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智能轮毂驱动电动汽车底盘综合运动控制策略研究

崔祥坡  
【摘要】:当今社会汽车保有量大幅增长,交通事故、能源消耗和环境污染等问题日益突出。随着全球各地区禁售燃油车时间表的推出,纯电动汽车技术的研究越来越受到各大汽车公司和科研机构的重视。在驱动系统形式上,四轮轮毂驱动电动汽车采用轮毂电机直接驱动车轮,完全省略掉了传动系统,具有结构紧凑、传动链短、效率高等突出优势,给电动汽车给汽车底盘设计、动力学控制以及车辆布置带来了更多的自由度,并日益成为国内外研究的热点。此外当今汽车工业的另一股趋势便是汽车的智能化。各种先进的智能辅助驾驶技术也越来越成为各个品牌高端车型的标准配置,如车道保持,自适应巡航,自动泊车等。半自动驾驶和有条件的自动驾驶的智能汽车也已经进入路试阶段。在智能汽车所设计的多项关键技术中,车辆的运动控制技术是实现车辆可靠自主驾驶的基础。本文以采用四个轮毂电机为动力源的四轮轮毂驱动电动汽车为研究对象,对车辆自动驾驶所涉及的底盘综合运动控制部分关键技术展开研究。针对轮毂驱动电动汽车的特点,论文首先利用Carsim和Matlab/Simulink软件完成了整车模型的搭建。其中,车体动力学模型由Carsim软件提供,并对其传动系统进行了修改,使其满足轮毂驱动平台的底盘结构形式。轮毂电机模型在Simulink软件中完成建模,一方面,通过对采用的直流无刷电机的结构和工作原理进行了分析,建立了基于PWM调制的轮毂电机驱动控制策略。另一方面,研究了无刷直流电机的能量回馈控制原理,建立了基于半桥斩波的能量回馈控制策略。另外,根据电子液压制动系统(EHB,Electronic Hydraulic Brake)的工作特性,利用最小二乘法辨识建立了简化的液压调节器二阶模型。论文将智能车辆底盘综合运动控制分解为纵向运动控制和横向运动控制两部分。针对纵向运动控制,设计了主动巡航控制策略。在主动巡航策略设计时,借鉴预瞄控制的思想来提高自动巡航控制的跟踪精度和安全性,并通过模糊理论实现控制参数的自整定。其次,在保证系统安全可靠的前提下,将再生制动控制考虑到主动巡航控制中,提高车辆的能量利用率以延长续驶里程。采用了速度控制,车距保持控制,前车切入和前车切出四种典型工况对主动巡航策略的跟踪精度和可靠性进行了仿真验证。在横向运动控制中,重点研究了车辆的轨迹跟踪以及直接横摆力矩控制问题。采用最优预瞄控制实现车辆的轨迹跟踪,将预瞄点处的横向误差作为反馈信号。为了提高轨迹跟踪的精度以及车辆转向稳定性,设计了基于轮毂电机差动驱动/制动的直接横摆力矩控制(DYC,Direct Yaw Control)策略。同时,为了提高整车可靠性,利用DYC的思想实现了四轮轮毂驱动电动汽车在单个轮毂电机故障时的容错能力。通过角阶跃转向工况和双移线工况对算法的控制效果和可靠性进行了仿真验证。


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