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分布式电驱动汽车运动控制系统设计

洪濡  
【摘要】:随着社会与科技的发展,在新的时代人们对汽车的环保性、节能性、动力性、安全性都提出了新的要求。分布式电驱动汽车作为未来电动汽车发展的一种重要形式,不仅具有传统电动汽车的环保以及节能特性,同时由于其独特的驱动形式使汽车的动力性能与主动安全性能大大提升。本文主要的研究工作主要包括四个方面,分别是:车辆动力学建模、车辆状态参数观测器设计、车辆直线行驶控制器设计、车辆转向行驶控制器设计。以分层建模的思路搭建分布式电驱动汽车的车辆动力学模型,主要由以下几个部分组成:驾驶员模型、转向系模型、电机模型、电动轮模型、轮胎模型以及车身动力学模型。通过Carsim与Matlab/Simulink设计相同实验工况,对比验证了车辆模型的准确性。根据无迹卡尔曼滤波算法建立了自适应线性轮胎侧向力模型,设计了基于轮胎侧向力离线参数匹配与实时校准侧偏刚度在线辨识的车辆侧向特性估计方法,提高了观测器在轮胎侧偏刚度状态突变下的自适应能力,提高算法的收敛能力。Carsim与Matlab/Simulink的联合仿真表明整个估计算法实现了车辆状态参数的准确估计,为车辆运动控制器开发提供准确的参数基础。建立分布式电驱动汽车直线行驶控制器,对各驱动轮的最优滑移率进行在线辨识,依据滑模变结构算法设计各驱动轮转矩计算方法,Carsim与Matlab/Simulink的联合仿真平台的实验验证控制算法实现了车辆最优滑移率的准确控制,提高了车辆的直线加速性能,降低了轮胎的磨损。利用分层设计的方法建立分布式电驱动汽车转向控制器,由运动控制层与运动分配层构成。运动控制层根据线性二次型最优控制器对目标直接横摆力矩进行计算,充分考虑了质心侧偏角以及横摆角速度的综合影响。运动分配层的设计充分考虑到了基于轮胎负荷率最小为原则的稳定性分配以及基于电机驱动效率的能量最优分配,将两种分配方式通过合理权重系数耦合在一起,实现运动控制性能的综合性提高。


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