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原文传递基于轮胎力观测的分布式驱动纯电动汽车稳定性控制研究

论文题名：	基于轮胎力观测的分布式驱动纯电动汽车稳定性控制研究
关键词：	电动汽车;分布式驱动;车辆状态估计;车辆动力学控制;转矩控制
摘要：	汽车新四化的发展带动了产业变革，电动化潮流已势不可挡。本文以分布式驱动纯电动汽车为研究对象，基于车辆动力学理论、卡尔曼滤波算法和现代控制理论，研究了轮胎力等状态估计算法，设计了车辆起步加速阶段保持动力性和高速行驶时保持横摆稳定性的扭矩控制策略；利用CarSim和Simulink软件搭建了虚拟仿真平台进行多工况验证，最终完成分布式驱动实车平台的改制并验证了算法的可靠性和有效性。本文具体研究内容如下：　　（1）车辆状态参数和轮胎力观测器的架构设计与算法开发。基于参考坐标系搭建了车辆行驶时的非线性七自由度动力学模型，包括车辆操纵力学模型和车轮力学模型。考虑到车辆动力学模型的强非线性，利用卡尔曼滤波理论中的无迹卡尔曼滤波算法对车辆纵/横向车速、质心侧偏角和轮胎力等进行估算。通过CarSim动力学软件进行车辆参数化建模，设置整车仿真试验工况验证了状态观测器的性能。　　（2）分布式驱动电动汽车驱动防滑系统的转矩独立控制研究。在雨雪天气的湿滑路面上，车轮打滑极易引发事故并造成人员伤亡。通过分析轮胎与路面附着系数间的力学关系，基于Burckhardt轮胎模型设计最优滑转率计算和路面附着系数估计算法。将不同路面条件下的车轮最优滑转率作为目标控制输入，运用滑模变结构控制理论，通过独立调节车辆起步加速时的每个驱动轮转矩输出，使轮胎附着力得到有效利用，保证车辆最佳的起步加速性能。通过设置单一、对接和对开三种路面对控制器的有效性进行验证。　　（3）基于驱动轮转矩优化分配的车辆高速行驶横摆力矩控制策略设计。传统汽车装载的电子稳定控制单元通过对四轮制动力进行调节，产生的附加横摆力矩能防止车辆失稳，而这种方式会导致车速损失并影响驾驶体验。利用分布式驱动转矩独立控制的优点，通过驱动力调节以改变传统差动制动的稳定性控制形式，引入以轮胎附着利用率为主的目标函数，考虑轮胎附着极限和电机特性限制，对目标横摆力矩进行优化分配。通过联合仿真平台，完成车辆在高附着系数和低附着系数路面高速行驶时的操纵稳定性工况仿真，验证了横摆稳定控制策略的可靠性。　　（4）分布式驱动实车平台搭建与场地测试。基于现有量产车型完成了分布式驱动结构改造，然后在专业的试验场地进行了国家标准中的三种典型操纵稳定性试验，并通过实车平台上搭载的操纵稳定性测试设备实时采集车辆状态信息。对设备采集的测试数据进行归纳处理，经过对比分析验证了车辆状态观测器的估计精度；根据驾驶员的驾驶体验并结合实车状态信息的测量结果，表明车辆的转向稳定性在控制算法开启后有着较为明显的改善，从而验证了稳定性控制算法的可行性。
作者：	隋官昇
专业：	车辆工程
导师：	卢荡
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023