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原文传递四轮转向与分布式驱动集成控制研究

论文题名：	四轮转向与分布式驱动集成控制研究
关键词：	四轮转向;分布式驱动;模型预测控制;自适应滑模控制;操纵稳定性
摘要：	电动汽车作为解决能源危机与环境污染的举措之一，得到了世界各国的大力推广。并且随着碳中和与新能源补贴等相关政策的落地，电动汽车的市场前景及渗透率得到了明显提升。分布式驱动作为电动汽车的一种驱动方式，具有结构简单、传动效率高、可控性好的优点。同时，四轮转向作为电动汽车的一种转向方式，又能够显著提高车辆低速时的灵活性以及高速时的稳定性。若将两者进行有利耦合可进一步提高车辆的操纵稳定性，而这一问题也成为了本领域的研究热点。本课题依托于国家自然科学基金与吉林省科技发展计划项目，对四轮转向与分布式驱动的集成控制进行了如下研究：　　建立了基于车辆参数的前轮转向理想二自由度模型、四轮转向分布式驱动集成模型；在CarSim仿真软件中修改车辆转向系统、驱动系统等，以完成仿真平台的搭建；基于本团队自主研发的智能底盘，通过增加相应的传感器，并修改底盘VCU控制程序，完成试验平台的搭建。　　针对纵向需求，设计PI控制器求得纵向驱动力，以维持驾驶员期望车速。针对横向需求，采用分层控制思想，针对不同使用场景，设计了三类车辆稳定控制器。具体内容如下：　　（1）为了实现车辆低速时的灵活性、高速时的稳定性，同时考虑控制算法运行时间及设计复杂度，本课题首先搭建了基于LQR控制的上层控制器。通过迭代法实时求解黎卡提方程得到后轮转角与附加横摆力矩，以完成对质心侧偏角、横摆角速度的优化；下层控制器通过平均分配与序列二次规划两种驱动力分配方法，对求得的纵向力与附加横摆力矩进行四轮转矩分配。通过仿真与试验结果可知，该控制器能够使车辆质心侧偏角、横摆角速度较好地追踪理想值，车辆稳定性得到了提高；同时，序列二次规划法相较于平均分配法，较好地降低了轮胎负荷率并增加了电机控制器的使用寿命。　　（2）为了解决车辆运行过程中后轮转角与附加横摆力矩等存在极值约束问题，本课题搭建了基于模型预测控制方法的上层控制器。基于四轮转向分布式驱动集成模型推导预测方程，优化质心侧偏角、横摆角速度、后轮转角以及附加横摆力矩，建立车轮转角、附加横摆力矩等极值约束条件，并滚动求解上述二次规划问题。下层控制器通过序列二次规划法求得四轮转矩。仿真与试验结果表明，该控制器能够在行驶约束条件下，较好地保持车辆稳定性。　　（3）为了消除因车辆横摆转动惯量测量不准确、轮胎侧偏刚度小范围波动对控制精度的影响，本课题搭建了基于自适应滑模控制方法的上层控制器。根据车辆质心侧偏角、横摆角速度实际值与理想值的偏差构造滑模面，建立Lyapunov方程，根据LaSalle不变性原理得到带有系统矩阵估计值的输出量。下层控制器通过序列二次规划法求得四轮转矩。仿真结果表明在参数摄动情况下，该控制器仍具有较好的控制效果。
作者：	邢彪
专业：	车辆工程
导师：	马芳武
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022