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汽车主动前轮转向与直接横摆力矩协调控制方法研究

杨亚飞  
【摘要】:一直以来,主动安全都是汽车行业的热点。随着底盘系统越来越庞大,系统之间的耦合问题也变得越来越严重,通过底盘集成控制不仅能够解决车辆动力学之间的干涉,还可以优化整车行驶性能。且在环保和能源问题日益加剧的环境下,人们对电动汽车的喜爱逐渐增加。相比传统汽车,电动轮驱动电动汽车具有能够独立控制各车轮转矩的独特优势,更有利于底盘各系统集成控制。车辆主动前轮转向(AFS)和直接横摆力矩(DYC)也是汽车未来发展方向,两者在电动汽车上集成具有实际工程意义。本文以轮毂电机驱动电动汽车为研究对象,针对AFS和DYC两个子系统在某些工况下会有耦合干涉问题,分别建立AFS和DYC控制器。利用相平面法对车辆稳定性进行分析,搭建两者协调控制器,设计协调控制策略,对子系统进行权重分配,以此改善行驶车辆的安全稳定性能,主要研究内容如下:1、对CarSim内无电动轮驱动汽车模型,需对传统车辆模型进行改进,包括车体参数、传动系统、悬架系统以及轮胎模型,并对所改进模型与原模型进行仿真对比验证,确保其正确性,能够用于后续研究。2、基于AFS的汽车稳定性分析,搭建UniTire轮胎模型,设计非线性全维状态观测器,主要对车辆质心侧偏角进行估计,在此基础上利用滑模变结构控制理论搭建AFS控制器并对其抖振进行处理,利用CarSim/Simulink设置角阶跃和双移线工况对其进行验证,结果证明了该控制策略的有效性。3、利用模糊滑模理论设计双层DYC控制器,上层得到维持车辆稳定所需要的总的横摆力矩,下层为力矩分配器。通过β-(?)相平面法对车辆稳定性进行分析,根据车速、前轮转角及路面附着系数对车辆稳定性的影响确定相平面稳定边界,并对控制区域进行划分,利用模糊控制理论对边界进行求解,基于此设计协调控制器。通过CarSim/Simulink联合仿真,对比AFS单独控制、DYC单独控制和两系统协调控制时的稳定性控制效果,证明本文设计的AFS和DYC协调控制策略相较两子系统单独控制,能够使车辆控制在更加安全范围内,稳定效果更好。


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