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原文传递考虑驾驶员特性的电动轮汽车稳定性与主动容错控制研究

论文题名：	考虑驾驶员特性的电动轮汽车稳定性与主动容错控制研究
关键词：	电动轮汽车;鲁棒控制;故障诊断;参数估计;容错控制;驾驶员特性
摘要：	电动轮汽车在驱动效率、行驶稳定性、安全性以及整车开发等方面有着不可忽视的巨大潜力，其相关技术研究和市场推广对于解决能源问题和保护环境有十分重要的意义，因而成为全球汽车行业的研究焦点和未来主要产业化方向。　　电动轮汽车的新型驱动方式导致车辆底盘各个子系统执行机构耦合程度与冗余程度增强，在提高系统控制灵活性的同时也导致系统故障率及故障影响范围增加，影响驾驶员正常操作甚至危及车辆行驶安全。本文针对以上问题，围绕考虑驾驶员特性的电动汽车稳定性与主动容错控制问题，基于人-车交互特性、运动学、车辆系统动力学其控制原理，进行了相关控制策略的开发。首先针对研究目标车型，建立包含多个子系统的整车动力学模型，联合驾驶员模型，实现人-车-路闭环系统仿真模型的构建。然后，提出了电动轮汽车稳定性鲁棒协调控制策略，研究了电动轮汽车转向路感反馈机理，分析了系统参数摄动、噪声干扰等不确定性因素对差动助力系统及整车稳定性的影响，分别设计了H2/H∞混合灵敏度控制器及μ综合鲁棒控制器对差动助力转向系统与横摆稳定性控制系统进行鲁棒协调控制，消除了子系统间的耦合影响，提高系统鲁棒性、整车转向轻便性和操纵稳定性。其次，研究了电动轮汽车自适应主动容错控制策略，考虑非线性系统线性近似导致误差累积对估计结果的影响，推导了基于限定增益扩展卡尔曼滤波自适应非线性滤波算法，设计了电动轮汽车电机失效系数及整车状态联合估计器，完成了车辆状态及轮毂电机故障诊断；基于车辆状态及轮毂电机故障诊断结果，设计了分层式自适应主动容错控制策略，考虑系统非线性、建模误差以及离散滑模控制系统的抖振问题，设计离散自适应滑模上层控制器，对理想横摆角速度及纵向车速进行跟踪；考虑上层控制器的控制需求、轮胎的滑移损耗、电机转矩突变及电机失效程度，设计四轮电机转矩非线性优化分配控制器，完成整车的自适应主动容错控制。最后，设计了考虑驾驶员特性的电动轮汽车鲁棒容错控制策略，研究了驾驶员对电机故障反应的个体性差异，分析了驾驶员模型中不同参数对模型的影响，采用神经网络算法完成驾驶员模型辨识；考虑驾驶员特性以及系统高阶差分振荡不确定性，针对驾驶员-整车系统设计双闭环滑模控制容错控制器，使得闭环控制系统更满足渐进稳定且能够跟踪期望的控制目标，形成有针对性的个性化容错控制体系。　　基于上述控制策略设计相关仿真和试验，其结果显示本文研究的考虑驾驶员特性的电动轮汽车稳定性与主动容错控制在有效提高汽车的操纵性能、行驶稳定性的基础上，在轮毂电机失效条件下主动容错控制够快速准确检测到电机的失效状况，通过转矩的重新分配补偿了损失的驱动力，提高了车辆的主动安全性。本文的研究内容可为电动轮汽车稳定性与主动容错控制提供理论支持。
作者：	张寒
专业：	车辆工程
导师：	赵万忠
授予学位：	博士
授予学位单位：	南京航空航天大学
学位年度：	2020