四轮独立驱动电动汽车操纵稳定性研究综述

随着我国着力发展新能源汽车,电动汽车现已成为各个车企的重点研究方向。四轮独立驱动电动汽车的新型底盘结构具有其他车型不具备的先天优势,但其多执行器、非线性、集成化程度高等特点易造成车辆失稳。文章围绕直接横摆力矩控制、驱动防滑控制和容错控制对车辆操纵稳定性的提升进行总结,并对车辆未来的控制方法进行展望。

基于四轮独立驱动电动汽车的动力学仿真模型

四轮独立驱动技术是电动汽车驱动系统研究的热点。建立了包括转向角在内的18自由度四轮独立驱动电动汽车的动力学模型并详细给出了各运动方程。通过整车试验数据与相同工况下的仿真结果对比,表明所述模型可以以很好的精度反映汽车在各种工况下的动力学性能。为开展四轮独立驱动电动汽车动力学控制研究奠定了基础。

四轮独立驱动电动汽车动力学控制系统仿真

论述了四轮独立驱动系统作为汽车驱动系统的优势及在电动汽车上应用的技术潜力。比较了ICEV动力学控制系统与EV动力学控制系统的区别,提出了四轮独立驱动电动汽车的新动力学控制方法。该方法利用前轮转向角和车速的前馈控制与基于质心侧偏角和横摆角速度的误差反馈控制相结合来控制车辆运动状态,并通过最优控制的方法确定了反馈系数。建立了整车数学模型,并利用MATLAB/Simulink软件生成系统的仿真模型,对所述控制系统进行了仿真研究。结果表明:前馈与反馈相结合的控制系统在各种路面条件下均可明显改善汽车的动力学性能。

四轮独立驱动电动汽车能效分析与功率分配

本文中分析了四轮独立驱动电动汽车样车的结构与原理,利用快速原型建立了分布式整车控制系统架构。通过轮毂电机及其控制器与样车的台架试验和底盘测功机道路模拟试验,得到了轮毂电机的转矩响应特性和能量效率曲线,采用最小二乘法拟合驱动电机控制规律。与此同时,鉴于轮毂电机及其控制器效率的非线性和在转矩区间的差异,提出了一种减少整车能量消耗的前后轴驱动力分配方法,并进行了样车道路试验。结果表明,通过驱动力分配进行整车能量优化,不同行驶速度下能效最大改善超过10%,优化驱动模式可进一步降低整车能耗。

四轮独立驱动电动汽车驱动力最优控制方法

基于对四轮独立驱动汽车进行的动力学分析,提出通过调节驱动电机的电流来控制各轮纵向力以提高车辆操纵稳定性的策略。建立了驱动系统的动态响应模型,并将其变换为驱动系统控制模型。提出整车控制方案和控制器参考输入的调整方法,并运用最优控制理论设计了驱动系统反馈控制器。最后采用等转矩和等功率驱动力分配策略进行实验,结果表明该方法能取得较好的控制效果。

四轮独立驱动电动汽车等转矩转弯试验及滑动率分析

针对研制的四轮独立驱动电动试验样车4 WID EV,建立了稳态转向动力学模型。按等转矩模式分配四轮驱动力,进行了不同条件下的转弯试验。采用坐标网格法测绘了样车的行驶轨迹,得到了四轮转弯半径及整车转弯半径的变化情况。转弯试验揭示出驱动轮存在滑动,推导了滑动率的计算公式,并分析了转向轮转角及车速对滑动率的影响规律。结果表明,采用等转矩模式分配四轮驱动力,各轮间存在相互拖拽现象,从而产生功率内循环。

四轮独立驱动电动汽车车速估计研究

针对四轮独立驱动电动汽车四轮转矩易于获得的特点,基于无轨卡尔曼滤波(UKF)理论设计了四轮独立驱动电动汽车纵向车速和侧向车速估计算法。该算法利用纵向加速度、侧向加速度和横摆角速度等低成本传感器测量信号,采用带有HSRI轮胎的具有纵向、侧向和横摆运动的非线性三自由度估算模型,实现对四轮独立驱动电动汽车的纵向车速、侧向车速的实时估算。仿真实验结果表明:算法能够准确估算四轮独立驱动电动汽车纵向车速和侧向车速。

四轮独立驱动电动汽车行驶状态级联估计

建立三自由度车辆模型与轮胎模型,提出电驱动轮模型并将其应用到纵向力估计中,基于自适应高阶滑模观测器实现轮胎纵向力的估计,利用纵向力观测器(longitudinal force observer, LFO)输出值作为已知输入,结合信息融合滤波(information fusion filter, IFF)算法提出一种车辆状态级联估计方法。进行仿真实验、台架实验以及实车道路实验。研究结果表明:设计的纵向力观测器具有较高的纵向力估计精度,基于信息融合滤波的车辆状态估计方法能够实时跟踪车辆状态且估计性能优于扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)。

考虑驾驶员特性的四轮独立驱动电动汽车转向控制研究

四轮独立驱动电动汽车四轮驱动力矩独立可控,在汽车控制方面相对于传统汽车具有显著优势,通过建立驾驶员不同转向特性参考模型和四轮驱动力矩控制进行考虑驾驶员特性的四轮独立驱动电动汽车转向控制研究。基于驾驶模拟器实验,在对驾驶员转向特性进行分类和建立辨识模型的基础上,采用RBF神经网络建立了驾驶员不同转向特性的参考模型,给出了考虑驾驶员转向特性的整车控制原理,应用驾驶模拟器对所研究的控制方法进行了验证。验证结果表明:参考模型输出能够反映不同转向特性驾驶员期望的车辆响应,通过对四轮驱动力矩合理控制实现汽车跟踪驾驶员期望。

四轮独立驱动电动汽车驱动力分配控制

根据四轮独立驱动电动汽车驱动力独立可控的特点,采用分层控制分配方法,优化整车综合性能.控制器根据传感器信号判定车辆的行驶状态,并计算出车辆所需总驱动力矩,然后优化分配各驱动轮上的驱动力矩,同时考虑地面附着条件和驱动电机的约束条件.仿真结果表明:采用分层控制分配方法,充分利用了垂直载荷较大的车轮的附着力,有效控制了垂直载荷较小的车轮的滑转,提高了车辆的综合性能.

四轮独立驱动电动汽车EPS特性仿真

针对四轮独立驱动电动汽车驱动方式的特点,建立了电动助力转向(EPS)系统动力学模型和助力电机模型,引入转向盘力矩和行车速度两个控制变量确定最佳的辅助转向电流,得到EPS系统的转向助力特性曲线,并对其进行了分析.基于模糊控制方法设计了EPS系统的控制器,在设置符合国标要求的转向轻便性、回正等试验工况下对所搭建的EPS系统进行MATLAB/Simulink和Carsim的联合仿真.仿真结果表明所得到的助力特性曲线达到了控制预期目标,改善了转向时的路感,具有良好的助力效果,提高了电动汽车的操作灵敏度以及转向稳定度.

四轮独立驱动电动汽车再生制动控制策略的研究

针对四轮独立驱动电动汽车,设计了一种再生制动控制策略。充分考虑车速、电池的SOC(充电状态)、电池的最大充电电流和最大充电电压、电机的转矩特性、汽车制动Ⅰ曲线以及ECE法规曲线等因素的影响,该控制策略兼顾了制动稳定性和制动能量的回收效率。基于Simuliuk和AVL Cruise软件平台进行了系统建模和联合仿真。仿真结果表明,该优化控制策略在保证制动安全、稳定的前提下,极大地提高了制动能量的回收效率。

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。

四轮独立驱动电动汽车电子差速控制研究

对四轮独立驱动电动汽车转向运行学进行分析,建立七自由度转向动力学模型。通过七自由度转向动力学模型,提出了基于滑膜理论的转速转矩协调控制策略。根据滑膜控制器和转矩分配模块计算出车辆在稳定运行状态下四个车轮输出的转矩,再根据测量车辆在稳定状态下转向时的侧偏角分别计算出四个车轮的转速。在单线工况下的仿真结果表明论文设计的控制策略可行性和合理性。

低附着路面下四轮独立驱动电动汽车稳定性控制

为了提高四轮独立驱动电动汽车在低附着路面上的操纵稳定性,提出了基于粒子群优化PID参数的直接横摆力矩控制算法。控制器采用分层控制:上层根据参考模型和车辆实际运行状态,基于粒子群PID算法计算车辆稳定运行所需直接横摆力矩;下层控制采用载荷估计控制方法对四轮转矩进行控制分配并结合电机查表模型和转矩约束条件获取最优输出力矩。并通过Carsim/Simulink联合仿真模型进行低附着路面工况试验。结果表明:提出的方法在低附着路面下高速阶跃工况和低速正弦工况中能够有效提高车辆的操纵稳定性。

四轮独立驱动电动汽车转向稳定性的横摆力矩控制

针对四轮独立驱动电动汽车转向稳定性的横摆力矩控制问题,建立了七自由度整车模型和Dugoff轮胎模型.基于滑模控制理论,选择质心侧偏角和横摆角速度两者为联合控制变量,并以汽车车速和路面附着系数为输入,运用模糊控制理论确定联合控制变量的联合控制参数,设计了四轮独立驱动电动汽车转向稳定性的横摆力矩控制策略.在Matlab/Simulink环境下选取不同车速、不同路面附着系数进行了连续转向行驶和突然转向行驶的仿真分析.结果表明,所设计的控制策略能够将质心侧偏角和横摆角速度控制在稳定范围内,使车辆在任意转向行驶工况下保持稳定,最大限度地提高轮毂电动汽车的转向稳定性.

四轮独立驱动电动汽车四轮转向控制与仿真研究

针对四轮独立驱动电动车四轮转向控制,论文研究了基于阿克曼转角的控制策略。给出了整车控制原理,设计了驱动力分配器和基于阿克曼转向原理的四轮转角分配器,应用Car Sim与Matlab/Simulink搭建了整车模型和编写了控制策略程序,选取双移线工况进行了仿真试验验证。试验结果表明:设计的四轮独立驱动电动车四轮转向控制策略能够保证汽车具有良好的操纵稳定性。

线控转向四轮独立驱动电动汽车建模与仿真研究

针对线控转向四轮独立驱动电动汽车建模问题,论文应用Car Sim与Matlab/Simulink联合仿真进行了整车模型的搭建与仿真分析。确定了线控转向系统中的动力学微分方程,基于Matlab/Simulink软件建立了线控转向系统模型,将Car Sim中的内燃机模型修改为四轮独立驱动电动汽车模型,并将线控转向系统模型嵌入到Car Sim中去,搭建了线控转向四轮独立驱动电动汽车整车模型。选取方向盘角阶跃工况对所建立的模型进行仿真验证。结果表明:线控转向四轮独立驱动电动汽车具有良好的响应特性。

微型四轮独立驱动电动汽车动力参数设计与验证

根据自主设计的微型四轮独立驱动电动汽车设计参数及要求,对其驱动电机功率、动力电池容量与组数等进行匹配设计,通过AVLCruise软件进行仿真验证,并将设计参数应用于电气系统设计及元器件参数选择.实车测试结果表明:匹配的动力系统各参数满足实际需求,不同行驶工况下主干回路电流曲线可满足设计要求.

四轮独立驱动电动汽车直线行驶稳定协调控制

为降低两侧车轮垂直载荷转移和附着系数互异路面对四轮毂电机独立驱动电动汽车直线行驶稳定性的影响,通过分析直线行驶失稳跑偏的原因,设计了一种四轮独立驱动协调控制系统。该系统由滑模变结构控制计算纠正跑偏所需的附加横摆力矩,再结合电机驱动的原理和车轮滑转状态,协调分配轮毂电机产生附加横摆力矩或进行车轮防滑控制所需电压调节值。使用Matlab/Simulink建立了14自由度整车模型进行干扰工况的仿真控制,与驱动平均分配及无控制下车辆出现的直线行驶跑偏情况相比,表明协调控制使车辆横摆角速度在(0±0.05°)/s内,较好地提高了车辆直线行驶的稳定性。