分布式驱动电动汽车差动助力与横向稳定性协调控制研究

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电动汽车是当今世界三大发展潮流节能、环保以及安全下的产物,同时,其出现能够缓解环境污染与能源短缺的问题,因此,现今汽车产业的主流发展就是电动汽车。而其中分布式驱动电动汽车具有车轮转矩独立可控及过驱动的特点,这就能对电动汽车进行更多的动力学控制,已成为动力学分析与控制方向的热点。本文首先是研究分布式驱动电动汽车的差动助力转向控制,随后是对其横向稳定性进行研究,最后将两大动力学控制进行协调,为以后对多控制系统协调研究打下基础。首先,分析差动助力转向的基本原理,建立车辆转向系统模型和理想助力特性模型,获得车辆转向行驶过程中的理想方向盘力矩。将模糊PID控制策略与变论域方法相结合,根据转矩偏差和偏差变化率的大小调整PID三个控制参数,实现左右转向车轮转矩差的自适应控制。转矩分配控制根据左右车轮的转矩差,及车轮驱动力矩计算得到左右车轮的驱动或制动力矩。通过设计车轮最优滑移率控制方法,来保障车辆的运行稳定性。基于CarSim和MATLAB/Simulink的数字仿真结果证明:变论域模糊PID控制下车辆转向轻便性改善达43.5%,优于传统PID控制,同时其横摆角速度与期望值的误差均方根仅为0.212 rad/s,且车轮滑移率更低。然后,分析横向稳定性控制基本原理,建立线性二自由度模型,得出车辆理想横摆角速度,并基于车辆稳态转向时的运行状态,以车辆横摆角速度为控制目标,利用滑模变结构控制算法设计了分布式驱动电动汽车的横向稳定性控制系统,并与传统PID控制算法进行对比,研究结果表明:无控制、PID控制以及滑模变结构控制下的横摆角速度与期望值的误差均方根分别为0.039rad/s、0.021 rad/s和0.015 rad/s,分别改善了 46.2%和61.5%。并且PID控制和滑模变结构控制相对于无控制相比,质心侧偏角最大值改善了 14.9%和10.4%。说明所设计的滑模变结构控制器能够有效的提高车辆稳定性。最后,基于CarSim与Matlab/Simulink软件建立了分布式驱动电动汽车的动力学联合仿真模型,同时,依据差动助力转向控制和横向稳定性控制基本原理及其相互联系将两者进行协调控制,建立整体上以横向稳定性控制为主,局部考虑差动助力转向的联合协调控制系统。并且采用双移线和方向盘转角正弦波输入形式进行硬件在环试验,试验结果表明:所设计的差动助力转向和横向稳定性协调控制算法能够在保证车辆稳定的前提下兼顾车辆的助力能力。
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