耦合系统动力学模型；提出能量管理、整车结构和外形的设计理论；复杂耦合系统能量管理与动力学协调控制理论，创立高性能分布式驱动电动汽车设计与控制的新理论、新方法。方法创新：本项目以理论研究、试验研究和应用研究为基本研究手段，研究 轮胎-路面瞬态作用机理，建立复杂耦合动力学模型；研究电源系统能效特性与 能量管理方法、驱动/制动系统动力学及能量利用机制，理论研究与试验分析相 结合，提出分布式驱动电动汽车的空气/热动力学优化设计方法。针对分布式驱动电 动汽车特性，提出车辆状态估计与参数辨识方法，与协调控制理论相结合，提高整车节能与主动安全性能。4.4 可行性分析本项目的学术思想、研究方案、研究内容是为解决与电动汽车发展密切相关的重大基础科学问题而确定，是建立在对国内外研究现状与发展趋势的深入分析和各主要承担单位已有坚实的相关前期工作基础之上的。项目参加单位分别为在电动汽车、汽车节能与安全和汽车动态模拟方面的国家级研究基地(国家工程中心/工程实验室和国家重点实验室) 。在国家前期相关项目的支持下，在与本项目相关的研究内容的不同侧面，各参加单位已取得了不同程度的进展，积累了较丰富的研究经验、研究基础和技术储备。其中，同济大学国家燃料电池汽车及动力系统工程技术研究中心余卓平教授课题组围绕四轮分布式驱动电动汽车平台，分别在车辆侧向动力学、车辆状态估计与参数辨识、驱动/制动控制策略等方面展开了广泛的研究，并取得了丰硕的成果; 孙泽昌教授长期从事新能源汽车动力蓄电池管理系统、动力控制系统的研究，近年来作为课题负责人参加了国家863 电动汽车重大专项的研究; 杨志刚教授长期从事过流动稳定性、涡破裂、燃烧-声音稳定性、湍流模型、小雷诺数流动及计算流体力学方法的研究, 在车辆空气动力学、气动声学、车辆热环境控制等方面具有深厚的研究积累。吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室郭孔辉院士长期以来在轮胎动力学建模及车辆动力学建模方面积累了丰富的科研实力。清华大学汽车节能与安全国家重点实验室宋健教授课题组在整车稳定性控制和制动安全性控制技术及产品开发方面具有较强的研发实力; 李克强教授课题组在智能主动安全汽车运动控制、混合动力电动汽车（HEV）整车系统控制、先进车辆噪声振动（NVH）控制所涉及的关键核心技术和应用基础研究方面，取得多项重要的创新性成果。参加本项目子课题研究的各单位形成了优势互补、上下游结合的研究开发团队。通过交流与合作，对本项目关键科学问题及解决途径形成了共识,为实现本项目的研究目标奠定了学科和队伍基础。本项目课题组由多名学术骨干组成，大多数都是工作在科研第一线的 45 岁左右的中青年学者，在本领域的研究成果已得到行业和学术界的高度认可。研究队伍的组成充分体现了跨学科、跨部门、强强联合、知识结构互补等特点，并且与国外相关知名研究单位已有着很好的交流合作渠道和关系，因此在研 究团队方面为本项目的顺利实施提供了重要的保证。虽然本项目的综合交叉性强、涉及的学科专业多、研究难度大，但经过良好的组织和深入系统的研究，有可能取得重大突破。4.5 组织方式 本项目课题组以中国工程院院士郭孔辉作为学术顾问，以“节能与环保汽车长江学者与创新团队”学术带头人余卓平教授为首席科学家，组织同济大学、吉林大学和清华大学的1个国家工程中心/工程实验室和2个国家重点实验室的相关领域研究人员, 围绕相关高性能分布式驱动电动汽车的3大科学问题, 从5个课题方面开展研究工作。四、年度计划年度计划年度研究内容预期目标第一年1. 分析分布式驱动电机转矩及动态特性，开展悬架系统橡胶衬套等非线性元件高效率多体建模技术的研究；2. 揭示单体电池的动态特性，初步建立等效的、适用于分布式电驱动系统电动汽车单体电池状态估计的模型；3. 开展基于分布式驱动电动汽车结构特征的机电一体化轮边电驱动系统新结构新方案研究；研究轮边电驱动系统半理论模型结构；4. 电动车创新车身布置研究，车身结构研究，初始车型；进行减阻研究；5. 建立车用电机/控制器在复杂工况下的温度动态特性的仿真模型；建立动力蓄电池组内三维热流体流动数学模型和温度动态特性模型；6. 完善基于高性能分布式驱动电动汽车的车辆状态参数观测方法系统方案设计；7. 探索基于复杂车载传感器系统的多源信息融合与处理方法；8. 再生制动过程动力学与电源系统能量耦合特性关系测试分析。1. 针对分布式驱动电动汽车轮边电机动态转矩特性，研究瞬态工况下轮胎与路面附着特性和作用机理；2. 分析分布式电驱动系统结构、温度和电磁场之间的耦合作用；3. 初步解释电池能量效率的影响因素和外部表现规律；4. 初步建立等效的、适用于分布式电驱动系统电动汽车单体电池状态估计的模型；5. 初步建立轮边驱动系统的半理论模型；6. 考虑分布式驱动电动汽车结构特征，提出机电一体化轮边电驱动系统新结构新方案；7. 初步形成针对新车型所导致的湍流与漩涡分离流动的准确模拟方法；基于减阻研究成果，初步设计出优化车型；8. 电机/控制器热力学特性的动态特性；动力蓄电池组的速度场、温度场分布特性规律；9. 建立基于高性能分布式驱动电动汽车的车辆状态参数观测方法系统方案设计，并形成方案设计报告；10. 形成多源信息融合与处理子系统；11. 电驱动子系统驱动动力学特性；12. 再生制动过程动力学与电源系统能量耦合特性；13. 在 SCI/EI 收录的国内外著名学术刊物上发表论文26-29篇，培养博士、硕士研究生13-15 名。第二年1. 研究复杂行驶工况下分布式驱动电动汽车轮胎建模方法；建立考虑车身和悬架部件弹性的刚柔耦合多体动力学模型；2. 研究不同转矩和转速下动力电池分布式电驱动系统的温度场分布和分布式电驱动系统电池在不同的使用环境的能量效率变化规律；3. 研究适用于分布式电驱动系统电动车辆的动力电池SOC估算方法；提出基于性能衰减规律的电池寿命预测的半经验、半理论模型；4. 研究基于高效、安全特性的轮边电驱动系统新结构和机电一体化轮边电驱/制动系统及提高整个电驱动系统能量利用效率的电动驱/制动系统与摩擦制动协调关系与控制规律；5. 进一步进行减阻技术的研究，引入热管理所涉及的流场特性约束条件，对车型的阻力特性和内部流场特性进行研究，并指导新车型的设计；6. 逐步加深对关键区域流动和传热的机理性研究，通过改变设计参数，研究流动和传热的变化规律；7. 建立动力蓄电池组内流场和温度场测试方法；8. 建立实时参数辨识用的简化轮胎动力学模型，并验证模型的有效性；9. 建立基于轮速与驱动转矩信息的车辆关键状态参数辨识方法，以及在变参数、复杂工况下，对车辆行驶状态参数估计的自适应方法进行仿真研究；10. 研究防滑/防抱制动过程中电源系统能耗特性、电驱动系统动力学特性；11. 综合考虑车辆驱/制动性能、安全性及节能等多目标优化控制要求，探讨全工况多目标驱/制动系统动态优化控制指标和参量。1. 提出可描述轮胎路面高频动态接触特性的电动汽车轮胎建模方法；2. 建立悬架车身刚柔耦合动力学模型；3. 得到分布式电驱动系统电池单体在不同使用条件下的能量效率特性；4. 提出用于分布式电驱动系统动力电池SOC估计的算法；5. 揭示分布式电驱动系统电池单体容量衰减、内阻增加的成因，并制定动力电池加速寿命测试实验；6. 建立分布式电驱动系统电池寿命预测的半经验、半理论模型；7. 建立轮边电驱动系统能耗特性的半理论模型；8. 完成新型轮边驱动电机电磁耦合过程的理论分析；9. 建立分布式电动汽车动力系统试验研究平台；10. 完成分布式驱动电动汽车电源与分布式驱/制动系统建模，开展系统节能机理的研究，并取得初步研究成果；11. 在上年车型的基础上，初步设计出满足热管理所涉及的流场特性约束条件的低阻车型；12. 初步明确影响流动和传热的设计参数；13. 动力蓄电池热管理设计理论及方法；动力蓄电池发热及温度变化的动态特性；14. 建立简化轮胎动力学模型；15. 建立车速、质心侧偏角和路面附着系数观测估计方法；16. 建立在变参数、复杂工况下的状态估计模型参数自适应方法；17. 防滑/防抱制动过程中扭矩波动与电源、电驱动系统相互作用关系；18. 驱/制动优化控制中关键控制指标分解与参量定义；19. 在 SCI/EI 收录的国内外著名学术刊物上发表论文34-37篇，申请国家发明专利 47 项，培养博士、硕士研究生14-17 名。第三年1. 提出胎面特性半经验描述模型；解决复杂工况下分布式驱动电动汽车轮胎动态模型与悬架系统的连接问题；2. 开展整车多体耦合动力学仿真；研究分布式电驱动系统的热机耦合机理；3. 初步定性地分析电池内阻R、容量C、荷电状态SOC、充放电效率h等的不一致对外特性的影响规律；4. 研究分布式电驱动电源系统状态估计修正方法，提高估计精度；5. 电池成组方式、充电管理、热管理、均衡等对系统能量消耗和能量效率的影响；6. 研究机电一体化轮边电驱动系统原型样机的能耗性能和失效安全功能；7. 逐步分析流场结构的变化对传热方式和途径的影响，在此基础上，指导车身外型的整体优化和局部优化工作；8. 建立多空介质内流动和传热规律三维数学模型，进行多孔介质热流体流动和传热规律的理论分析和试验研究；开发基于新型材料和强化传热技术的新型热管理系统；9. 建立基于复杂车载传感器系统的多源信息融合与车辆平台参数的预估系统；10. 通过试验来验证车辆状态估计与参数辨识方法；对观测估计方法的实时性、精度、适用范围等进行评估；11. 电驱动子系统最优驱动性能控制方法研究；研究考虑车速与路面附着波动条件下的最优驱动特性实现与最优驱动防滑的控制方法；研究电液复合制动系统协调控制方法。1. 建立阶段性分布式驱动电动汽车轮胎高频动态模型；2. 建立阶段性轮胎悬架车身多体动力学模型；3. 提出分布式驱动电动汽车复杂耦合动力学建模方法；4. 确定分布式电驱动系统不同电池成组方式对电池能量消耗和能量效率的影响规律；5. 揭示电池内部状态不一致对电池系统外特性的影响规律；6. 改进的电池状态估计算法；7. 总结轮边驱动系统能耗规律。改进半物理模型；8. 机电一体化轮边电驱动系统原型样机和失效安全功能的高效能轮边驱动电机原型；9. 在上年车型的基础上，初步设计出满足热管理所涉及的流场特性约束条件的低阻车型；10. 车身局部关键区域的优化工作初步完成，并初步完成与车身整体造型的整合过程；11. 多孔介质传热及阻力特性；高效新型材料强化传热换热装置设计理论及方法；12. 建立并完善一个基于复杂车载传感器系统的多源信息融合与车辆平台参数的预估系统；13. 研发一种通过硬件在环仿真或者实车试验来验证车辆状态估计与参数辨识方法的评价体系；14. 电驱动子系统最优驱动性能方法；15. 驱动防滑子系统控制器；16. 再生制动与液压制动耦合控制子系统中制动能量回收与液压制动协调控制方法；17. 在 SCI/EI 收录的国内外著名学术刊物上发表论文42-44篇，申请国家发明专利 36项，培养博士、硕士研究生14-16名。第四年1. 建立轮胎高频动态模型、轮胎悬架车身耦合动力学、动力电池分布式电驱动系统及分布式驱动电动汽车整车的复杂多体耦合动力学建模；2. 确定以快速、高能量效率为目标的最佳SOC均衡区间和电池单体均衡策略；优化复杂工作条件下的充放电策略；3. 开展分布式驱动电动汽车电源与分布式驱/制动系统建模、仿真和优化设计方法研究；形成电动汽车能量管理的理论与方法；4. 研究电源与电驱动系统分布的拓扑优化架构；研究在新的拓扑架构下电源及驱动系统综合建模与状态准确估计等复杂问题；5. 研究和分析系统关键参数对电源和轮边电驱动系统性能的影响；在系统半物理模型的基础上构建混合模型；6. 建立基于分布式热源热管理模型，进行分布式热源的动态特性的仿真和试验研究；覆盖件应用基础优化研究；7. 对车辆状态估计与参数辨识方法进行实车试验验证，优化改进观测方法和预估系统；8. 探讨全工况多目标驱/制动系统动态优化控制理论；9. 分布式电驱动汽车整车动力学多系统协调控制框架研究；10. 常规工况下整车动力学多系统协调控制算法研究；11. 极限工况下整车动力学稳定性控制以及与防滑控制、防抱控制系统的协调。1. 建立轮胎高频动态模型；2. 建立轮胎悬架车身耦合动力学模型；3. 建立分布式驱动电动汽车整车复杂多体耦合动力学模型；4. 建立基于分布式电驱动系统下电池不一致外在表现规律和内部状态估计的均衡方法；5. 提出分布式电驱动系统的复杂工作条件下优化的电源系统充放电策略；6. 提出分布式电源系统的充电及优化的能量管理模式；7. 揭示不同拓扑架构电源与分布式电驱/制动系统的能耗特性；8. 建立电源及分布式驱动系统架构体系，并给出相应的理论描述；9. 在上年车型的基础上，初步设计出满足热管理所涉及的流场特性约束条件的低阻车型；10. 对局部区域的造型优化工作基本完成，实现了与整车造型的全面整合；11. 高效新型分布式热源热管理系统动态特性；12. 完善基于复杂车载传感器系统的多源信息融合与动力学参数预估系统；13. 不同工况条件下驱/制动最优控制器各控制目标的实现；14. 分布式电驱动汽车整车动力学多系统协调控制框架；15. 常规工况下整车动力学多系统协调控制算法；16. 极限工况下整车动力学稳定性控制以及与防滑控制、防抱控制系统的协调控制方法；17. 在 SCI/EI 收录的国内外著名学术刊物上发表论文46篇以上，申请国家发明专利 48 项，培养博士、硕士研究生15-17 名。第五年1. 分析电机驱动型式和多物理场的耦合作用对整车动力学特性的影响规律；完善所建复杂多体耦合动力学模型；2. 建立一套适用于分布式电驱动系统电源系统的综合设计、优化方法；总结电源及分布式电驱/制动系统拓扑结构理论与能量管理方法；3. 研究改进车型的阻力特性、内部流场特性、以及侧风安全性；提出基于分布式热源的热管理控制策略和设计方法；4. 完善基于复杂车载传感器系统的多源信息融合与动力学参数预估系统；5. 全工况下系统车辆动力学控制与能量系统的耦合关系测试评估；6. 系统控制方法优化。1. 揭示分布式驱动型式对电动汽车整车动力学特性的影响规律；2. 揭示多物理场的耦合作用对分布式驱动电动汽车动力学特性的影响规律；3. 制作分布式驱动电动汽车的验模样车；4. 建立一套适用于分布式电驱动系统的电源系统综合设计、优化方法体系；5. 电源及分布式电驱/制动系统拓扑结构理论与能量管理方法6. 分布式驱动电动车热管理系统的最优化控制策略。7. 在2014年车型的基础上，设计出满足热管理所涉及的流场特性约束条件的低阻车型，形成相应的侧风安全性设计包线。8. 样车试制。9. 样车风洞试验。10. 全工况下系统车辆动力学控制与能量系统的耦合关系；11. 复杂耦合系统协调控制技术在试验平台车上的搭载；12. 分布式电动汽车整车耦合系统动力学控制理论；13. 在 SCI/EI 收录的国内外著名学术刊物上发表论文48篇以上，申请国家发明专利34项，培养博士、硕士研究生13-15 名。一、研究内容研究内容之一：分布式驱动电动汽车复杂耦合系统动力学 分布式驱动电动汽车首先是汽车，必然涉及轮胎与路面的相互作用、轮胎路面悬架车身的多体耦合动力学和空气/热动力学。但因动力配置的改变，传统内燃机汽车的有关这些方面的理论不能直接应用到分布式驱动电动汽车上，必须在分布式驱动的基础上，重新建立轮胎动态模型和多体耦合动力学模型。分布式驱动电动汽车的能源来自于动力电源，其动力经分布式驱动电机传递至车轮，因此必须研究动力电源和电机带来的温度场、力场和电磁场耦合效应，建立多场耦合动力学模型。主要研究内容包括：1-A 分布式驱动系统轮胎路面瞬态作用机理 电动轮相比传统发动机的动态响应频率高一个数量级，电机电磁场在轮胎行驶过程中与力特性相耦合，同时电磁场与轮胎温度场的耦合对轮胎与路面间附着特性又会产生不可忽视的作用。因此，需要分析电机磁场以及扭矩输出特性对轮胎行驶过程中各力学特性的影响，揭示基于电机磁场与轮胎温度场的耦合下的胎面附着特性演变规律，探索驱动电机的变频工作特性下轮胎与路面瞬态接触的工作机理，从而建立具有广泛适用性的电动轮驱动轮胎动态模型，为整车系统动力学的分析研究打下坚实的基础。1-B 整车空气动力学与热动力学与建模 基于分布式驱动方式带来的更大的整布置自由度与车身设计自由度的特点，开展整车空气动力学理论研究。探索基于低风阻车身外形湍流与旋涡分离流动的准确建模方法，研究分布式驱动电动汽车整车与零部件复杂几何形状对风阻与升力的形成机理与建模方法，建立分布式驱动电动汽车的空气/热动力学耦合理论与模型。1-C 多体多场耦合系统动力学与建模在轮胎动态模型基础上，建立基于分布式驱动电机特性的包含路面、轮胎、悬架和车身的多体耦合动力学模型。研究动力电源系统的温度场效应和分布式驱动系统的力场、温度场和电磁场的耦合作用，基于多场耦合动力学建模方法，建立包含动力电源电驱动系统多场耦合动力学模型。同时考虑整车多体和多场耦合动力学，建立分布式驱动电动汽车多体多场复杂耦合动力学模型，揭示车辆系统的动态特性，形成分布式驱动电动汽车多体多场耦合动力学理论，为基于能耗优化的整车耦合系统动力学控制研究打下基础。研究内容之二：多变环境与工况下分布式驱动电动汽车能耗规律 任何系统，为降低其能耗，就必须了解其能耗基本原理和分布情况。对于分布式驱动电动汽车来说，其能耗主要表现在电源系统损耗、克服各种阻力而驱动车辆的驱动能耗、电机和制动器等发热损耗、各部件之间的摩擦损耗等这些方面。其中驱动能耗是用于车辆的行驶，取决于车辆的工况，是固定不变的。而其他能耗不管何种形式，最终都将转化为热能耗散掉而白白浪费，为提高系统效率就应尽可能的降低这部分能耗。而各部分能耗基本原理的研究为能耗优化设计提供理论基础。主要研究内容包括：2-A分布式电驱动系统能耗规律 研究驱动工况下电驱动系统能耗特性和不同驱动模式下电驱动系统能耗规律；研究制动工况下再生制动系统的能耗特性和不同制动模式下的能耗规律；基于此研究多样工况下分布式电驱动系统的能耗特性。以此为理论指导，探索机电液一体化分布式驱动/制动系统新机构新原理，进行系统特性的仿真分析与优化、原理样机的试制与试验等（如效率场分布特性、控制特性等）。2-B 电源系统能耗规律 分析电源系统能量效率、车辆的行驶阻力功率及运行约束条件，分析复杂载荷下单电池荷电状态特性电源使用特性，研究单电池能耗特性；在此基础上，研究多变环境与多样工况条件下全生命周期的电源系统 SOC 变化机理、使用特性及能耗规律；以提高电源与电驱动系统能量效率为目标，研究分布式电源系统拓扑构架，探讨电源与电驱动系统模式对电源与电驱动系统能耗规律的影响。2-C 分布式驱动电动汽车内外流场与热耗散规律 充分考虑分布式驱动电动汽车特有的动力系统分布特征及内外复杂环境影响因素，研究多变环境与多样工况条件下车辆空气/热动力学系统能耗特性；研究湍流与旋涡分离流动、风阻与升力的形成机理、电动汽车前舱及分布式电源与驱动系统内外空气流场特性对车辆空气/热动力学系统能耗特性的影响；研究分布式驱动电动车空气动力学特性与热管理系统中关键子系统热特性复杂的多场耦合关系对能耗特性的影响，探讨分布式驱动电动汽车空气/热动力学系统能耗规律。研究内容之三：复杂工况下分布式驱动电动汽车耦合系统动力学协调控制机理高性能的分布式驱动电动汽车不只是要提高各子系统的效率，更要达到整车效 率最优与安全性的统一。因此，必须要进行复杂工况车辆耦合系统动力学协调控 制机理。在之前研究内容一、二的基础上，综合考虑各子系统能耗分布规律和控制特性，以整车高效节能和主动安全为目标，在研究各子系统最优控制方法的基础上，探讨分布式驱动电动车动力学协调控制理论。主要研究内容包括：3-A 动力学系统关键状态估计与参数识别 基于分布式驱动电动汽车耦合动力学模型，建立准确反映车辆运动状态、结构简单、参数易获取且工况适应性好的车辆非线性动力学模型；在此基础上，充分利用各电动车轮轮速、驱动转矩与车辆加速度等信息，研究无非驱动轮工况下车辆速度估计方法、车辆横摆角速度的冗余估计方法、极限工况下高精度高实时性车辆质心侧偏角估计方法以及在长时间尺度、变参数、复杂工况下的状态估计模型参数自适应方法，建立多信息融合的状态估计与参数辨识理论。3-B 整车耦合系统动力学节能协调控制机理 基于多变环境与多样工况条件下电源与电驱动系统能耗规律及空气/热动力学能耗规律，研究能效最优化的配置方法与制动能量回收最大化控制理论；考虑驱动/制动系统效率、前后驱动/制动力分配特性、驾驶舒适性、电源特性约束，研究以高效节能为目标的整车耦合系统动力学控制理论。3-C 极限工况下动力学稳定性的协调控制机理 基于驾驶员驾驶输入、整车动力学状态监控，解决电动汽车在极限工况下的动力学稳定性问题。包括：驱动电机转矩与路面附着特性不匹配引起的驱动过程过度滑转问题；制动过程中制动能量回收与制动轮防抱控制的协调控制问题，以及汽车在复杂转向过程中引起的整车动力学稳定性控制问题；涉及到汽车动力学状态的精确识别、道路附着特性与坡道特征的识别、以及多系统的协调控制，如多个轮边电机驱动或制动匹配以产生主动横摆力矩控制，再生制动与常规制动的协调控制。