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电动汽车自适应巡航系统的鲁棒滑模控制

李昊林  
【摘要】:汽车自适应巡航控制系统实时监测车辆的运行状态,通过控制节气门开度或制动压力来保证本车与目标跟随车辆之间保持理想安全距离行驶。自适应巡航系统作为先进驾驶员辅助系统的重要组成部分,其对于提升车辆行驶过程中的安全性、舒适性及操纵性有重要作用。本文以四轮轮毂电机驱动纯电动汽车为对象,研究了车辆自适应巡航过程中的跟车稳定性问题,由于轮毂电机可实现动力机构与车轮的统一整合,因此不仅可以简化电动汽车的机械结构,还可使车辆实现独立驱动与独立转向,极大提升车辆在控制过程中的灵活性。本文在对四轮轮毂电机驱动纯电动汽车自适应巡航系统进行研究时,主要从离散二阶滑模自适应巡航跟踪控制器和辅助转向跟踪控制器两个方向展开,其中在对自适应巡航跟踪控制器的设计过程中,考虑到整车模型存在强非线性、时变、大干扰问题以及随车辆使用年限的增加而出现的模型失配问题,设计基于数据驱动的子空间辨识方法对状态空间方程进行估算,并将其输出作为离散二阶滑模巡航跟踪控制器的输入,实现实际距离与理想安全距离的稳定跟随。为了提高自适应巡航系统的实用性,本文在实现电动汽车自适应巡航跟随控制的基础上,针对车辆行驶过程中紧急转弯工况,以车辆操纵稳定性为控制目标设计基于终端滑模的转向辅助控制器,对转向过程中出现转矩不足的问题设计基于线性滑模的汽车动力性能补偿器,来提高车辆在转弯过程中的动力性能。此外,本文采取基于目标优化函数的转矩分配方法将整车需求转矩分配到各轮毂电机,以保证车辆在运行过程中的安全性和动力性。最后,应用AVL Crusie汽车仿真软件与Matlab/Simulink进行联合仿真,验证在定速巡航工况和车辆跟随工况下纯电动汽车的控制效果,仿真结果表明本文中提出的四轮轮毂电机驱动纯电动汽车自适应巡航控制策略可以保证本车与目标车辆在行驶过程中具有良好的跟踪效果。同时本文采取紧急转弯工况对本文提出的辅助转向控制器进行验证,结果表明该方法可以有效保证车辆在转向过程中的稳定性能。


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