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原文传递冰雪路面条件下四轮轮毂驱动电动汽车横纵向稳定协同控制

论文题名：	冰雪路面条件下四轮轮毂驱动电动汽车横纵向稳定协同控制
关键词：	电动汽车;稳定性控制系统;横纵向稳定协同控制;冰雪路面
摘要：	在冰雪路面条件下，车辆的操纵能力会急剧恶化，造成人员伤亡、经济损失的可能性也会大大增加，而此时的车辆稳定性控制也面临着一系列的挑战并需要进一步研究：冰雪路面条件下车辆的横纵向动力学间会互相影响，需要准确地描述轮胎所呈现的纵滑-侧偏耦合非线性特性；车辆动力学特性会发生变化，需要集成地考虑车辆横纵向稳定的多个控制目标及多项系统约束间的协调与平衡；冰雪路面条件下车辆状态会剧烈变化，需要降低车辆失稳风险，提高车辆行驶稳定与安全综合控制性能。为此，本文以四轮轮毂驱动电动汽车为研究对象，围绕冰雪路面条件下车辆的横纵向稳定协同控制展开理论与应用研究，具体研究内容为：　　首先，针对车辆稳定性控制策略的开发需求，建立了面向控制策略的整车七自由度动力学模型，具体包含车体的纵向、侧向及横摆运动和车轮转动，采用复合滑移轮胎模型描述轮胎力在冰雪路面条件下的纵滑-侧偏耦合特性，结合实车采集数据辨识模型关键参数并验证该模型的准确程度；基于车辆侧向及横摆运动特性以及李雅普诺夫稳定性理论，辨识划分稳定/临界稳定/不稳定区域，作为车辆稳定程度的评估判据；针对控制策略验证的高保真测试平台需求，基于实车数据和轮胎测试数据，建立高可信度的被控车辆模型和仿真环境，为后文的车辆横纵向稳定控制策略的设计与验证提供基础。　　其次，针对冰雪路面条件下车辆运动控制中动力学强耦合非线性问题，在分层架构下提出了车辆横纵向稳定协同控制策略。上层为满足车辆稳定性控制需求，在非线性模型预测控制的框架下，基于带有非线性复合滑移轮胎模型的车辆三自由度模型设计控制器，将轮胎滑移率及侧偏角作为虚拟控制量；下层结合冰雪路面条件下轮胎呈现的纵滑-侧偏耦合特性，解析虚拟控制量得到作用于独立电机的附加转矩。控制策略能够以较高的计算效率满足稳定性控制目标，并在下层转矩计算中以数值解析的形式省略了参数调节，降低了控制结构的复杂程度。　　然后，针对冰雪路面条件下车辆稳定性控制系统中执行机构饱和约束的问题，提出了集中式的汽车横纵向稳定协同控制策略。推导面向控制的复合滑移LuGre轮胎模型，将车辆在冰雪路面条件下的侧纵向运动耦合非线性在轮胎力层面集中表达，捕捉轮胎纵滑-侧偏状态且便于控制器设计；基于模型预测控制理论设计控制器，集中优化求解车辆稳定性与控制量相关的多目标多约束问题，计算得到更为合理准确的附加电机转矩，使得冰雪路面条件下行驶车辆能够在满足执行机构约束的前提下，跟踪其横摆角速度参考信号，有效抑制车辆侧向速度及轮胎滑移率，保证驾驶稳定与安全。　　最后，面向复杂行驶环境下车辆稳定控制系统自适应调节需求，提出了基于稳定区域的汽车横纵向稳定协同控制策略。在集中式控制策略的基础上，结合稳定区域，设计自适应权重及约束调节方案以满足变化的控制需求。对于基于李雅普诺夫稳定性理论辨识划分的稳定/临界稳定/不稳定区域，分别考虑不同安全制目标；基于稳定区域设计稳定系数，定量地描述车辆稳定程度，作为控制目标动态切换的判断指标，以实现根据车辆状态的目标权重及约束的自适应调节，更针对性地提升车辆在冰雪路面条件上行驶的整体稳定控制性能。
作者：	李梓涵
专业：	控制科学与工程
导师：	陈虹
授予学位：	博士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023