四轮独立驱动电动汽车横摆与侧倾稳定性集成控制研究

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随着汽车电子技术的发展和人们对交通安全的重视,各种车辆主动安全系统逐渐兴起,它们能让车辆适应各种行驶状态和道路环境以提高车辆的主动安全性能。现有的车辆主动安全系统主要针对车轮制动防抱死、驱动防滑转、横摆稳定性和侧倾稳定性中的某一项进行单独控制,或者其中两项进行简单的集成控制,不能同时满足各项主动安全性能需求。比如在转弯制动工况下,质心较高、轮距较窄的车辆将会同时面临车轮抱死、侧滑和侧翻的风险。为了避免上述风险并使车辆在急转弯工况下同时满足制动安全性、横摆稳定性和侧倾稳定性(考虑实际驾驶情况,急转弯的同时踩油门使车辆加速的情况过于危险,一般不会出现,因此本文仅对制动工况进行研究,为了方便描述,将匀速工况也认为是制动强度为零的制动工况),本文以四轮独立驱动电动汽车(FWIDEV)为研究对象,根据FWIDEV四个车轮力矩独立可控的特点,开展关于FWIDEV制动安全性、横摆稳定性与侧倾稳定性集成控制策略的研究,主要内容如下:基于牛顿第二定律,在Matlab/Simulink平台建立八自由度整车动力学模型(8-DOF),利用Carsim软件对所建的8-DOF模型的精度进行仿真对比验证。分析车辆横摆稳定性的主要影响因素;基于横摆稳定性影响因素的分析结果,采用滑模控制设计了直接横摆力矩控制器(DYC);并基于模糊控制对DYC控制器的趋近率参数进行了优化,削弱了系统的抖振。选取横向载荷转移率作为车辆的侧翻指标;基于线性三自由度车辆模型和线性二次规划(LQR)算法设计了车辆侧倾稳定性控制策略;基于线性三自由度车辆模型设计了车辆侧翻预警时间算法(TTR),并将TTR应用于车辆侧倾稳定性控制策略。仿真结果表明,本文设计的TTR算法能够比较准确的预测车辆即将到来的侧翻危险,并使侧倾稳定性控制器提前介入控制,提高车辆的侧倾稳定性。在以上的研究基础上同时考虑对车辆制动安全性、横摆稳定性和侧倾稳定性的控制,基于模型预测控制(MPC)提出了一种具有决策层、上层控制器和底层控制器三层结构的制动-横摆-侧倾集成控制策略(Braking-Yaw-Roll Integrated Control Strategy,BYRIC)。仿真结果表明该集成控制策略在不同路面附着系数条件下都能够有效地防止车辆发生侧滑和侧翻,并使车速跟随驾驶员的驾驶意图。
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