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四轮独立电动汽车四轮转向研究及试验平台搭建

陈国栋  
【摘要】:当今世界环境和能源不停地拨动着人们的心弦,尤其是近年来雾霾问题愈发严重,新能源汽车逐渐成为汽车行业研究的重点。四轮独立电动汽车除了拥有电动车节能环保等优点外,还具有更高的操纵自由度,可以实现横行、斜行和原地转向等特殊模式,增加了汽车的机动性,改善了汽车的操纵稳定性。本文研究了四轮转向控制,并搭建了四轮独立电动汽车实验平台。本文的主要工作如下:首先,分析车辆动力学特性,建立了线性二自由度车辆模型,在此基础上引入轮胎非线性特性,建立车辆非线性模型。分析了常用的前馈控制和比例横摆角速度反馈控制,提出了这它们的不足。其次,针对两种常用线性四轮转向控制的缺陷,建立车辆理想转向模型,引入线性二次型最优控制理论设计控制器,实现主动四轮转向。仿真结果表明,基于最优控制的主动四轮转向不仅能够控制车辆的质心侧偏角为零,还能很好地跟踪理想横摆角速度,提高了车辆的操纵稳定性。再次,在线性二自由度四轮转向的基础上,考虑到轮胎的非线性以及四轮转向的独立性,引入模糊控制,设计了基于质心侧偏角和横摆角速度反馈的非线性四轮独立转向模糊控制器。仿真结果表明基于模糊控制的四轮独立转向能够反映汽车的实际运行状态,在保证质心侧偏角为零的基础上,在低速下提高了车辆的操作性,高速下提高了车辆的稳定性。最后,参考国内外试验平台的研究成果,分析比较了三种试验平台并选择一种作为最终的平台结构。对四轮独立电动汽车试验平台进行总体设计,根据平台设计的目标,选择系统的各个参数并分析常见工况下的受力情况。最后介绍了平台的各个子系统,并在平台上进行了简单的工况测试。


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