四轮轮毂电机驱动电动汽车转向稳定性控制

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ESC(电子稳定性控制)是汽车操纵稳定性和安全性的关键问题,对于四轮轮毂电机驱动电动汽车转向的灵活性和可控性具有重要的理论意义与实用价值。针对四轮轮毂电机驱动电动汽车存在的转向不足和转向过度等现象,本文研究的稳定性控制策略,通过控制分配到各轮毂电机驱动单元的驱动/再生制动转矩来提高车辆的稳定性。通过四轮轮毂电机驱动汽车转向动力学分析,构建前轮转向四轮轮毂电机分布式独立驱动系统,本文采用直接横摆力矩控制转向稳定性控制策略。通过分析横摆角速度、质心侧偏角等因素对稳定性的影响,以及轮毂电机驱动单元的执行约束,构建了车辆参考模型层-横摆力矩/速度跟随顶层控制器-底层控制分配器组成的电子稳定性控制系统。参考模型层根据驾驶员驾驶意图和车辆动力学状态得到参考横摆角速度和参考质心侧偏角。顶层控制器由PID速度跟随控制器和横摆力矩控制器组成。横摆力矩控制器分别由模糊PID质心侧偏角横摆力矩控制器、横摆角速度横摆力矩控制器和横摆力矩合成控制器构成,横摆力矩合成控制器根据横摆角速度和参考质心侧偏角在车辆转向过程中对稳定性影响的变化,通过模糊控制规则,获取横摆力矩的权重系数。底层控制分配器将顶层控制器输出的横摆力矩以驱动/再生制动转矩命令的形式分配到四个电机驱动控制单元。在横摆力矩合成控制器设计过程中,设计了基于横摆角速度和质心侧偏角影响的权重系数模糊控制规则;在底层控制分配器设计过程中,采用了多目标优化(轮胎附着裕度最大与能量消耗最小)最优转矩分配策略,和基于摩擦圆约束的多层级结构。在Carsim中搭建动力学模型,并在Simulink中搭建控制模型,对稳定性控制策略进行验证。通过选取角阶跃输入、双移线等不同工况进行仿真分析,与其他的伺服控制、普通连续控制策略相比,本文提出的稳定性控制策略能够更好地提高车辆在低附着路面、对接路面等极限工况的稳定性,同时能够起到减少能耗的作用。利用四轮轮毂电机驱动电动汽车稳定性控制系统试验平台,并进行了方向盘角阶跃实车试验,验证了本文提出的稳定性控制部分控制策略的可行性。
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