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分布式四驱四转向电动汽车稳定性协调控制系统设计
| 论文题名： | 分布式四驱四转向电动汽车稳定性协调控制系统设计 |
| 关键词： | 电动汽车;协调控制系统;优化设计;相平面理论;分布式四驱转向 |
| 摘要： | 以轮毂电机和转向电机作为执行机构，分布式四驱四转向电动汽车在保留了环保、低碳等电动汽车固有优点的基础上，具备更加丰富多样的汽车主动安全控制功能和驾驶模式，此类底盘构型车辆正在逐渐成为汽车行业的研究。热点。因此，本文以分布式四驱四转向电动汽车为研究对象，建立整车动力学模型，基于相平面分析，设计分布式四驱四转向电动汽车稳定性协调控制系统。 首先，对质心侧偏角进行估算，并基于相平面理论引入车辆稳定性指标，为车辆稳定性协调控制策略设计奠定基础。基于无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter，UFK)算法，综合考虑影响质心侧偏角的方向盘转角、横向运动等因素，设计质心侧偏角估算方法。为了准确表征车辆的稳定状态，本文基于相平面划分法则，绘制质心侧偏角相平面，并根据双直线法对相平面稳定域进行划分，依据划分结果设计边界模型，引入边界系数。在稳定域边界的基础上，进一步将相平面划分为稳定区域、临界区域、非稳定区域等三个部分，并引入相平面稳定度（PPS_region）量化表征车辆稳定性状态。 其次，设计分布式四驱四转向电动汽车稳定性协调控制策略，主要包括基于变参数线性二次型最优控制(Varying parameter Linear Quadratic Regulator，VLQR）的主动后轮转向控制、基于模糊控制（Fuzzy Control,FC）的补偿横摆力矩控制、协调控制策略及驱动/制动力矩分配模块。基于横摆角速度、质心侧偏角的理想值与实际值的差值，建立了VLQR控制器，通过模糊自适应机制动态调整LQR控制器中质心侧偏角及横摆角速度的权重系数；建立了基于FC的补偿横摆力矩控制器，根据质心侧偏角、横摆角速度的实际值与理想值的偏差，由FC计算出补偿横摆力矩?M；而后经协调控制策略求得的驱动/制动附加横摆力矩、后轮转角，再基于总驱动力/总制动力，通过车轮转矩分配模块计算得到各轮驱动力矩或制动力矩，以控制车辆适应不同的稳定域状态及行驶工况。 最后，通过软件仿真测试和硬件在环测试（Hardware-in-the-loop,HIL）对稳定性协调控制策略进行验证。测试结果表明：设计的各控制算法在仿真与HIL测试中均能较好地实现对期望横摆角速度、期望质心侧偏角的跟踪，改善车辆的操纵稳定性。其中，基于PPS-region的稳定性协调控制策略能够根据划分好的稳定域状态，在车辆处于不同稳定状态时，切换对应的控制策略，快速响应以尽快回到相平面稳定区域，保证车辆的操纵性能与稳定性能。 |
| 作者： | 黄小燕 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 朱绍鹏;段轶男 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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