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分布式后驱电动方程式赛车整车控制系统的研究
| 论文题名： | 分布式后驱电动方程式赛车整车控制系统的研究 |
| 关键词： | 电动方程式赛车;分布式驱动;横摆力矩控制;质心侧偏角;PI控制器 |
| 摘要： | 中国大学生电动方程式大赛(FSEC)作为学生自我创造和交流的平台，为汽车行业输送了新鲜血液，使学生更加充分了解电动汽车制造。分布式驱动电动汽车将电机直接安装在车轮附近，消除了差速器等部件之间的能量损失，同时具备各驱动车轮力矩独立可控的优点。因此，分布式驱动电动汽车可以很容易地实现操纵稳定性控制。 本研究以浙江科技学院纯电动双电机分布式驱动方程式赛车ATTACKER-2020为研究对象，以提高稳定性和综合动态表现为目标，充分利用分布式驱动赛车，驱动轮转矩独立可控的特点，设计基于横摆角速度、质心侧偏角、驱动轮滑转率的整车控制器，对其操纵稳定性进行研究。 选取参数化建模软件CarSim，根据赛车的理论设计参数，建立了分布式驱动方程式赛车的整车模型，主要包括车体、动力与传动系统、轮胎与悬架系统等部件，然后搭建了Carsim/Simulink联合仿真平台，可实现分布式驱动方程式赛车仿真研究。 本文阐述了轮胎对车辆稳定性的影响；当车辆操纵稳定性变化时，横摆角速度和质心侧偏角的表现。建立了基于线性二自由度模型拓展卡尔曼滤波观测器(EKF)对实际的车辆状态进行状态观测。设计了基于模糊控制理论横摆角速度和质心侧偏角的联合控制模式。在控制器上层，采用了模糊PI控制直接横摆力矩的方法，将质心侧偏角作为模糊控制的参考量，对横摆角速度进行反馈控制，使其自动跟随目标值，计算出所需的横摆力矩，并以一定比例附加分配。在控制器下层，设计了基于滑转率与车速的附加横摆力矩控制，在合适的车速范围内可再调整横摆力矩。 在所搭建的Carsim/Simulink联合仿真平台，首先针对八字绕环、高速避障两种比赛项目运行工况进行仿真，在八字绕环测试中，质心侧偏角实际值降低了约9%，横摆角速度变化范围提高了约10%，在高速避障测试中，总用时减少了5%，质心侧偏角变化范围降低了约10%。最后，为了反映真实车辆的状态，设计了1000m左右的赛道，进行实车测试。结果表明，控制系统所分配的附加横摆力矩，能够良好地实现对横摆角速度的实时跟踪，控制算法起到了稳定质心侧偏角的效果，提高了车辆的动态表现，达到了提高赛车稳定性的控制目的。该研究对于分布式独立驱动的赛车提供了控制策略与技术支持，并对提高赛车的性能表现具有一定的参考意义。 |
| 作者： | 付中元 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 吴坚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江科技学院 |
| 学位年度： | 2021 |
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