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原文传递机械弹性电动轮式驱动汽车稳定性控制

论文题名：	机械弹性电动轮式驱动汽车稳定性控制
关键词：	机械弹性车轮;分布式驱动;状态估计;稳定性控制;范数有界模型;鲁棒控制
摘要：	汽车失稳引起的重大交通事会造成巨大的经济损失和人员伤亡，对汽车的操纵稳定性进行分析和研究，可以提高汽车的操纵稳定性能力来减少事故的发生，同时动力、传动和制动装置都整合到轮毂内的电动轮的出现，为汽车稳定性控制提供了便利，将这两方面结合研究已逐渐成为汽车安全领域研究的重点。又由于传统充气轮胎存在胎压不稳、扎破、爆胎等潜在隐患，高速行驶时极容易发生事故，机械弹性车轮作为非充气式安全轮胎，具有抗刺扎、防破损等特点。本文结合分布式驱动和机械弹性车轮建立机械弹性电动轮，以提高匹配机械弹性电动轮的某越野车高速行驶的安全性为出发点，以操纵稳定性控制为研究目标，通过理论分析、联合仿真试验的方法对机械弹性电动轮式驱动汽车的稳定性控制关键问题进行了深入分析，研究结果将对汽车主动安全系统的设计等提供理论指导。主要研究内容包括以下几方面：　　(1)机械弹性电动轮整车模型的建立以及状态观测器的设计。分析了机械弹性车轮的结构特征及工作原理，利用刷子理论模型，建立了车轮的纵向与侧向理论模型，同时在Simulink中搭建轮毂电机模型，由此建立了机械弹性电动轮式驱动汽车整车非线性动力学仿真模型。汽车在行驶过程中，其相关状态参数的获得对稳定性控制器的设计具有重要意义，由于有些状态参数在实际量测过程中难以获得，由此本文针对该问题设计了基于无迹卡尔曼滤波算法的状态估计器，用于对汽车行驶过程中的质心侧偏角和横摆角速度进行估计，并进行了验证。　　(2)机械弹性轮式驱动汽车操纵稳定性分层控制器的设计。本文将稳定性控制器设为两层，上层控制器通过状态估计器得到质心侧偏角与横摆角速度的估计值和理想值之间的误差作为系统输入，考虑到机械弹性车轮的侧向刚度存在不确定性摄动，设计基于Lyapunov稳定性理论的鲁棒反馈控制器，运用Schur补引理以及Matlab中线性矩阵不等式(LMI)求解工具进行求解，由此得到是的汽车稳定行驶所需的附加横摆力矩；下层分配器以所有轮胎路面附着消耗最小为目标来分配各轮胎的驱动转矩，化为二次规划问题来求解，得到各个车轮的驱动转矩。　　(3)基于Carsim/Simulink平台的机械弹性电动轮式驱动汽车稳定性控制联合仿真。本文通过在Simulink中搭建状态估计器，上层控制器，下层分配器，与Carsim中的搭建的机械弹性电动轮式驱动汽车整车模型进行联合仿真，设置不同的车速(60km/h、100km/h)和路面附着系数(μ=0.85、μ=0.3)仿真工况，分别进行鱼钩工况仿真试验和双移线工况仿真试验，并于LQR控制器做对比，仿真试验结果表明，本文设计的分层控制器与LQR控制器相比，在控制器参数不变的情况的具有较好的控制效果，并且设计的控制算法对MEW在0.5倍普通充气车轮侧偏刚度变化范围内具有很好的鲁棒性，能有效防止失稳以避免事故的发生。
作者：	郑鑫
专业：	车辆工程
导师：	赵又群
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南京航空航天大学
学位年度：	2021