四轮轮毂电机独立驱动电动汽车轨迹跟踪与横摆稳定性协调控制研究

为了提高智能汽车在高速、低附着等极限工况下轨迹跟踪的精度和车辆稳定性,本文中依托四轮轮毂电机独立驱动电动汽车平台,提出了一种基于分层架构的轨迹跟踪与直接横摆力矩协调控制策略,包含上层控制器和下层控制器。首先,上层控制器基于3自由度车辆动力学模型建立了模型预测控制器,考虑多种非线性约束,利用理论分析优化预测时域和控制时域,并通过优化求解得到前轮转角和附加横摆力矩。然后,下层控制器以轮胎负荷率最小化为目标函数进行车轮纵向力优化分配,考虑到控制策略实时性要求,运用有效集算法求解最佳转矩分配。最后,采用CarSim&Simulink联合仿真,在不同车速与不同附着条件下验证了所设计的轨迹跟踪与横摆稳定性协调控制器的有效性。

四轮独立驱动电动汽车直接横摆力矩控制

为提高四轮独立驱动电动汽车横摆稳定性,在考虑纵向车速控制的基础上设计了直接横摆力矩控制策略。该控制策略由上下两层组成,上层控制器为基于车辆运行状态反馈的附加横摆力矩控制器,其控制方式为通过实际反馈的车辆状态参数与参考值对比,设计线性二次型调节器(LQR)计算目标附加横摆力矩。下层控制器为基于路面附着条件及前后轴荷比的轮毂电机转矩分配控制器。通过CarSim与Simulink建立联合仿真模型,选择双移线和正弦输入2种工况进行仿真试验。结果表明:所设计的控制策略能够使车辆质心侧偏角和横摆角速度较好地跟随参考值,可有效避免车辆侧滑失稳,提高车辆横摆稳定性和行驶安全性;与PID控制相比,LQR控制能够更有效地抑制横摆角速度振荡峰值。

四轮独立驱动电动车制动能量回收控制策略

针对四轮独立驱动电动车在不同制动强度下的制动效能及制动稳定性,提出一种兼顾电池特性、电机特性和制动稳定性的四轮独立驱动电动车制动力分配策略。利用MATLAB和AVL-CRUISE建立控制模型及整车模型进行联合仿真;并进行实车试验。结果表明:制动力分配策略可有效地分配电机制动力和机械制动力;并满足制动效能、制动稳定性,且与I曲线的制动力分配策略相比,能够在低制动强度下多回收近12%的制动能量。

四轮独立转向无人车辆斜向行驶轨迹跟踪控制方法

针对四轮独立转向电动汽车转向系统成本高、但功能开发程度低的问题,提出一种车辆斜向行驶控制策略,优化四轮独立转向电动汽车换道过程中的行驶稳定性.基于四轮独立转向电动汽车横向、纵向二自由度车辆模型,提出一种横纵向耦合轨迹跟踪控制方法,该方法基于线性时变模型采用模型预测控制(MPC)算法,对横向偏差、航向角偏差及纵向速度偏差进行闭环控制.设计车辆稳定性控制器,包括横摆力矩控制器和转矩分配控制器,同时提高车辆轨迹跟踪精度和行驶稳定性.最后搭建Simulink/Carsim/Prescan联合仿真平台,对四轮独立转向电动汽车双移线工况进行模拟换道仿真,仿真结果证明了斜向变道的可行性和横纵向耦合轨迹跟踪控制方法的有效性.

四轮独立驱动电动车自适应巡航滑模控制

为实现四轮独立驱动电动汽车的自适应巡航功能,采用基于趋近律的滑模控制理论设计了自适应巡航控制系统。上位控制器以实际车距与期望车距的偏差作为输入,采用滑模控制律获得主车期望加速度,然后将期望加速度作为下位控制器的输入,计算出电机期望转矩,用于实现自适应巡航控制。在CarSim中建立电动汽车整车模型,并与Simulink进行联合仿真。仿真结果表明,在前车匀速、加速、减速等直线行驶工况以及曲率较大的弯道行驶工况下,提出的自适应巡航控制方法均能够使主车具有良好的跟踪能力。

基于四轮独立驱动电动车电机转速控制实验装置设计

为了实现四轮独立驱动电动汽车的动力最优分配,需要汽车中央控制单元实时采集电动汽车的各个车轮速度。实验中利用单片机设计了一种对四轮独立驱动电动汽车进行转速采集的装置。通过单片机自带的增强型脉冲累加模块和周期中断定时器模块,设计下位机程序对脉冲进行累加计数,实现了对电动汽车电机转速的精确测量,最后实验验证了设计的可行性,该设计可以为汽车主控制器控制后续执行机构的高精度动作提供基础。

基于LPV增益调度技术的4WID电动汽车容错控制

针对四轮独立驱动电动汽车驱动电机故障,提出了一种基于线性变参数(LPV)增益调度技术的容错控制方法,从而降低执行器故障对车辆运行的影响。首先将执行器左右两侧故障因子作为调度参数,基于LPV凸分解方法,将故障状况下的车辆模型转化为具有凸多面体结构的LPV模型,并利用线性矩阵不等式技术对凸多面体各个顶点分别设计满足H∞性能和闭环极点配置的控制器;然后利用各顶点设计的反馈控制器综合得到最终LPV容错控制器;最终采用Car Sim与MATLAB/Simulink联合仿真的方式,验证了该方法的有效性。结果表明:LPV增益调度技术可以成功地应用于四轮独立驱动电动汽车的容错控制,在存在故障的情况下,仍能保持系统的稳定性和良好的动态性能。

分布式驱动电动汽车个性化智能控制关键技术综述

分布式驱动电动汽车四轮驱动力矩独立可控,各轮转矩和转速容易获得,相对于传统汽车具有明显控制优势,是进行车辆动力学最优控制的理想载体。论文主要针对考虑驾驶员特性的分布式驱动电动汽车个性化智能控制进行总结与分析,对基于个性化智能控制的车辆状态与参数估计、四轮独立驱动与独立转向电动汽车控制、驾驶员特性及行为意图辨识三方面研究进行了总结及分析。指出基于分布式驱动电动汽车载体,通过对车辆状态与参数的估计和对驾驶员驾驶特性的研究,可进一步提高新一代电动汽车动力学控制性能,加快其产业化并进行更深入的智能化研究。

基于B样条曲线的4WIS电动汽车转向模式动态切换与控制方法

为了实现四轮独立转向(Four Wheel Independent Steering,4WIS)电动汽车的转向模式不停车动态切换,充分利用4WIS电动汽车的冗余控制自由度,对转向模式切换过程与控制方法进行建模与仿真研究。在切换方法上提出了一种基于B样条曲线的车轮轨迹规划方法,在此基础上实时计算4个独立车轮的运动轨迹。仿真结果表明,该方法能够实现4WIS电动汽车转向模式的不停车平滑切换,切换过程中动力学参数满足要求。在模式切换控制方法上,针对4WIS电动汽车车轮独立的特点,构建4个车轮之间的虚拟连接关系,提出一种"运动学-动力学"复合控制策略,提高了动态切换控制的稳定性与鲁棒性。仿真结果验证了该算法的有效性。

四轮独立驱动电动汽车轮胎纵横向滑移能耗仿真分析

四轮独立驱动电动汽车被认为是目前最有发展前景的电动汽车驱动方案之一。由于采用轮毂电机独立驱动,提高系统的可操作性,使得轮胎产生的能量消耗可以独立控制,为汽车节能控制提供了发展潜力。而精确的四轮独立驱动电动汽车轮胎纵、横向滑移能耗模型是实现节能控制的关键与理论基础。针对轮胎纵、横向滑移能耗模型的研究有待进一步深入,针对四轮独立驱动电动汽车的能耗仿真建模的研究也需要进一步完善。针对四轮独立驱动电动汽车轮胎的纵、横向能耗特性,分析其能耗机理,搭建轮胎纵、横向能耗模型;基于滑移能耗模型与电动汽车能耗特性,得到改进的整车能耗模型;在Carsim/Simulink联合仿真环境中,搭建四轮独立驱动电动汽车整车模型与能耗模型,为四轮独立驱动电动汽车能耗研究提供精确可靠的仿真平台;不同工况下的仿真结果证明了考虑横向滑移能耗进行能量优化控制的必要性。

基于UIO/双KF的4WID-EV驱动轮纵向力估计

四轮独立驱动电动汽车(4WID-EV)能独立实现4个轮胎纵向力的控制与分配,实时保证电动汽车的最佳运行状态。基于单个驱动轮的动力学和轮毂电机特性建立了驱动轮模型,采用电流、电压、转速等常用参数设计轮胎纵向力估计模型。考虑系统结构参数的不确定性和传感器噪声干扰,将驱动轮纵向力估计与干扰分离,基于卡尔曼滤波算法,设计了驱动轮纵向力-未知输入观测器。仿真和台架道路模拟试验结果表明,设计的观测系统能实时估计驱动轮纵向力,且具有较高的估计精度和抗干扰性,能满足四轮独立驱动电动汽车动力学控制要求。

基于多胞体系统的FWID EV鲁棒加权增益调度轨迹跟踪控制

为了提高四轮独立驱动电动汽车(FWID EV)轨迹跟踪控制性能,针对车辆横向运动系统的不确定性与非线性问题,考虑转向执行机构的动态特性,提出了基于线性变参数(LPV)的鲁棒加权增益调度轨迹跟踪控制策略。首先利用凸分解技术将LPV系统转化为有限多胞顶点凸组合的多胞体系统,然后基于离线设计的每个多胞顶点控制器和线性组合在线计算任意时变参数对应的系统控制器参数,并利用MATLAB和CarSim进行联合仿真。结果表明:在加速变道场景下,所设计的控制器可以保证横向偏移误差不超过2 cm,横向偏移平均绝对误差不超过0.9 cm的较高跟踪精度及行驶稳定性和鲁棒性。

基于模糊滑模直接横摆力矩的车辆横摆稳定性控制

为了避免车辆发生横向失稳的风险,根据四轮独立驱动电动汽车四轮驱动/制动力矩独立可控的特点,提出了一种具有上层控制器和下层控制器两层结构的模糊滑模直接横摆力矩控制策略。上层控制器采用模糊滑模控制器计算车辆总的需求横摆力矩,并对4个车轮纵向力进行分配。下层控制器将轮胎纵向力转化为对轮胎滑动率的控制,并通过控制4个车轮的力矩使轮胎纵向力得到实现。仿真结果表明,该模糊滑模直接横摆力矩控制策略在不同的附着路面条件下都能保证车辆的横向稳定性,并能削弱传统滑模控制器造成的系统抖振。

基于4WID欗4WIS动力学模型的制动系统模糊控制器设计与仿真

4WID-4WIS电动汽车具有四轮转向角和驱/制动力矩独立可控的特点,在MATLAB/Simulink中建立十一自由度车辆制动动力学模型和包含后轮转向特性的二自由度参考模型。基于所建立的整车模型和参考模型设计制动系统模糊控制器,对不同转向输入和路况进行仿真试验。仿真结果表明,车辆在各制动工况过程中的行驶轨迹、横摆角速度和质心侧偏角都能够跟随各自期望值的变化,验证了基于4WID-4WIS电动汽车所设计的制动控制系统具有良好的制动稳定性。