四轮独立驱动电动车ARS与DYC集成控制与实验研究

来源 :长沙理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:xuwei5858
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在能源与环境的双重压力下,电驱动车辆已经成为当前汽车工业的重要发展趋势之一,而四轮独立驱动独立转向电动汽车因具备更多、更灵活的转向驱动模式,使得其更成为电动汽车领域的研究重点。通过车轮转向-驱动协调集成控制,可显著改善车辆的操控性和稳定性。而转向变传动比可以进一步提升汽车的安全性能,具有更加广阔的发展前景。本论文结合在研的广东省自然科学基金项目和深圳市科技研发资金项目,以四轮独立驱动独立转向电动汽车为研究对象,结合国内外的研究现状,以融合变传动比的汽车转向稳定性控制为切入点和突破口,主要进行了以下研究:首先,建立了车辆线性和非线性动力学模型,并引入驾驶员模型。在上述模型的基础上,设计了线性和非线性稳定性控制系统的参考模型,并进行了开环和闭环控制算法验证。在整车动力学模型的轮胎建模部分,为便于理论分析,选用了能够反映轮胎非线性特性以及物理含义清晰、形式简洁的Dugoff轮胎模型。其次,基于最优控制原理设计了主动后轮转向控制器,实现了传统机械转向中的变传动比功能,用于确保驾驶员获得理想的转向特性。在控制策略的设计过程中,首先基于变传动比变化曲线,设计能够表征理想转向特性的期望横摆角速度;其次,采用LQR最优控制原理设计主动后轮控制器,实现对期望横摆角速度的跟踪,以及改善驾驶员转向的瞬态特性。仿真结果表明,该控制策略具有很好的转向特性,设计的基于变传动比主动后轮转向控制策略达到了设计要求,能够保证驾驶员获得理想的转向特性。同时,还能够保证车辆在极限工况下的操纵稳定性。然后,在有滑移或高速转向的过程中,轮胎的侧偏角较大而进入侧偏特性的非线性区。同时,考虑到各系统间出现的耦合和控制冗余问题,对ARS控制器和DYC控制器进行了集成控制。采用线性滑模变结构控制设计ARS控制器,能够满足车辆在线性区域内的稳定性控制问题。针对车辆在非线性区域的稳定性控制问题,设计了非线性DYC滑模控制器,以提升控制器在非线性区域和极限工况下的控制性能。当ARS控制器能够独立完成跟踪任务时,DYC控制器不工作;当ARS控制器不能够独立完成跟踪任务时,增益不足的部分则由DYC控制器补偿。开环和闭环仿真结果表明,所提出的集成控制系统能够很好地实现集成控制目标,为进一步利用纵向控制稳定车辆控制系统提供了裕度。最后,以自主研发的四轮独立驱动独立转向电动车为基础,介绍了其硬件和软件控制系统架构,建立了转向稳定控制的理论研究和实验平台。在此基础上,通过实验验证了基于变传动比主动后轮转向控制算法的有效性。本文提出的融合变传动比的ARS和DYC集成控制系统可作为各轮独立驱动和各轮独立转向电动车领域研究的重要理论基础与参考,有较好的普适性。
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