适应驾驶员的四轮驱动电动汽车协调控制

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为了减轻汽车保有量持续增长引发的环境污染和能源危机,积极响应新能源产业的浪潮,电动汽车行业迎来了新一轮发展机遇。四轮驱动电动汽车具有驱动力自主控制、转向布置灵活多变、参数可调等优势,有利于设计更高效的驱动及转向控制系统。驾驶员特性对于适应驾驶员的操纵工况、优化车辆动力学特性、改善道路安全等方面具有重要意义。主动转向与横摆力矩控制通过改变轮胎侧向力和纵向力控制车辆稳定,研究二者的协调控制策略能够充分发挥各自的优势,提高操纵稳定性。将驾驶员特性考虑在车辆协调控制中有助于定制个性化的车辆动力学,提高车辆对驾驶员的适应性和驾驶舒适度。本文以四轮驱动主动转向电动汽车为研究对象,对主动前轮转向、直接横摆力矩控制展开深入研究,并制定相应的协调控制策略,建立驾驶风格识别模型和参考模型,将符合驾驶员期望的车辆动力学应用于协调控制策略中,研究该协调控制策略对行驶稳定性与驾驶舒适性的影响。首先,在CarSim-Simulink联合仿真平台上搭建四轮驱动主动转向电动汽车动力学模型。在CarSim中建立简单车辆动力学,在Simulink中根据设计的理想传动比搭建主动前轮转向系统、轮毂电机模型、驾驶员模型,通过输入输出接口实现联合仿真,验证搭建的电动汽车主动转向系统的变传动比优势。其次,创建驾驶风格识别模型与转向特性参考模型。在驾驶模拟器上设计实验采集驾驶员与车辆数据,提取转向特征值,采用模糊C均值聚类将驾驶风格大体划分成激进型、正常型、保守型,使用BP神经网络(Back Propagation Networks,BP)实现离线、在线辨识驾驶风格,驾驶风格离线识别精度达到98.48%。基于径向基(Radial Basis Function,RBF)神经网络设计参考模型,为后文提供理想的动力学输出,验证该参考模型能够适应蛇形与双移线工况。然后,设计考虑驾驶员特性的主动前轮转向控制方法。参考模型分为线性二自由度参考模型、转向特性参考模型,根据实际工况切换对应的参考模型。基于模糊PI(Fuzzy Proportional Integral,FPI)控制方法设计主动前轮转向模型,输出区别于方向盘的附加转角。通过仿真验证了该主动转向控制策略相比其他控制方法,改善了车辆行驶稳定性。验证了驾驶员转向特性参考模型在驾驶模拟器适用,适应驾驶员的主动转向控制策略满足驾驶员的个性化需求。最后,提出一种考虑驾驶员特性的主动前轮转向与横摆力矩协调控制策略。设计滑模自适应的横摆力矩控制器,根据车辆稳定状态划分控制器的工作区域,制定载荷分配的力矩分配策略。通过驾驶员开环输入与闭环输入工况验证协调控制算法,结果表明:该协调控制策略能够有效降低横摆角速度和质心侧偏角偏差,适用于不同车速与附着条件的工况,有效提高了车辆行驶稳定性,提升了驾驶舒适度。
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