融合稳定性的分布式驱动电动汽车路径跟踪控制策略研究

提出了一种融合车辆稳定性的路径跟踪控制策略,以提高分布式驱动电动汽车在高速、低附着等危险行驶工况下的路径跟踪精度和车辆稳定性,该控制策略包括路径跟踪控制层、稳定性控制器决策层、驱动轮转矩分配层。针对LQR路径跟踪控制器在高速大曲率工况下跟踪精度不足的问题,采用闭环PID矫正驾驶员模型补偿车辆前轮转角,并设计稳定性控制器用以跟踪车辆理想参考模型,基于模型预测控制算法决策出附加横摆力矩,同时以轮胎负荷率最小为目标优化车轮驱动转矩分配。利用自主开发的分布式驱动电动试验车分别在高速高附着和高速低附着双移线工况进行试验。结果表明：相对于只运用闭环PID矫正的LQR路径跟踪控制器进行路径跟踪,车辆在干燥的混凝土路面以90 km/h速度行驶时,融合车辆稳定性的路径跟踪精度的横向均方根误差降低了29.7%;车辆在潮湿沥青路面以70 km/h速度行驶时,均方根误差降低了10.3%。所提控制策略能够提高车辆的路径跟踪精度,满足车辆在危险行驶工况下的横摆稳定性。     

双电机后驱车辆操纵稳定性分层混杂模型预测控制

为改善车辆在复杂工况下的操纵稳定性,解决低附着路面易失稳的问题,针对后驱双电机轮边驱动电动汽车提出一种结合直接横摆控制与主动转向控制的操纵稳定性控制策略。控制策略采用分层控制结构：上层控制器采用多输入多输出系统的模型预测控制,对目标附加横摆力矩与前轮主动转向角进行求解;下层转矩分配控制器采用混杂模型预测控制（hMPC）,将轮胎纵向力的非线性特征简化为分段的混杂系统,在分配驱动转矩时考虑车轮在不同工况下的滑转情况。搭建了基于dSPACE实时仿真系统的仿真平台,在高附着、低附着路面下进行半实物仿真试验。仿真结果表明,与二次规划（QP）转矩分配算法相比,高附着路面工况下平均相对误差减小了17.64%,方均根误差减小了42.86%,最大偏离误差相对减少了7.64%;低附着路面工况下可以有效防止车辆失稳,改善操纵稳定性。     

横摆力矩滑模控制的轮边驱动电动汽车稳定性分析

为了提高轮边驱动电动汽车行驶的稳定性,提出横摆力矩滑模控制的稳定性控制策略,采用层次化结构的稳定性控制器。针对极限工况下车辆的状态估计误差偏大,基于无迹卡尔曼滤波(UKF)理论设计了适用于轮边驱动电动汽车的状态估计方法,根据UKF估计的车辆状态计算,设计滑模运动控制器计算所需的横摆力矩。考虑到转矩分配时的实际约束条件,设计了控制分配器,采用二次规划方法优化分配各轮上的驱动/制动扭矩。仿真结果表明:该稳定性控制器能够快速施加驱动力或制动力,及时、准确地控制车辆的横摆角速度和质心侧偏角,提高车辆的操纵稳定性。     

四驱电动汽车变附着路面行驶操稳性控制研究

针对四轮驱动电动汽车行驶时路面峰值附着系数和附着利用率变化的问题,提出利用直接横摆力矩控制提高操纵稳定性的控制策略。该策略采用分层控制,上层控制器负责目标车速的追踪、滑移率调整力矩的计算、以及根据行驶危险程度实现对质心侧偏角和横摆角速度的协调控制,下层控制器包括以轮胎利用率最优为目标的分配算法及集成滑移率控制的分配算法,根据滑移率大小实时切换。Carsim-Simulink联合仿真结果表明,在对开路面行驶时,相比于转矩平均分配控制策略,该控制策略能够使车辆具有良好操稳性的同时保持各车轮处于最佳滑移率区间内,有效改善了车辆性能。     

应用相似模型的半挂液罐车横向稳定性控制

针对在液体晃动情况下,半挂液罐车横向稳定性较差的问题,以相似模型理论为基础,搭建了半挂液罐车相似模型试验台。以4自由度单轨半挂汽车模型作为参考模型,采用卡尔曼滤波方法估计车辆的铰接角,运用最优控制和差动制动技术,设计了基于牵引车横摆角速度和铰接角的半挂液罐车横向稳定性控制策略,并利用所建立的相似模型试验台,进行了双移线工况的横向稳定性控制试验。试验结果表明:运用设计的控制策略,结合最优控制和差动制动技术可以有效抑制液体晃动对车辆的影响,降低车辆行驶状态参数的波动,提高半挂液罐车的行驶稳定性。     

分布式电驱动汽车稳定性控制策略设计与试验

研究分布式驱动电动汽车操纵稳定性控制问题。基于模型跟踪控制的思想,采用分层控制结构设计控制器。控制器包含参考模型、运动跟踪控制器、控制分配器、参数估计模块。采用带质心侧偏角约束的2自由度车辆模型作为参考模型,设计非线性滑模变结构运动跟踪控制器;针对过驱动系统引入控制分配理论,采用二次规划法设计控制分配器,利用有效集方法进行求解;设计相关动力学参量的估计模块。利用实车平台对稳定性策略进行实车验证,双移线试验与蛇形绕桩试验结果表明：滑模变结构控制器具有较好的收敛性,控制分配模块可以实现四轮纵向力的优化分配,车辆横摆角速度能够较好地跟踪参考横摆角速度。相比无控制车辆,提高平均通过车速,提高平均峰值横摆角速度响应,增加车辆在极限工况下的稳定性。     

四轮独立驱动电动汽车行驶稳定性分析与联合滑模变结构主动控制

针对四轮毂电机独立驱动汽车各轮力矩解耦可控的特点,分析车辆转向受力对四轮独立驱动电动汽车行驶稳定性的影响,提出四轮独立驱动电动汽车转向稳定性控制策略,为四轮独立驱动电动汽车四轮转矩协调控制,提升整车行驶稳定性提供了思路.基于模型跟踪控制的思想,采用分层控制思想设计控制器,控制器包含参考模型、顶层控制器、底层控制分配器.采用带质心侧偏角约束的2自由度车辆模型作为参考模型,设计出一种新的非线性联合滑模变结构主动控制的顶层控制器,该方法可以在一定程度上实现车辆横摆角速度和质心侧偏角的解耦控制,避免了横摆角速度和质心侧偏角的较大变化,从而保证汽车稳定性.在底层控制分配器中,采用基于轮胎稳定裕度最大化的最优分配方法.在Carsim软件中,搭建四轮轮毂电机独立驱动电动汽车模型,在Simulink软件中搭建控制策略模型.针对双移线工况,Carsim/Simulink联合仿真的结果表明,滑模变结构控制器具有较好的收敛性,控制分配模块可以实现四轮力矩的优化分配,能够提升车辆在极限工况下的稳定性.研究将为轮毂电机驱动车辆分布式协调控制提供理论支撑.     

四轮独立驱动电动汽车直驶稳定性协调控制研究

针对四轮独立驱动电动汽车直线行驶跑偏及行驶稳定性问题,提出驱动转矩协调控制策略。该策略采用分层控制逻辑,上层控制逻辑层负责车速跟随控制、附加横摆力矩计算、驱动防滑控制;下层控制逻辑层负责驱动转矩协调分配。基于车辆动力学软件Carsim和MATLAB/Simulink搭建四轮独立驱动电动汽车协调控制系统仿真模型,在高附着、低附着和对开路面等典型工况进行仿真,结果表明,相比于转矩平均分配及无控制,协调控制策略使车辆横摆角速度保持在0±0.05(°)/s,且车轮滑转率控制在最优滑转率范围内,提高了车辆直驶稳定性。     

独立驱动电动汽车神经网络PID稳定性控制

为提高独立驱动电动汽车在极限工况下的稳定性,提出了基于神经网络PID控制策略的直接横摆力矩决策算法,控制质心侧偏角和横摆角速度并进行转矩分配。基于2自由度车辆模型的线性化特征参数与实际车辆控制目标的偏差,引入动量优化项对神经网络权值进行在线更新,计算出跟踪理想质心侧偏角和横摆角速度所需的直接横摆力矩,通过车辆前后轴动态载荷估计,考虑驱动电机饱和输出力矩和路面限制条件的约束,对各驱动轮进行直接横摆力矩分配。将算法应用于CarSim/Simulink联合仿真模型进行工况仿真实验。结果表明,该方法能够保证车辆在中速情况下于光滑路面紧急转向和紧急移线换道操作稳定性,以及在路面湿滑情况下高速超车快速并线的稳定性。     

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。     

线控制动车辆弯道制动力优化分配控制策略

针对具备线控制动系统的车辆弯道制动工况下容易失稳的问题,提出了一种制动力优化分配控制策略,提升了车辆的操纵稳定性。总体采用分层控制的结构,上层运动控制器以理想二自由度车辆模型为参考模型,设计了基于横摆角速度和质心侧偏角联合控制的滑模控制器,用于计算所需的附加横摆力矩;同时通过制动踏板特性来识别驾驶员制动意图从而得出总制动力;下层制动力分配器以轮胎利用率为目标函数,通过序列二次规划法在约束条件范围内优化求解出各车轮所需的制动力。利用MATLAB/Simulink与Carsim进行联合仿真,并与传统的制动力比例分配策略在不同弯道制动工况下进行对比验证。结果表明:提出的制动力优化分配策略在转弯紧急制动工况下不仅能保证驾驶员的期望减速度,同时有效地提升了汽车的横向稳定性。     

基于转矩协调分配的分布式驱动电动汽车稳定性控制

提出一种基于车轮转矩优化分配的层次化车辆稳定性控制方法,用于分布式驱动电动汽车的操纵稳定性控制。建立八自由度车辆模型,分三层设计控制系统,上层控制器以质心侧偏角和横摆角速度为状态变量,采用积分二自由度控制模型,引入虚拟控制解耦两控制变量,计算车辆稳定的等效横摆力矩;中层采用线性二次型方法,优化分配前后轮转向角和轮胎纵向力;下层控制器设计滑模滑移率控制器,完成定滑移率下的车轮转矩再分配。仿真结果表明,该控制系统在高速极限工况下能充分利用轮胎的附着潜力,实现车轮转矩的协调分配,提高车辆的操纵稳定性;当执行机构出现故障时,系统能有效重构并实现控制量再分配,提高车辆的安全性。     

分布式驱动智能汽车轨迹跟踪的协同控制

针对车辆在轨迹跟踪过程中，尤其是高速转向等极限工况下，易出现车辆跟踪精度差和失稳的问题，以分布式驱动智能汽车为研究对象，提出一种考虑横向稳定性的轨迹跟踪协同控制策略。首先，建立车辆纵向、横向以及横摆运动的三自由度动力学模型，设计了基于模型预测控制的主动转向控制器，通过优化求解得到跟踪期望轨迹的最佳前轮转角。然后，采用滑模控制设计横摆力矩控制器，将横摆角速度和质心侧偏角作为联合变量，利用积分二自由度控制模型，计算车辆稳定的等效附加横摆力矩。最后，采用二次规划算法设计最优力矩分配控制器，以满足总的驱动力矩和附加横摆力矩的控制需求。仿真试验结果表明，控制系统在极限高速工况下，能够使车辆精确、稳定的跟踪期望轨迹。     

基于DYC控制全轮驱动铰接车行驶稳定性分析

全轮驱动铰接车所有驱动轮都可独立进行转矩控制,且电动机转矩的快速、精确响应和易于换向的特点,能够使这种铰接车有利于实现利用驱动力改善行驶稳定性。充分利用这一点,针对铰接车的行驶不稳定的情况,基于直接横摆力矩(DYC)控制方法,运用LQ最优控制理论,以车辆质心侧偏角(β)和横摆角速度(ωr)为控制变量对其行驶稳定性控制进行分析,对铰接车行驶稳定性进行前馈—反馈复合控制,使铰接车的横摆角速度,侧向加速度,质心侧偏角有了一定的改善,取得了良好的控制效果。并对其权值系数进行了调试。通过铰接角转角阶跃输入,结果显示加入控制后,在一定程度上改善了铰接车行驶的不稳定情况。     

基于直接滑动率分配的横摆稳定性控制策略研究

横摆稳定性是车辆主动安全研究的重要内容,在分布式驱动电动汽车上,利用车轮驱动/制动力矩可独立、精确调节的优势,能进一步提高横摆控制的效果。提出一种基于直接滑动率分配的横摆稳定性控制策略,控制策略分为上、下两层,上层为主动横摆力矩决策层,下层为车轮滑动率分配与控制层。为提高鲁棒性,在上层中采用滑模控制进行主动横摆力矩决策,并引入条件积分来消除滑模面附近的抖动和提高横摆角速度的跟踪精度,采用李雅普诺夫判定法证明算法的收敛性。在控制策略下层,基于魔术轮胎公式建立主动横摆力矩与车轮滑动率的关系式并计算出滑动率的控制边界值。应用Carsim与Matlab/Simulink联合仿真平台,进行所提出的横摆稳定性控制策略与Carsim/ESC的仿真对比。结果表明,引入条件积分的滑模控制能够在消除抖动的同时减小横摆角速度的跟踪误差,所提横摆稳定性控制策略能够提高车辆循迹能力,降低轮胎侧偏角并减小横摆控制过程中的车速下降幅度。     

4WD电动车的稳定性控制

针对车辆质心侧偏角难以测量的问题,采用无迹卡尔曼滤波算法设计了质心侧偏角状态观测器,针对分布式电驱动汽车在加速转向工况下车轮驱动力的优化分配问题,提出一种具有分层结构的控制策略。上层控制策略,以提高控制器对参数不确定和模型误差的鲁棒性,基于滑模鲁棒控制计算期望的主动横摆力矩;下层控制策略,以提高车辆操纵稳定性及轮胎利用率,采用拉格朗日乘子法对轮胎力进行优化分配。在MATLAB/Simulink环境下进行仿真分析,仿真结果验证了该控制方法能够有效地提高车辆操纵稳定性和轮胎的利用率。     

重型半挂汽车列车主动转向控制策略研究

为了提高重型半挂汽车列车的高速操纵稳定性,基于模糊控制和PID理论,提出了一种牵引车加挂车主动转向控制策略。首先,在MATLAB/Simulink软件中建立三轴重型半挂汽车列车的三自由度线性模型,并对模型有效性进行验证;其次,以三自由度线性模型与TruckSim非线性模型的牵引车横摆角速度偏差及偏差变化率为输入,设计了牵引车后轮主动转向模糊控制器,同时,以挂车横摆角速度偏差设计了挂车车轮主动转向PID控制器;最后,利用MATLAB/Simulink与TruckSim进行联合仿真,分别对牵引车加挂车主动转向控制、牵引车主动转向控制和传统无控制车辆进行双移线工况及重型铰接式车辆后部放大(Rearward Amplification, RWA)性能测试。结果表明,所设计的牵引车加挂车主动转向控制策略相比传统无控制车辆优势明显,有效减小了车辆横摆角速度、质心侧偏角和铰接角等值,牵引车与挂车最大横向位移偏差分别降低了13.75%和29.17%,且RWA比率降低了13.32%,显著提高了重型半挂汽车列车的高速路径跟踪性能及操纵稳定性能。     

基于车辆稳定性的轮胎力优化分配研究

针对电动汽车的高速行驶稳定性问题,对四轮独立制动/驱动、四轮独立转向电动汽车进行了研究。提出了一种轮胎力优化分配控制算法,提高极限工况下车辆稳定性。首先,根据驾驶员的转向、制动/驱动输入,基于理想二自由度车辆模型算出横摆角速度、质心侧偏角的目标值,然后比较目标值与车辆实际值得出偏差,再根据目标值与实际值的偏差采用滑模控制计算出了所需的总横摆力矩、侧向力、纵向力。最后基于八自由度车辆模型,通过最优分配控制算法,计算出了每个车轮上需要施加的纵向力与侧向力。利用Matlab/Sinmulink与车辆动力学软件CarSim联合仿真验证了基于车辆稳定性的轮胎力优化分配效果。仿真结果表明,提出的轮胎力优化分配算法在高速急转向工况下能够使车辆保持理想的横摆角速度和质心侧偏角,提高了极限工况下车辆稳定性。     

用于汽车稳定性控制的路面附着识别算法

轮胎-路面附着系数的识别对汽车动力学状态观测和稳定性控制起着至关重要的作用。汽车电子稳定控制系统(Electronic stability control,ESC)要求在车辆进入失稳危险工况之前能够实时精确地获得路面附着特征,这对算法的实用性和可靠性要求苛刻。为此,提出一种基于横摆角速度偏差和侧向加速度偏差的车辆非线性度双表征量法,全面地反映车辆转向时侧偏与横摆响应的非线性状态,根据非线性度与路面附着利用率的关系设计出附着估算偏差的补偿算法。附着估算时,以侧向加速度测量值为基准,经过偏差补偿得到附着初始值。引入广义滤波器抑制估算值抖动,使其能较好地应用于实车控制。通过实车测试验证本方法的有效性,并在ESC控制循环中验证附着精确估算算法对转矩控制的改进效果。     

基于ADAMS电驱动铰接车行驶稳定性建模分析

针对电驱动铰接车行驶中出现的"蛇形"失稳等现象,对影响车辆行驶稳定性的因素进行分析。根据铰接车的结构特点,将其简化为三自由度的动力学模型,基于简化的单轨模型,利用拉格朗日方程建立铰接车单轨动力学数学模型。应用ADAMS建立铰接车整车多体动力学仿真模型,正确选择轮胎类型和路面模型,进行整车动力学仿真。获得整车的行驶速度、前后车节质心横摆角速度、铰接角等随时间变化曲线。重点分析不同的质心位置、转向参数、质量、轮胎侧偏刚度、悬架刚度和阻尼等参数对铰接车行驶稳定性的影响。仿真结果表明:质心位置靠近铰接点,增大转向刚度和阻尼,减小轮胎侧偏刚度,增大悬架刚度和阻尼,适当增加后车体质量,有利于提升电驱动铰接车的行驶稳定性。