基于规则的分布式电驱动车辆驱动系统失效控制

针对分布式电驱动车辆在进入失效控制工况下,传统控制策略存在的纵横向控制目标无法满足、驱动能力降低、安全性变差等缺点,设计并考虑动力性和稳定性的驱动系统失效协调控制策略。该策略利用分布式电驱动车辆各轮无机械连接、各轮独立驱动以及驱动单元冗余配置的结构特点,依据不同的失效状况和车辆状态制定基于规则的驱动系统失效控制算法。对所设计的算法进行实车试验验证,试验结果表明,在发生驱动系统失效后,所设计的基于规则的驱动失效控制策略通过协调控制各驱动轮驱动能力,在低速小转向阶段改善了车辆的纵向驱动能力,在高速或者大转向阶段保证了车辆的横向稳定性。     

多轮独立电驱动车辆横摆稳定性滑模控制研究

以某型多轮独立电驱动车辆为研究对象,针对车辆稳定性问题,提出了基于横摆角速度和质心侧偏角联合控制的横摆力矩滑模控制方法.控制器采用分层控制结构,控制器上层基于滑模控制理论,首先分别独立控制质心侧偏角和横摆角速度,分别得出附加力矩目标值,而后加权求和得到附加横摆力矩目标值,其中加权函数能够动态反映车辆行驶状态;控制器下层...     

分布式驱动电动汽车动力学控制发展现状综述

回顾分布式驱动电动汽车动力学控制问题。分布式驱动电动汽车的主要结构特征是将驱动电动机直接安装在驱动轮内或驱动轮附近,具有驱动传动链短、传动高效、结构紧凑等突出优点。电动机既是汽车的信息单元,又是快速反应的控制执行单元,且通过独立控制电动机驱/制动转矩容易实现多种动力学控制功能。分布式驱动电动汽车为驱动防滑与制动防抱死控制提供更迅速更精确的执行器,但其对状态估计的精度和控制算法的鲁棒性要求也进一步提高。分布式驱动电动汽车直接横摆力矩控制控制与传统的直接横摆力矩控制相比,涵盖从常规到极限的全工况范围,因此算法须对非线性的轮胎特性有更好的自适应性。差速、差动驱动助力转向和车身姿态等控制尚处于起步研究阶段。为解决多个动力学控制间的协调问题,集成控制成为分布式驱动电动汽车动力学控制的一个重要发展方向。     

分布式电驱动车辆线控转向系统MFAC主动容错控制

为解决分布式电驱动车辆线控转向系统容错控制大多需要故障诊断与隔离模块,以及过于依赖精确车辆动力学模型问题,提出基于多输入多输出无模型自适应线控容错控制方法。通过分析车辆3自由度模型确定无模型自适应控制的输入输出关系,建立面向线控转向系统的多输入多输出无模型自适应主动容错控制器（Multi-input multi-output model free adaptive control, MIMO-MFAC）并进行求解,并通过理论推导证明了控制器单调收敛。在此基础上基于Matlab/Simulink和CarSim对该容错控制方法进行了仿真验证,仿真结果表明当转向系统发生故障时,容错控制方法能协同驱动系统产生额外的横摆力矩进行补偿,保证车辆既能维持期望车速也不偏离既定轨迹行驶。最后,通过驾驶模拟器试验验证了该容错控制算法的实时性。     

[分布式驱动电动汽车动力学控制]基于转矩协调分配的分布式驱动电动汽车稳定性控制

A hierarchical vehicle-stability-control method was presented based on the longitudinal force distribution optimization for the handling and stability control of the distributed-driven electric vehicles. The eight-degree-freedom vehicle models and the three-layer control systems were developed. By selecting the sideslip angle and the yaw rate as the state variables and introducting the virtual control to decouple two control variables,  the integral 2-DOF vehicle models were adopted to calculate the equivalent yaw moments for the vehicle stability in upper controllers. The linear quadratic regulator （LQR） method was utilized to optimize the distribution of the front and rear steering angles and the tire longitudinal forces in middle controllers. The sliding-mode-based slip controller in the lower layer was also designed to reallocate the wheel torques. Simulation results show that the control system may make full use of the adhesion potential of the tire under high speed and extreme conditions, realize the coordinated distribution of wheel torques and improve the steering stability of the vehicles. When the actuators fail, the system may reconstruct effectively and realize the reallocation of control inputs to improve the safety of the vehicles.     

基于状态反馈的分布式驱动电动汽车操纵性改善控制方法

研究分布式驱动电动汽车直接横摆力矩控制问题。提出基于状态反馈的操纵性改善控制策略：利用横摆角速度反馈改善车辆的横摆角速度瞬态响应,利用转向角前馈提高车辆的稳态横摆角速度增益。根据反馈系数对车辆瞬态响应特性的影响建立优化函数,获取不同车速下最优反馈系数。基于转向助力需求设计前轴差动转矩约束,再结合后轴的电动机外特性约束,获取不同车速下最大前馈系数。设计四轮转矩分配策略,在实现直接横摆力矩控制的同时满足驾驶员的加速需求。多工况下仿真验证表明,算法在改善横摆角速度的瞬态响应和稳态增益的同时可以减少转向盘力矩,降低驾驶员操作负荷;直接横摆力矩的引入有效地抑制了加速过程中的不足转向,平衡了前后轴的侧向附着利用率,提高了车辆的侧向稳定裕度。     

分布式电驱动车辆的无味粒子滤波状态参数联合观测

针对目前分布式电驱动车辆动力学领域中存在的状态参数观测体系不完善、观测精度低的问题,利用分布式电驱动车辆多信息源的特点,提出无味粒子滤波状态参数联合观测方法。基于非线性车辆动力学模型对分布式电驱动车辆的纵向速度、质心侧偏角、横摆角速度及各轮侧向力进行联合观测。同时,为提高侧向力的观测精度,采用非线性动态轮胎模型。在完成模型搭建的基础上,考虑到所搭建的车辆动力学模型具有强非线性,设计适用于强非线性模型的无味粒子滤波器对多个状态变量进行联合观测。而为进一步提高状态观测精度,进行量测噪声协方差的自适应调节。仿真和试验结果表明,所提出的状态观测方法能够提高分布式电驱动车辆状态参数观测精度和鲁棒性。     

主动后轮转向及分布式驱动车辆协同控制研究

为有效地改善车辆操纵稳定性,设计了主动后轮转向系统(ARS)与基于直接横摆力矩控制(DYC)的双电机分布式驱动系统协同控制方法,并将其应用于FSAE赛车。首先建立ARS及DYC车辆的二自由度模型;基于滑模变结构控制方法,提出协同控制模型,通过ASR控制器控制后轮转向角,减小车辆质心侧偏角,以及直接横摆力矩控制器(DYC)对两个后驱动轮的牵引力矩进行协调分配,实现横摆角速度的有效控制;最后,通过双移线测试仿真验证本文所提出的控制算法能够有效提高赛车弯道行驶的稳定性。     

基于自适应扩展卡尔曼滤波的分布式驱动电动汽车状态估计

纵向车速和质心侧偏角是车辆主动安全控制系统的关键参考状态信号,通常采用卡尔曼滤波算法估计。当系统噪声和测量噪声的统计特性存在不确定性时,不仅估计精度会降低,甚至导致估计器发散。结合分布式驱动电动汽车4个车轮转矩和转速可直接测量的特点,提出一种车辆状态自适应扩展卡尔曼滤波估计方法。基于量纲一化新息平方实现车辆状态估计有效性检测,提出滑动窗口长度自适应调整规则;根据新息统计特性提出卡尔曼滤波增益和状态估计误差协方差矩阵的自适应调整策略,及基于车辆状态估计稳态误差和动态响应速度的自适应参数确定原则。数值仿真和试验证明,所提出的车辆状态估计方法,不仅估计精度较高,而且实时性和易用性较强。     

匹配机械弹性车轮的分布式驱动电动汽车稳定性控制

车辆的稳定性一直以来是车辆安全研究的重要问题,车辆在紧急变道或者避障等极端工况下非常容易失去稳定性。首先,根据车轮刷子理论,建立匹配机械弹性车轮(Mechanical elastic wheel,MEW)的纵向和侧偏力学模型。接着,为了深入研究装备MEW的分布式驱动电动汽车的横向稳定性,提出一种分层控制结构。为了提高滑模控制器的鲁棒性,上层控制器采用积分联合终端的滑模控制器,通过获得期望的横摆力矩来提高车辆的横向稳定性。在下层控制器中根据采用全轮纵向力轴载比例分配模式,以前、后轴载估计值为比例分配各轴总的驱动力与横摆力矩。建立匹配MEW的车辆动力学模型,通过Carsim和Matlab/Simulink联合仿真对分层控制结构进行了多种复杂工况下的验证。仿真结果表明,提出的控制算法能够有效地提升装备MEW车辆的横向稳定性。     

控制分配理论在车辆动力学控制中的应用

回顾控制分配理论在分布式电驱动车辆动力学控制中的应用。控制分配是解决执行器冗余控制的有效方法,它可将控制系统的设计分解为基本控制率的设计与控制分配算法的设计,降低控制系统设计的复杂度。分布式电驱动汽车的执行器数量多于被控物理量,是一种典型的执行器冗余控制系统。控制分配理论在分布式电驱动汽车中的应用经历了从简单的显式分配到优化分配的过程。在动力学控制方面,已形成包含各执行器约束,考虑轮胎横纵向力耦合的控制分配技术,结合液压系统与电动机系统进行分配是进一步研究方向。在能耗最优控制中,控制分配算法通过权重系数可以结合稳定性控制目标,有利于多目标融合的实现。在系统重构控制中,目前主要采用基于规则的控制分配方法,通过优化算法实现系统重构是进一步研究方向。目前应用的控制分配算法以二次规划与伪逆法为主,主要原因在于这两种方法的实时性好,且具有较高的分配精度。     

电动汽车用混合励磁电机数字驱动系统的研究

针对电动汽车对电机驱动系统具有较高转速、转矩特性的要求,设计出了基于混合励磁电机的电动汽车驱动系统。分析了混合励磁电机的优势并在此基础上提出了相应的控制策略,着重介绍了系统的硬、软件实现方案。整个电动汽车电机驱动系统采用转速、电流双闭环控制,以TMS320F2812型DSP作为核心控制器件,包括主电路功率模块、系统安全保护模块、CAN通信模块等部分,最后通过实验验证了系统的可行性与优越性。     

基于能量法的分布式驱动电动汽车防侧翻控制

分布式驱动电动汽车具有优越的侧倾稳定性控制功能,但基于横向载荷转移率评价进行控制并不能充分发挥其技术优势。为提升该类车型恶劣工况下的防侧翻控制能力,针对当前侧翻评价指标的不足,开展基于能量转化评价的稳定性控制研究。针对该类车型的结构特点,建立车辆系统坐标系,借助欧拉旋转角法推导了整车在侧翻运动过程中动能、势能和耗散能的表达方程;通过计算车辆失稳能量阈值与车辆实时失稳能量,提出综合多因素的车辆稳定性评价指标;基于侧翻动力学模型设计出防侧翻滑模控制器;通过在分布式驱动系统力矩阈值范围内开展基于驱动轮力矩分配的差动驱动,实现了整车的防侧翻控制。研究表明,基于能量法制定的空间失稳评价指标相较于横向载荷转移率而言,更能准确、灵敏地反映整车侧倾运动状态的变化趋势,基于其设计的防侧翻控制方法通过主动分配两侧驱动力矩,削弱了相关能量转化,有效抑制了整车侧倾运动,显著提高了侧倾稳定性。     

[分布式驱动电动汽车动力学控制]电动汽车对开坡道双模耦合驱动控制

基于所发明的双模耦合驱动系统开展了电动汽车对开坡道通过性能提升研究。分析了该驱动系统在对开路面上的转矩输出特性以及通过性控制方案;根据驱动轮滑转率门限制定了变模控制触发判定规则;针对驱动电机在变模过程中的主动调速要求,设计了其模糊-PID控制器;根据变模执行机构电机的参考角位移曲线,设计了其预测函数控制器;通过与其他驱动模式的台架和实车试验对比,验证了系统转矩输出特性以及变模控制的实际效果。研究结果表明,双模耦合驱动系统的转矩输出特性符合电动汽车的技术需求,其灵活的变模控制功能大幅提升了车辆在对开坡道上的通过性能。     

分布式驱动电动汽车双无迹卡尔曼滤波状态参数联合观测

为实时观测分布式驱动电动汽车行驶过程中的车身质心侧偏角等状态及车辆惯性参数如车辆质量、横摆转动惯量等信息,针对车辆惯性参数估计易敏感于载荷参数变化的挑战,发展面向载荷参数不确定（乘客或货物加载）的纵向、侧向、横摆运动的四轮车辆非线性动力学系统估计模型,在融合轮毂转矩等车载多传感器信息的基础上,将能适应强非线性系统的无迹卡尔曼滤波引入到车辆惯性参数估计中,设计车辆并联双无迹卡尔曼滤波状态参数联合观测系统,其中一个无迹卡尔曼滤波器观测车辆速度、车身质心侧偏角等状态,而另一个无迹卡尔曼滤波器观测车辆惯性参数。在CarSim/Matlab高保真环境中使用双移线、正弦工况对观测器在不同的载荷加载条件的可行性和有效性进行仿真验证,结果表明：该观测系统能实时观测车辆运行的状态及车辆惯性参数,即使在重载荷加载条件下仍具有较高的观测精度。     

电动汽车的电气驱动技术及其发展研究

近年来,我国交通业的飞速发展,导致我国能源消耗危机和环境污染问题的加剧,但这也为电动汽车的诞生和汽车产业,以及能源安全和低碳经济的长足发展带来新的增长动力.为此,本文围绕电动汽车的电气驱动系统构成以及电动汽车发展的趋势进行分析,并围绕汽车行业中采用的电驱动技术进行研究,解读电动驱动系统对于新能源汽车动力总成的作用,并分...     

四轮轮毂电机驱动智能电动汽车转向失效容错控制研究

四轮轮毂电机驱动电动汽车各轮驱动力矩独立可控,可通过控制前轴左右两轮的力矩差实现前轮转向.以四轮轮毂电机驱动智能电动汽车为研究对象,针对线控转向系统执行机构失效时的轨迹跟踪和横摆稳定性协同控制问题,提出一种基于差动转向与直接横摆力矩协同的容错控制方法.该方法采用分层控制架构,上层控制器首先基于时变线性模型预测控制方法求...     

数控逐次塑性成形系统的开发及成形试验

将计算机,数控机床以及形状简单的工具,结构简单的工件夹持装置有机地组合起来,构成了不同模具就能够直接制作异形工件的板材数控逐次塑性成形系统,并进行了铝材的数控逐次塑性成形,成功地成形了一些异形制件。试验表明,采用板材逐次塑性成形工艺还可以提高材料的成形极限。