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面向分布式驱动智能汽车的底盘域控制系统开发
| 论文题名： | 面向分布式驱动智能汽车的底盘域控制系统开发 |
| 关键词： | 分布式驱动智能汽车;底盘域控制系统;横摆稳定性;力矩分配 |
| 摘要： | 近年来，智能车辆逐渐成为研究热点，在现有的智能车辆轨迹跟踪控制研究中，大多数研究关注于提升轨迹跟踪的性能，而忽略了极限工况下跟踪过程中的车辆操纵稳定性。其中分布式驱动电动汽车通过轮毂电机直接进行驱动，有着可控度高、响应迅速、底盘动力学扩展性能好的特点。利用这种车型来研究轨迹跟踪与稳定性的协调控制，能够为高级别的智能驾驶提供更加安全可靠的动力学响应，并与智能驾驶域实现合理分工。针对以上问题，本文将设计面向分布式驱动智能汽车的底盘域控制系统，具体的研究内容如下： 为了便于控制策略的开发以及仿真验证，论文首先建立了基于Uni-Tire轮胎模型的七自由度车辆动力学模型以及Carsim与MATLAB/Simulink联合仿真模型，并利用实车的角脉冲工况数据对两个模型的精度进行验证。 之后考虑到车辆实际车速以及路面附着系数难以获取的问题，利用七自由度车辆模型，设计了基于轮胎力的非线性车辆速度观测器，对车辆的纵侧向车速进行了估计；另外设计了基于扩展卡尔曼滤波的路面附着系数估计算法。而后又探讨并归纳了车辆失稳边界与路面附着系数、车速以及前轮转角的关系，为底盘域控制算法的开发打下研究基础。 接着提出一种分层式的底盘域控制系统。上层进行轨迹跟随控制，中间层进行横摆稳定性控制，底层用来协调中上层并进行力矩分配。其中上层的轨迹跟随控制模块对纵向与横向进行解耦控制，纵向采用基于反馈线性化的滑模控制算法跟随期望车速；横向采用自适应预瞄前馈与PID反馈的控制算法进行路径点跟随。中间层进行稳定性控制，采用模型预测控制算法，设计联合主动前轮转向控制与力矩矢量控制的集成控制器，决策出维持车辆稳定性所需要的附加横摆力矩以及附加前轮转向角。底层力矩分配模块进行协调控制，基于当前车辆状态以及道路情况，根据路面附着椭圆设计了一种兼顾上层轨迹跟随与中间层稳定性控制的力矩分配优化算法，在极限工况下自适应的去调节上层轨迹跟随与中间层稳定性控制的控制权重，并基于权重对中上层决策出来的控制量进行加权，再将加权后的控制量采用多目标优化的方式进行力矩优化分配，得到最终发送给底盘执行器的控制指令。 最后基于已建立的联合仿真平台对控制算法进行仿真验证，仿真结果表明底盘域控制系统在高附着与低附着路面上均能提升车辆的操纵稳定性，而且起到协同智能驾驶域与底盘动力域控制效果的作用。并搭建硬件在环平台，将控制系统以嵌入式代码的方式部署到VCU中进行在线验证，试验结果与仿真相近，验证了算法的有效性以及工程实现能力。 |
| 作者： | 费舒森 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 丁海涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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