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.     

轮毂电机驱动汽车侧向稳定性底盘协同控制

轮毂电机驱动汽车可以通过差动驱动抑制车辆横摆和侧倾运动,从而提高车辆侧向稳定性,但受轮毂电机力矩和地面附着力约束的限制,作用效果薄弱。为提升车辆侧向稳定性控制效果,提出综合差动驱动、主动转向和主动悬架的车身横摆与侧倾稳定性底盘协同控制方法。根据轮毂电机驱动汽车特点,对其侧向失稳机理进行分析,基于模型预测控制设计前轮主动转向控制器;利用所提出的变系数指数趋近率求解期望横摆控制力矩,基于最优控制算法计算侧倾控制力矩;最后,构建集成差动驱动、主动转向和主动悬架的侧向稳定性控制器并完成整车侧向稳定性协同控制仿真验证。研究表明,所提出的底盘协同侧向稳定性控制方法可以有效控制车辆的横摆和侧倾运动,使其收敛于理想控制域,为轮毂电机驱动车辆的主动安全性控制提供了理论支持。     

基于转矩优化分配的电动汽车横摆稳定性研究

以四轮轮毂电机驱动电动汽车为研究对象,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模糊控制方法。确立了分层控制结构,上层控制器基于模糊控制理论得到控制所需的附加横摆力矩,下层控制器应用加权最小二乘方法并联合轮毂电机与液压制动系统进行力矩优化分配。实时仿真实验结果表明：联合轮毂电机与液压制动系统的优化分配控制策略有效提高了车辆的稳定性。     

双电机分布式驱动汽车高速稳定性机电耦合控制

为了利用所设计的双电机防滑差速驱动系统来提高分布式驱动汽车的动力学性能,在前期同轴耦合驱动控制理论研究的基础上,开展该车的高速稳定性机电耦合控制研究。建立并验证包含所设计驱动系统在内的分布式驱动汽车的人-车系统14自由度空间动力学模型;以横摆角速度和质心侧偏角为状态变量,基于模糊规则设计动力学稳定性控制器;制定整车失稳的判定条件,辨识控制系统参数;利用施加机电耦合控制所产生的附加直接横摆力矩,实现极限工况下的整车高速稳定性控制。结果表明,采用机电耦合控制,除了可以实现两侧分布式驱动系统的动力耦合,起到增强车辆高速稳定性的作用,还能够协调两侧驱动系统的转矩输出,抑制驱动力矩波动,降低电机和控制器的工作强度。     

四轮轮毂电机电动汽车横摆力矩变论域模糊控制研究

针对四轮轮毂电机电动汽车横摆力矩控制,研究了基于变论域模糊控制理论的横摆力矩决策方法和基于规则分配的驱动力分配方法。横摆力矩控制采用分层控制方法,设计了基于变论域模糊控制理论的横摆力矩控制器和驱动力分配器。变论域模糊控制器根据车辆横摆角速度期望值和实际值决策出所需的附加横摆力矩,并通过规则分配方法进行驱动力分配实现。应用Matlab/Simulink与Car Sim联合仿真对控制方法进行了仿真实验验证。结果表明:基于变论域模糊的横摆力矩控制方法相对于无控制能够使轮毂电机电动汽车较好地跟踪期望,有效提高电动汽车行驶稳定性。     

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。     

基于降维观测器的4WS车辆滑模变结构控制

考虑车辆在极限运动工况下转向时的横摆运动、侧向运动以及侧倾运动的影响,建立以质心侧偏角、横摆角速度、侧倾角和侧倾角速度为状态变量的三自由度线性车辆模型。为了实现车辆线传操纵(steer by wire),以车辆实际质心侧偏角和横摆角速度与理想模型的质心侧偏角和横摆角速度之间的误差作为控制器输入,建立滑模跟踪控制器。考虑到状态变量之一的质心侧偏角难以直接测量,设计了降维观测器以重构车辆状态。仿真结果表明,降维观测器跟踪性能良好,准确的重构了车辆状态;与不受控制的前轮转向车辆相比,所设计的控制系统使车辆的动态特性和操纵性能有效提高。     

分布式电动汽车操纵稳定性仿真分析

基于Carsim/Simulink对轮毂电机式电动汽车操纵稳定性的研究,建立轮毂电机式电动汽车的整车模型。通过分析在同一实验工况下轮毂电机驱动电动汽车和传统汽车对操纵稳定性的区别。通过对轮毂电机式电动汽车的非簧载质量、行驶速度、路面摩擦系数仿真分析,从而确定主要影响稳定性的因素。另外通过双移线仿真实验仿真实验分析该模型的优劣。主要通过轮毂电机式电动汽车的侧向加速度、横摆角速度和质心侧偏角等参数评价确定其操纵稳定性。     

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解期望前轮转角和附加横摆力矩,然后考虑转向执行机构建模不确定性以及路面干扰,设计基于滑模变结构控制的前轮转角跟踪控制策略。下层控制器以轮胎负荷率最小化为目标,利用有效集法实现四轮转矩优化分配。最后,分别在高速换道和双移线工况下仿真验证了该控制方法的有效性和实时性。     

四轮轮毂电机电动汽车横摆力矩模糊PI控制研究

为了充分利用四轮轮毂电机电动车四轮驱动力矩独立可控的优势,从提高汽车操纵稳定性的角度,基于模糊PI控制理论进行了四轮轮毂电机电动汽车横摆力矩控制研究。确定了整车横摆力矩分层控制结构,采用2DOF车辆稳定控制参考模型,设计了附加横摆力矩决策模糊PI控制器,通过规则分配方法进行四轮驱动力分配。为了验证控制方法的有效性,基于Car Sim与Matlab/Simulink联合仿真试验,分别选取紧急双移线工况和高速方向盘转角正弦输入工况对控制方法进行验证。结果表明:基于模糊PI控制理论的四轮轮毂电机电动汽车横摆力矩控制方法能够使汽车较好跟踪期望值,有效提高汽车行驶稳定性。     

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。     

四驱车辆操纵稳定性控制研究

为了提高四驱车辆的整车操纵稳定性,文章以某一现有车型为原型,通过理论建模法,在适当精简的基础上建立了包括横向运动、纵向运动、横摆运动和四个车轮的转动等在内的整车七自由度动力学模型。基于车辆转矩最优控制原理,通过PID控制算法对整车横摆角速度进行控制,使其能够较好的跟随理想横摆角速度变化,优化分配车轮所需转矩,并通过Matlab/Simulink仿真软件验证所优化分配的转矩的合理性、有效性,结果表明所设计的控制器及方法可以有效地改善四驱车辆的操纵稳定性。     

独立驱动电动汽车转向稳定性控制方法研究

以提高轮毂电机驱动电动汽车转向稳定性为目的 ,针对传统PID算法扰动抑制能力不足,利用神经网络提高基于PID的横摆力矩和滑移率控制系统的稳定性,并针对神经网络收敛速度慢、易陷入局部最优解的问题,提出利用粒子群算法对控制器参数进行优化并对权值进行改进的神经网络PID方法.以四轮轮毂电机独立驱动电动汽车为研究对象,以跟踪期望的横摆角速度为控制目标,基于Carsim/Simuink联合仿真平台,对建立的四轮独立驱动电动汽车横向运动学模型及提出的控制策略进行不同工况下的对比验证,结果表明提出的控制方法优化了传统PID控制算法,振动频率幅值小、能更好地逼近理想值,可改善车辆转向性能、提高稳定性以避免事故的发生.     

基于横摆力矩控制的电动汽车横向稳定性研究

为了解决轮毂电机电动汽车在低附路面上的横向操纵稳定性问题,并充分利用电机具有独立可控的优势,采用了上下双层控制器来控制车辆的横摆稳定性。上层控制器中,采用模糊控制理论得到准稳态车辆所需横摆力矩和纵向力,在下层控制器中,基于整车轮胎纵向力利用率最小为目标函数,采用加权最小二乘算法(WLS)将其得到的横摆力矩和纵向力进行轮间的优化分配。最后以70km/h车速,地面附着系数为0.3的工况下,在matlab/simulink中进行离线仿真分析。并与目前采用的平均分配方法进行了同工况下的比较。最后得出,采取轮间优化分配的方法,提高了轮毂电机电动汽车在低附路面上的横摆稳定性。     

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。     

四轮轮毂电机电动汽车驱动力矩分配研究

为了使四轮轮毂电机电动汽车在对开路面行驶时能够充分利用路面条件,实现更大的驱动力矩,研究了车辆在对开路面行驶时所能达到的最大驱动力矩,基于模糊控制原理控制车辆的附加转角保证车辆行驶的稳定性,并根据驾驶员的驾驶意图制定了四轮驱动力矩分配规则。基于Matlab/Simulink搭建七自由度整车模型及整车驱动力矩分配器模型,仿真实验表明,所制定的分配规则能充分利用轮毂电机电动汽车四轮力矩独立可控的优势,在能分别达到四轮最大力矩的同时,使车辆稳定行驶。     

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。     

轮毂电机驱动电动汽车的侧翻稳定性分析与控制

针对轮毂电机驱动电动汽车非簧载质量与侧倾稳定性之间的非线性关系,分析不同路面激励下非簧载质量对轮毂电机驱动电动汽车侧翻稳定性的影响,提出分层防侧翻控制策略。考虑轮毂电机驱动电动汽车四轮独立驱动特点,建立包括主动悬架在内的汽车侧翻动力学模型,确定适用于不平整路面的绊倒型侧翻因子;以某轮毂电机驱动SUV为对象,分析非簧载质量与侧翻稳定性之间的关系;根据四轮独立驱动的特点,设计分层控制器,选取典型汽车侧翻工况进行实例仿真。研究结果表明:在平整路面上,非簧载质量与车辆侧翻稳定性成正态分布关系;在不平整路面上,非簧载质量对车辆侧翻稳定性的影响存在耦合关系;提出的防侧翻分层控制器,可有效提升车辆在不平整路面行驶时的防侧翻能力。     

轮毂电机驱动越野车原地转向控制

针对基于阿克曼转向的越野车最小转弯半径大、转向机动性不足的问题,利用轮毂电机驱动车辆转矩独立可控的优势,开发了路面自适应的原地转向控制策略。构建整车七自由度原地转向动力学模型,阐释原地转向过程中纵横向耦合运动轮胎力的演变规律,建立原地转向阻力矩和横摆力矩随车轮滑转率、路面附着系数变化的量化模型。以转向动力响应性为优化目标设计了不同附着条件下的横摆角速度期望轨迹,并以各轮滑转率安全阈值作为稳定性约束以减小转向中心偏移量,执行层基于模型预测算法进行横摆角速度的跟踪控制,同时引入自适应滑模控制器反馈调节车轮滑转率以确保纵横向运动的稳定性。仿真测试与实车试验表明,开发的原地转向控制策略在高、中、低附路面下均实现了期望原地转向轨迹的精确跟踪,并将转向中心偏移量限制在500 mm以内,提高了越野车原地转向灵活性和横向稳定性,实现了“既快又稳”的原地转向。