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原文传递基于差动转向的分布式直驱电动汽车鲁棒控制方法研究

论文题名：	基于差动转向的分布式直驱电动汽车鲁棒控制方法研究
关键词：	电动汽车;线控转向系统;差动转向;鲁棒控制
摘要：	目前电动汽车是各国汽车产业发展的重点方向和制高点之一。以轮毂电机为动力源的分布式直驱电动汽车:结构简化便于布置，采用轮毂电机直接驱动，能量损失较少，传动效率较高;控制性能良好，可方便地实现理想的线控转向、驱动防滑、纵横向稳定性控制以及制动能量回馈，得到了工业界和学术界的高度关注。　　本文主要研究基于线控转向系统(Steer-By-Wire，SBW)的分布式直驱电动汽车差动转向机理及其控制策略。对于线控转向系统而言，方向盘和转向系之间无机械连接。当转向电机发生故障或者数据传输系统发生故障，转向系统无法按照驾驶员提供的转向角进行动作，若无有效的转向系统备份，车辆极易失去控制，造成严重的事故。为了提高分布式驱动电动汽车的操控性能，特别是其横向稳定性与转向容错能力问题，本文给出一种新型的差动转向方案及其控制策略，并设计相应的控制系统，保证车辆按预期目的行驶。论文主要内容及创新成果包括: 　　1、建立基于差动原理的分布式直驱电动汽车动力学模型。通过对车辆转向过程的动力学分析，本文研究可综合考虑轮胎-悬架-转向系统特性的电动汽车转向动力学模型;在建模过程中，分析轮胎侧偏特性、悬架系统特性以及转向系统特性等因素，根据车辆横摆角速度与轮胎侧偏角及差动力矩之间的定量关系，建立车辆横摆动力学方程;分析转向-悬架系统动力学特点，建立转向盘转角与轮胎侧偏刚度及差动力矩之间的关系，建立车辆转向系统动力学模型;综合横摆及转向动力学方程，合理选择状态变量，建立可利用转向轮驱动力矩差进行差动转向的分布式直驱电动汽车模型。当转向电机发生故障，转向系统无法按照驾驶员提供的转向角进行动作，此时差动转向系统被激活，接替原系统进行转向，保证车辆按预期目的行驶。　　2、研究基于输出反馈理论的电动汽车差动转向鲁棒控制方法。针对差动转向系统模型中部分状态量的参考值如期望前轮转向角不便获取的问题、车辆状态参数不确定性问题、系统建模误差和外界干扰等问题，选择系统观测变量，建立输出反馈控制器对车辆进行控制。在控制器的设计过程中，综合考虑到参数不确定性、车速变化、外界干扰等因素，分析系统不确定参数结构及其可变界限，利用系统稳定性理论对系统进行鲁棒H∞稳定性分析，建立含参数不确定性的差动转向系统鲁棒控制模型。给出系统鲁棒控制器设计理论和方法，并进行了仿真验证。　　3、研究基于观测器理论的电动汽车差动转向及防侧翻控制方法。在车辆差动转向过程中，差动力矩来源于前面两轮的驱动力矩差，驱动力矩的产生主要依靠轮胎-地面摩擦力;如果前面两轮的垂向力波动过大，或者转向过程中车辆发生较为严重的侧倾，将使得轮胎的垂向压力减小，纵向驱动力不足，从而最终导致差动转向失效。针对上述问题，本文特别考虑到侧翻问题对车辆差动转向的影响，综合转向、横摆、横向和侧倾动力学特性，建立含防侧翻控制的系统动力学方程;利用状态观测器对系统的状态变量进行估计，设计基于观测器的状态反馈控制器;最后对所设计的观测器和控制器进行仿真验证。　　4、研究基于实车平台的电动汽车差动转向试验方法。搭建了分布式直驱电动汽车试验平台，车辆采用四个轮毂电机驱动，以前轮差动转向为目标，基于Matlab/Simulink和MicroAutobox，设计基于差动转向系统的控制器原型，并进行实车试验。首先进行开环试验，对车辆加速、转向、制动等特性进行了分析;然后进行闭环试验，将减小横摆角速度跟踪误差作为控制目标，以PID为控制算法，通过实车场地试验来调整PID的增益，最后获得较好的增益组合;利用获得的增益，进行了两大类的闭环试验，一种是固定横摆角速度跟踪试验，一种是变横摆角速度跟踪试验;针对上述多种工况，试验均取得了较为满意的效果，验证了差动转向的有效性。
作者：	景晖
专业：	机械工程；车辆工程
导师：	陈南
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文