基于主动安全的多轮独立驱动电动汽车神经网络逆解耦控制

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多轮独立驱动轮毂电机电动汽车是当前电动汽车技术领域内的研究热点和重要发展方向,尤其在当今交通事故频发、世界能源紧张和环境日益恶化的形势下。对比于传统的燃油机驱动汽车和一般的单电机驱动的电动汽车而言,多轮独立驱动电动汽车一般采用轮毂电机驱动,去除了传统的机械传动装置,底盘系统大大简化,因而减少了整车质量,提高了行驶里程。而且各轮的运动状态相互独立,驱动力矩独立可控,响应速度迅速,便于实施稳定性控制,在车辆的动力学控制和驱动力分配等方面具有独特的技术特点和明显的优势,为汽车主动安全技术带来了新的发展空间。多轮独立驱动轮毂电机电动汽车具有其它类型车辆无法具有的优势,为各种先进的控制理论能够应用于车辆主动安全控制中来,提供了一个理想的实验载体。  本文在国家自然科学基金项目“基于神经网络联合逆的4WID多电机协调容错控制”(61273154)和国家自然科学基金项目“电动汽车多相容错多电机及其支持向量机逆控制”(51077066)、高等学校博士学科点专项科研基金“多电机独立驱动电动汽车容错DYC控制”(20123227110012)的资助下,利用后两轮独立驱动轮毂电机电动汽车的转矩可独立控制的特点,探讨电动汽车纵向横向耦合关系及解耦控制,以提高多轮驱动轮毂电机电动汽车操纵稳定性为目标展开研究。本文主要内容包括:  首先,介绍了CarSim车辆动力学软件,并以车辆动力学为基础建立了非线性七自由度(7DOF)整车动力学模型;H.B.Pacejka“魔术公式(Magic Formula)”轮胎模型;五相永磁无刷电机模型。并在Matlab/Simulink中建立了以上模型,同时把建立的7DOF模型与CarSim软件建立的模型在相同的行驶工况对车辆动力学的关键性的参数进行了仿真的对比。  其次,以车辆动力学为基础,分析了轮胎力学特性与车辆失稳之间的关系,以及横摆角速度和质心侧偏角对车辆稳定性的影响,表明了横摆角速度和质心侧偏角是车辆操纵稳定性控制系统的关键变量;并介绍了车辆系统的耦合特性,以二自由度车辆模型论证了前轮主动转向与直接横摆力矩控制之间的耦合关系。运用逆系统的基本理论,进行了电动汽车的整车模型的可逆性分析,证明了系统可逆。然后,利用反向传播(BP)神经网络对非线性模型的逼近特性搭建了车辆系统的逆模型,作为主动前轮转向系统(AFS)与直接横摆力矩控制(DYC)解耦控制的预补偿器。建立神经网络逆控制器,通过的系统的状态最后在神经网络逆(NNI)控制系统的基础上,引入了PID控制,并简要说明了其工作原理和设计步骤。  最后,通过对仿真结果分析表明所设计的神经网络逆控制器可以的消除多轮独立轮毂电动汽车的AFS与DYC之间的耦合影响,改善了车辆在低附着系数工况下的操纵稳定性,提高了电动汽车的行驶里程。
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