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原文传递四轮驱动电动汽车复合工况底盘集成控制策略研究

论文题名：	四轮驱动电动汽车复合工况底盘集成控制策略研究
关键词：	电动汽车;四轮驱动;复合工况;车辆稳定性;底盘集成控制
摘要：	当今社会，低污染、高效率的电动汽车逐渐成为汽车领域主要研究方向，成为解决传统燃油汽车带来的能源危机及环境污染问题不可或缺的一环。四轮驱动电动汽车由于四轮可独立驱动、可控自由度高、传动效率高、力矩响应迅速等优点，近年来更是成为电动汽车研究领域的热点。然而，传统四轮驱动电动汽车操纵稳定性的研究大多针对纯侧偏工况，复合工况下受轮胎侧偏-纵滑耦合的影响，必然引起车辆动力学特性的显著变化，导致车辆稳定性区域改变。因此，本文以“复合工况车辆操纵稳定性分析”及“复合工况车辆侧纵向底盘一体化控制”两个方向对四轮驱动电动汽车底盘集成控制策略展开研究。　　本文针对侧偏-纵滑复合工况车辆操纵稳定性分析，提出了三维β-β-Vx轨迹图分析法，结合滑模变结构控制理论设计了底盘集成控制策略，旨在综合提升车辆在复合工况下的操纵稳定性。具体研究内容如下：　　首先，建立了车辆动力学模型及仿真模型。其中以二自由度车辆模型，车轮模型及UniTire轮胎模型为基础对复合工况下的期望目标进行分析；基于CarSim软件搭建了整车仿真模型，用于四轮驱动电动汽车软件在环的动态模拟，为后文底盘集成控制策略的硬件在环设计与验证提供先期研究基础；　　其次，针对复合工况下车辆操纵稳定性问题，提出了复合工况车辆稳定性分析的三维β-β-Vx轨迹图分析法，进一步构建了三维β-ββ-Vx轨迹图的稳定性判断准则，揭示了车辆稳定性区域随车速、纵向加速度、路面附着系数和轮胎滑移率的非线性变化规律。进一步，在三维β-β-Vx轨迹图的基础上设计了动态横摆力矩控制权重，为后文底盘集成控制策略的研究奠定了理论基础；　　而后，基于三维β-β-Vx轨迹图，结合滑模变结构控制器设计了四轮驱动电动汽车底盘集成控制策略。控制策略采用分层结构，在上层设计了以轮速为目标的纵向滑移率滑模控制器及侧向质心侧偏角-横摆角速度滑模控制器，结合基于三维β-β-Vx轨迹图的动态横摆力矩加权系数，用于根据控制目标优化附加横摆力矩；下层根据上层决策的横摆力矩实现复合工况下的力矩分配，最终实现车辆复合工况下的操纵稳定性的提升，对所提出的底盘集成控制策略在低附路面转弯加速及分离路面加速两种工况下的性能进行了评估。　　最后，为进一步分析验证控制算法性能及实时性，本文利用dSPACE、AutoBox等硬件搭建了四轮驱动电动汽车实时硬件在环动态仿真平台。利用该平台对复合工况底盘集成控制策略进行验证，硬件在环仿真采用加速转向及紧急制动两种工况。结果表明控制算法满足实时性需求，侧偏-纵滑复合工况下，本文所设计底盘集成控制策略能将滑移率控制在最优滑移率区间内，有效避免由于轮胎滑转引起的车辆失稳；紧急制动工况下，控制算法可以在车辆最大加速度制动情况下维持车辆良好的操纵性。
作者：	李何为
专业：	控制科学与工程
导师：	赵彬
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长春工业大学
学位年度：	2021