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基于观测器的网络化电动汽车横摆稳定性控制

牛文静  
【摘要】:随着人均国民总收入的不断提升,我国的汽车产业也得到了飞速发展。汽车在给人们日常生活带来极大便捷的同时,也伴随着很多问题的出现。面对环境污染和能源匮乏的双重问题,新能源电动汽车逐渐受到了广泛关注。加之电子控制单元技术的不断成熟,网络化控制被广泛应用到汽车控制中,但网络化控制难免会产生数据丢包,传输延时等问题,这些都会影响网络化电动汽车的行驶安全性,本文针对网络化电动汽车的横摆稳定性控制展开研究。首先,基于汽车动力学和运动学理论建立了网络化电动汽车的数学模型,主要包括七自由度和二自由度整车模型,车轮模型,轮胎模型,轮毂电机模型,驾驶员模型等,并用Carsim/simulink联合仿真验证了模型的准确性。其次,设计了基于加速度传感器的车速估计器,基于侧向动力学响应的扩展卡尔曼滤波器和基于高阶高增益滑模微分器的未知输入观测器(Unknown Input Observer,UIO)实现对网络化电动汽车车速、路面附着系数和质心侧偏角的估计。并用MATLAB/simulink进行仿真验证,结果证明了所设计的估计方法的有效性。之后,建立了网络化控制电动汽车的离散模型,分析了网络时滞产生的原因及其对汽车稳定性控制的影响,并进行仿真验证,仿真结果表明网络化时滞会引起汽车的横摆角速度、质心侧偏角以及轮毂电机输出转矩产生较大震荡。最后提出了一种基于动态效率矩阵分配算法(Dynamic Efficiency Matrix,DEM)的控制策略。分析了横摆角速度和质心侧偏角的对汽车稳定性的影响,并建立了基于d?-?相平面稳定区域判据。首先,控制算法引入三参数摩擦椭圆拟合函数来表示临界条件下的轮胎力耦合特性;然后考虑轮胎横向力对纵向力控制的影响,通过轮胎纵横向力椭圆的局部线性化,通过求解摩擦椭圆函数得到线性梯度;最后,利用实时变量生成动态效率矩阵,并设计了基于加权最小二乘(Weighted Least Square,WLS)的二次规划实现转矩分配。并利用Carsim/simulink联合仿真验证所提方案的有效性。


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