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原文传递基于STI轮胎模型的分布式驱动电动汽车横向稳定性控制研究

论文题名：	基于STI轮胎模型的分布式驱动电动汽车横向稳定性控制研究
关键词：	分布式驱动电动汽车;STI轮胎模型;滑模控制;横向稳定性
摘要：	分布式驱动电动汽车是将驱动电机直接安装在驱动轮内或驱动轮附近，不仅具有驱动传动链短、传动高效、结构紧凑等突出优点，同时各车轮驱动与制动力矩独立可控，为车辆横向稳定性控制带来了巨大优势和便利。轮胎作为车辆与路面接触的唯一部件，其力学特性在车辆横向稳定性控制过程中呈现出明显的非线性动态特征，轮胎纵向力与侧向力相互耦合且互相制约，如何在构建能够准确反映轮胎非线性力学特征的数学模型基础上，实现分布式驱动电动汽车横向稳定性控制研究具有重要意义。据此，本文提出采用STI轮胎模型准确描述轮胎纵向力与侧向力之间的相互耦合关系，进而引入非线性系统控制及最优分配理论进行分布式驱动电动汽车横向稳定性控制策略设计，以期为提升车辆横向稳定性控制性能提供一定的理论和技术支持。　　首先，基于试验数据完成了STI轮胎模型的参数拟合。通过轮胎力学特性台架试验获取了能够准确反映轮胎非线性力学行为的试验数据，所设计的试验工况考虑了轮胎非线性工作区域的完整覆盖，从而有效体现了轮胎纵向力与侧向力之间的相互耦合关系。在多维试验数据的基础上完成了数据预处理，进而采用Origin软件对模型中饱和函数的参数进行了拟合，最后完成了STI轮胎模型的参数拟合效果分析。　　其次，在STI轮胎模型基础上，建立了整车七自由度动力学模型。所述七个自由度分别为整车纵向、横向、横摆运动以及四个车轮的转动自由度，整车动力学模型中的轮胎纵向力及侧向力是由STI轮胎模型计算得出。为实现分布式驱动电动汽车横向稳定性控制性能的有效验证，进一步结合CarSim软件搭建了系统控制性能验证联合仿真平台。　　第三，设计了基于非奇异快速终端滑模与信赖域内点法的分布式驱动电动汽车横向稳定性控制策略。采用分层控制架构，上层基于非奇异快速终端滑模控制算法设计新型终端吸引子和滑模面，结合STI轮胎模型实时计算出轮胎纵向力及侧向力，从而获取维持车辆横向稳定所需的附加横摆力矩。下层采用信赖域内点法进行轮胎纵向力分配，使得四个车轮的轮胎纵向力能够通过实现附加横摆力矩保证分布式驱动电动汽车的横向稳定性。通过设计双移线和正弦两种仿真转向工况，验证了控制策略的有效性。　　最后，为进一步提升控制系统的自适应性及鲁棒性，设计了基于自适应非奇异快速终端滑模与鲁棒最小二乘算法的分布式驱动电动汽车横向稳定性控制策略。上层通过分析系统不确定性设计滑模参数自适应等效控制律，用以改进非奇异快速终端滑模控制算法。针对轮胎力分配过程中存在的不确定性问题，在最小二乘法的基础上进一步引入了不确定性分配矩阵，提高了轮胎力分配过程中的鲁棒性。仿真结果表明，分布式驱动电动汽车横向稳定性控制效果得到了进一步提升。
作者：	王雨俊
专业：	车辆工程
导师：	孙晓强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2021