详情

原文传递分布式驱动智能电动车横摆稳定性控制策略研究

论文题名：	分布式驱动智能电动车横摆稳定性控制策略研究
关键词：	智能电动车;分布式驱动;横摆稳定性;直接横摆力矩;转矩分配
摘要：	在全球能源短缺与环境污染的严峻形势下，汽车产业面临着转型升级，低碳化、电动化、智能化和网联化是主要发展方向，于是智能电动车应运而生。智能电动车不仅可以缓解能源与环境的矛盾，而且可以降低交通事故发生的概率。车辆失去横摆稳定性是造成交通事故的重要原因之一，因此提高智能电动车横摆稳定性是智能车研发首要解决的问题之一。分布式电驱动底盘由于采用多电机独立驱动，具备良好的动力学控制优势，所以成为智能驾驶开发的理想载体之一。本文依托山东科技大学分布式驱动智能电动试验平台，旨在研究一种利用分布式驱动底盘驱动控制优势来提升智能车路径跟踪中横摆稳定性的控制策略，以保障行车安全。主要研究内容如下: 　　首先，以分布式驱动智能电动实验车为研究对象，进行动力学分析，建立整车八自由度模型，并简化为二自由模型作为参考模型，采用“魔术公式”轮胎模型描述轮胎特性，并搭建智能车驾驶员模型，来实现智能车辆纵向速度与路径的跟踪控制，之后通过设置Carsim车体模型、驱动系统模型等，建立驱动电机的力矩控制模型，完成Carsim/Simulink联合仿真平台搭建，以便于进行后续的横摆稳定性控制策略仿真。　　其次，制定横摆稳定性控制策略。(1)通过分析，确定控制变量:横摆角速度、质心侧偏角及滑转率;利用扩展卡尔曼滤理论设计观测器来估计控制变量中不易测量的质心侧偏角;(2)制定车辆失稳的判定方法，避免横摆稳定性控制器频繁启动;(3)通过以上分析，提出了一种横摆稳定性控制策略，利用分层模块化的结构分为上层控制与下层控制两部分，上层控制包括直接横摆力矩控制模块与滑转率控制模块，下层控制为四轮转矩分配控制模块。上层改进传统直接横摆力矩滑模控制方法，利用积分终端滑模变结构控制理论设计了一种控制器，其中包含带积分的切换函数，能够缩短滑动模态响应时间并提高控制精度，同时避免奇异问题;利用模糊控制理论结合实验车额定转矩设计滑转率控制器，输出驱动轮转矩调节量防止车轮滑转。下层四轮转矩分配模块设计了两种分配控制器，基于轮胎载荷分配的控制器与基于最优分配的控制器，将上层需求转矩分配给四个车轮，提高横摆稳定性。　　再次，进行控制策略仿真，验证其有效性。分别在不同附着系数路面进行正弦实验和双移线实验，结果显示本文设计的控制策略能够有效地提高分布式驱动智能电动车路径跟踪过程中的横摆稳定性。同时轨迹、车速、质心侧偏角及横摆角跟随等仿真结果显示，下层控制中最优控制分配方法横摆稳定性控制效果稍好于载荷分配的方法。　　最后，利用实车进行部分实车试验。设计双移线工况，在高附着路面进行试验，实车在路径跟踪中的横摆稳定性得到了较好的控制，提高了行车的安全，验证了本文提出的控制策略的有效性。
作者：	李县
专业：	机械工程
导师：	李玉善
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东科技大学
学位年度：	2021