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分布式驱动电动汽车网络时滞侧向动力学鲁棒控制研究

王亚超  
【摘要】:分布式驱动电动汽车以其传动效率高、有利于整车空间布局、便于实现车辆动力学主动控制等特点,成为新能源汽车未来的重点发展方向之一。随着当前汽车产业电动化、智能化和网联化的高速发展,车辆电子控制系统的数量会大幅度增加,车载通讯网络信息将呈现几何级增长。受限于当前车载总线技术的发展,车载网络系统中网络延时的存在,会导致执行机构不能协调工作,降低车辆动力学控制的操纵稳定性与安全性。本文结合科技部国家重点研发计划“分布式驱动纯电动轿车底盘及整车产业化研发”,以分布式驱动电动汽车为研究对象,重点围绕网络时滞情况下的侧向动力学鲁棒控制问题,以鲁棒控制理论、过驱动分配理论等为基础,系统地开展了系统建模、状态估计、控制算法设计、仿真分析以及实验验证,主要的研究内容及成果如下:(1)针对车辆系统为非线性系统,车辆系统运行过程中干扰噪声的统计学信息难以获取这一问题,建立了七自由度车辆状态估计模型,基于自适应容积卡尔曼滤波(ACKF)理论,提出了对系统噪声具有抗干扰能力的车辆状态实时估计方法。理论和仿真表明,该方法可实现对车速、横摆角速度以及质心侧偏角的高精度估计。(2)针对网络时滞情况下的车辆操纵稳定性控制问题,分析了采样周期和网络时滞对系统性能的影响,基于车辆侧向动力学模型,建立了包含时滞项的车辆动力学模型,为分布式驱动电动汽车时滞动力学控制算法的设计提供了基础。(3)针对车辆时滞动力学模型存在时滞项与不确定性的问题,采用序列逼近方法求解时滞系统中具有超前项与时滞项的两点边值问题,基于李雅普诺夫稳定性理论,提出了对网络时滞、车辆未建模动态以及外界干扰具有鲁棒性的全局鲁棒最优滑模控制器。理论与仿真表明,所提出的方法对网络时滞、车辆系统不确定性具有较强的鲁棒性,提高了网络时滞条件下的车辆操纵稳定性。(4)针对通信故障情况下的分布式驱动转矩分配问题,确立了控制分配的约束条件和目标函数,建立了加权系数实时可调的转矩控制分配方程,基于二次规划理论,提出了具有通信容错功能的转矩优化分配算法。仿真结果表明,所提出算法提高了通信故障情况下的车辆操纵稳定性与安全性。(5)搭建了分布式驱动电动汽车网络控制系统的硬件在环仿真平台,验证了车辆状态估计算法、分层控制策略在车辆实际控制中的有效性与实时性以及对网络时滞的鲁棒性和对通信故障的容错能力。


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