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4WID电动汽车分布式冗余驱动的自适应容错协调控制
| 论文题名： | 4WID电动汽车分布式冗余驱动的自适应容错协调控制 |
| 关键词： | 电动汽车;驱动系统;自适应控制;容错控制;动力学分析 |
| 摘要： | 随着经济的发展，世界各国对传统化石能源的重视程度愈加强烈，全球能源的日渐枯竭和环境的不断恶化对人类社会发展的影响巨大。传统燃油汽车作为社会发展必不可少的交通工具，其发展必然会受到制约，因此人们的出行成本将会大大增加，为了应对这样的压力，人们把目光转向了各类新能源汽车。其中，四轮独立驱动电动汽车（4WID-EV）以其新颖的驱动形式以及潜在的动力学控制优势受到了广泛的关注。 4WID-EV在轮辋内部安装了四台轮毂电机构成了分布式驱动系统，摒弃传统的机械传动系统，响应快效率高，并可实现每个驱动轮驱动力和制动力的独立控制，车辆的动力学特性能得到极大的提升。但由此带来的问题却是不能忽视的，那就是车辆驱动电机数量的增加导致其发生故障的概率增加。但是，驱动电机的增加构成了车辆具有冗余驱动特性的系统，在某个电机因故障导致输出力矩降低时，整车依旧可以通过其他驱动电机实现安全运行。因此，对于此类具有冗余驱动特征的驱动系统，研究容错控制策略意义重大。 本文主要讨论4WID-EV冗余驱动系统的自适应容错策略，用于驱动电机对故障后的车辆驱动系统的输出进行重新分配以满足整车动力学控制的要求，主要内容如下： （1）本文先介绍了电驱动车辆的起源以及4WID-EV的出现和研究现状，介绍了现有的针对4WID-EV提出的容错控制策略以及车辆稳定研究现状。对4WID-EV进行动力学分析，考虑了执行器故障及其表征，建立了车辆二自由度模型。 （2）采用了分层结构的整车动力学控制：首先考虑了质心侧偏角不易直接测量的实际情况，设计了质心侧偏角观测器；其次，采用非奇异快速终端滑模(NTSMC)建立了上层控制器计算使车辆保持理想轨迹所需要的虚拟控制量,引入变指数趋近律削减扰动的影响。 （3）本文充分利用4WID-EV各个执行器独立可控的特点，不改变原有的控制策略，通过调整控制分配矩阵来模拟电机故障问题。根据这一规则，将从控制层获得的虚拟量为输入，四台驱动电机驱动信号为输出，考虑电机故障，以最大化车辆稳定裕度为目标结合二次规划优化算法设计控制分配策略，实现整车的容错控制。 （4）考虑到故障后驾驶员的操控因素，采用Carsim软件结合预瞄最优曲率驾驶员模型对上文提出的容错控制算法在低附着工况下，对直线以及双移线进行了不同程度的故障进行驾驶员在环仿真。最后，搭建4WID-EV实验平台，基于硬件在环仿真系统dSPACE对车辆进行直线以及弯道容错控制实验，仿真和实验结果表明了控制算法对于4WID-EV驱动系统故障具有较好的控制效果。 |
| 作者： | 王双键 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 刘国海 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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