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极限工况下基于后轮主动转向的车辆稳定性控制研究
| 论文题名： | 极限工况下基于后轮主动转向的车辆稳定性控制研究 |
| 关键词： | 电动汽车;后轮主动转向;车辆稳定性控制;模型预测控制;极限工况 |
| 摘要： | 随着车速的不断提高和汽车电控技术的快速发展，提高车辆操控稳定性和高速行驶安全性已成为研究的重点，特别是在低附着路面和高速换道等工况下车辆的操纵稳定性会急剧恶化。后轮主动转向作为有效提高车辆操纵稳定性和主动安全性的有效手段，是未来汽车发展的一个趋势，特别是长轴距车辆可以通过后轮主动转向减小转弯半径，增加灵活性。本文以分布式驱动电动汽车为研究对象，分析了后轮主动转向轮胎动力学特性，对低附着路面和高速换道工况下的后轮主动转向控制策略展开研究。 首先建立了面向控制的车辆侧向运动的模型和轮胎模型，通过忽略轮胎侧向力中的非线性因素，推导出用于后轮主动转向车辆的二自由度线性参考模型，同时确定了控制系统的控制量—后轮转角与附加横摆力矩和控制目标—横摆角速度跟踪其期望值、抑制质心侧偏角和最大限度的降低能耗；提出了基于后轮主动转向的侧向稳定性控制器，根据控制目标选取目标函数并进行CarSim和Matlab/Simulink联合仿真，通过仿真实验分析车辆侧向稳定性控制器在低附路面双移线工况下的控制效果。 其次，为了解决低附路面轮胎滑移率过大的问题，建立了考虑纵向滑移和横侧向运动的七自由度车辆模型和Pacejka轮胎模型，确定控制目标抑制轮胎滑移率、横摆角速度跟踪其期望值、零质心侧偏角以及能量的消耗尽可能小，提出了基于后轮主动转向的车辆纵侧向控制器。通过仿真实验验证控制器抑制轮胎滑移率的有效性。 最后，分析后轮主动转向、附加横摆力矩以及两者简单协同的特点，用轮胎侧偏角作为切换条件，使后轮主动转向与附加横摆力矩更好协同；将车辆的实际运行情况分为后轮轮胎侧向力未饱和、侧向力待饱和、侧向力饱和三种状态，设计了基于规则切换的控制器，根据车辆状态的不同选择合适的控制量对其运动状态加以控制。在低附双移线工况下对所设计的规则切换控制器进行了实验验证，结果表明该控制器可以更好地发挥其转向灵活的特点，当侧向力不饱和时让后轮转角介入，可以跟踪理想的横摆角速度，更快地达到稳定值，有利于提高车辆在高速行驶时的路径跟踪能力和灵活性。 |
| 作者： | 丁晓东 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 王萍 |
| 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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