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原文传递线控四轮独立驱动电动汽车路径跟踪控制研究

论文题名：	线控四轮独立驱动电动汽车路径跟踪控制研究
关键词：	四轮独立驱动电动汽车;路径跟踪;稳定性控制
摘要：	四轮独立驱动电动汽车结构紧凑、传动效率高，是一种较为理想的汽车结构。研究基于四轮独立驱动电动汽车的路径跟踪控制算法，有利于推动无人驾驶汽车控制技术的发展。本文以线控四轮独立驱动电动汽车为研究对象，研究基于线控前轮主动转向及差动转向的路径跟踪和行驶稳定性控制问题。　　首先，建立了车辆及道路系统动力学模型。对车辆动力学模型进行了简化，分别搭建了包含车辆横向和横摆运动的二自由度动力学模型以及纵向动力学模型。根据车辆与期望路径之间的运动学关系，搭建了基于预瞄控制的车辆-道路系统动力学模型，并以分段函数的形式选取了随速而变的预瞄距离。分析了四轮独立驱动电动汽车差动转向控制原理，并搭建了差动转向动力学模型。搭建了魔术公式轮胎模型和轮毂电机模型。搭建了CarSim和MATLAB/Simulink联合仿真平台。　　其次，设计了基于前轮主动转向及差动转向的路径跟踪控制算法。根据车辆-道路系统动力学模型，设计了基于前馈-反馈控制的前轮主动转向路径跟踪控制器，根据道路曲率的干扰所造成的稳态误差，设计了前馈控制器，基于线性二次型调节器（LQR）最优控制原理，并以车辆预瞄点处的横向偏差以及质心位置的航向偏差为控制变量设计了反馈控制器。基于滑模控制原理，设计了差动转向前轮转角跟踪控制器，通过控制前轴左右驱动轮之间的驱动力矩差，进而实现差动转向。基于车辆纵向动力学模型，设计了速度跟随控制器。采用载荷比例分配，对驱动力矩进行了分配。并通过联合仿真平台进行了阶段性仿真试验，验证了控制算法在不同车速下的控制效果。　　然后，设计了维持车辆稳定行驶的横摆稳定性控制器。分析了质心侧偏角、横摆角速度与车辆稳定性之间的关系，并采用d???相平面法对车辆的失稳状态进行判断。基于滑模控制原理，并结合质心侧偏角和横摆角速度对车辆行驶稳定性的影响，设计了横摆稳定性控制器，求解出维持车辆稳定行驶时所需的附加横摆力矩。并以轮胎负荷利用率最小化为优化目标，设计了下层驱动力矩优化分配控制器，采用有效集法实现对驱动力矩的优化分配。并进行了正弦前轮转角仿真试验，证明了车辆加入附加横摆力矩控制后能够有效改善行驶稳定性。　　最后，针对车辆基于前轮主动转向及差动转向的路径跟踪控制和行驶稳定性控制算法进行了联合仿真试验分析，选用了较高附着系数的双移线道路作为仿真工况，分别对前轮主动转向加附加横摆力矩控制、差动转向加附加横摆力矩控制下的路径跟踪进行了仿真分析，证明了两种转向控制方式加入附加横摆力矩控制后均能取得较好的控制效果。然后针对差动转向控制系统在线控前轮主动转向系统发生故障后作为一种备份转向系统进行了仿真分析，并因此证明了差动转向控制系统具有良好的应用前景。
作者：	杨洲
专业：	工程(车辆工程)
导师：	叶明;郑易
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2023