车辆动力学与控制研究进展

从车辆纵、横、垂向动力学三个方面,结合电动汽车、智能网联等热点问题,介绍了目前车辆动力学与控制领域的研究成果.车辆纵向动力学方面包括车辆传动系统换挡控制、制动系统的设计与控制以及车辆状态的参数估计;车辆横向动力学方面涉及车辆转向系统设计与横向稳定性控制;车辆垂向动力学方面包括悬架系统的优化设计与半/主动控制.专刊研究成果涉及车辆动力学与控制方向的多种问题,可为今后开展相关研究提供参考.     

考虑铁损的电动汽车用永磁同步电机Hamilton镇定控制

电动汽车用永磁同步电机(PMSM)工作于有限能量供电条件下,其铁损对驱动系统的影响不容忽略.对此,首先推导了考虑铁损的PMSM完整动态数学模型,并建立了其端口受控Hamilton模型;然后利用互联和阻尼配置及能量整形方法实现了考虑铁损的PMSM驱动系统的Hamilton镇定控制;最后分析了阻尼参数和铁损对电机转速的影响.仿真结果表明,Hamilton控制可实现系统的快速镇定;系统可有效抑制负载扰动;考虑铁损有助于提高电动汽车PMSM驱动系统的控制性能和控制精度.     

电机驱动驻车系统的非线性自抗扰控制

电机是电动汽车的动力源,能快速启动,并通过矢量控制技术精确控制输出转矩.本文针对电动汽车电子驻车系统制动问题,提出了一种采用自抗扰控制技术驱动电机实现驻车制动的有效方法.为此分析了车辆在坡道上的纵向运动学模型,结合电机数学模型和整车模型,设计了电动汽车电子驻车非线性自抗扰控制器,并搭建了闭环仿真模型.仿真结果表明,自抗扰控制系统响应性能明显优于PID控制,最后通过实验,验证所设计的控制方案对驻车过程内外扰动具有较强的鲁棒性,能够实现驻车过程快速有效制动.     

轨道车辆动力学与控制研究进展

作为动力学与控制学科的一个分支,车辆动力学与控制方向的研究近年来一直很受重视。轮轨式轨道车辆在基础研究、技术攻关和产品研发等领域不断取得重要进展,这得益于近20年来我国轨道交通领域的快速发展和国家科技部门的大力支持。本文从我国轮轨式轨道车辆的发展趋势、特点和运营过程中遇到的主要问题等研究角度出发,重点介绍了轨道车辆的载荷分析与减振降噪方法,轨道车辆动力学建模、计算方法和新型结构的动态设计,以及轨道车辆关键旋转部件的状态识别等三个方面的研究成果。这些成果在一定程度上反映了作者们目前所关注的问题和拟解决途径,希望能给轨道车辆动力学与控制领域的其他研究者们提供一些借鉴和参考。     

纯电动汽车转矩控制策略及仿真

研究纯电动汽车转矩优化控制问题.针对传统纯电动汽车转矩控制方法存在控制模式单一、动力性和经济性较差等缺点,提出驱动模式识别的纯电动汽车转矩优化控制方法.将整车驱动行驶时工作模式划分成三种驱动模式,建立了驱动模式模糊识别器.根据驱动模式识别结果,运用线性计算、转矩补偿和动力总成效率寻优方法分别制定了三种驱动模式下的转矩优化控制策略.仿真结果表明,所研究的转矩优化控制方法能准确识别驱动模式,优化了整车驱动转矩,显著提升了整车的动力性和经济性.     

电动汽车电子差速控制技术研究综述

首先, 阐述电动汽车(Electric vehicle, EV)驱动系统的布置结构以及差速控制的原理和优缺点, 并介绍用于电子差速控制(Electronic differential control, EDC)的Acekermann转向模型和3自由度整车动力学模型, 进而剖析非线性扰动和整车模型的设计理念; 其次, 重点综述电动汽车分布式驱动结构的电子差速控制策略、多机抗扰控制及优化算法的相关研究成果, 并从成果走向、局限性及可能的发展空间分析其发展态势; 最后, 从整车模型、控制策略、抗扰算法和效果验证等四个方面, 总结电动汽车电子差速控制技术的现状, 并展望未来发展可能.     

轮毂电机驱动电动汽车各轮毂电机扭矩分配算法的仿真和评价

为精确控制轮毂电机驱动电动汽车各轮毂电机的扭矩,获得更好的车辆动力学控制性能,利用Matlab／Simulink对再分配伪逆算法（Redistributed Pseudo—Inverse algorithm,RPI）、层叠广义逆法（Cascading Generalized Inverse algorithm,CGI）和加权最小二乘法（Weighted Least-Squares algorithm,WLS）进行数值仿真,对这3种算法从计算速度、迭代次数和计算精度等方面进行对比分析与评价,结果表明WLS综合性能最优．     

双电机独立驱动履带车辆转向特性研究

研究电传动履带车辆在不同转向工况下对驱动电机输出特性需求问题,针对目前常用的双电机独立驱动模式,车辆直驶和转向行驶均通过两侧电机转速/转矩的变化来实现,为有效的控制两侧电机完成预期转向,提高转向稳定性,首先采用运动学和动力学方法对车辆瞬态转向进行了分析,借助动力学分析软件RecurDyn/Track-HM和控制系统分析软件Matlab/Simulink仿真平台,建立了整车多体动力学模型和控制系统模型,然后对车辆转向特性进行了多工况协同仿真分析.结果表明,不同转向工况对驱动电机输出特性需求不同,瞬态转向受转向角速度变化率影响较大,稳态转向主要取决于转向半径大小,为制定合理的控制策略提供了依据.     

RBF整定PID在永磁同步电机控制中的应用研究

电动汽车驱动电机具有非线性、时变性和耦合性等特性。为解决常规比例积分微分(PID)控制在电动汽车上下坡或负载发生变化等情况下控制效果不理想的问题,对电动汽车中永磁同步电机的驱动控制系统进行了研究。基于径向基函数(RBF)神经网络在电机控制领域的应用现状,利用RBF神经网络在线整定PID控制参数的方法,改善控制器对电动汽车驱动电机的控制效果。分析了永磁同步电机在电动汽车中的应用特性,建立了电动汽车中永磁同步电机的离散数学模型。通过Matlab仿真,验证了RBF神经网络在永磁同步电机等非线性系统中应用的可行性,并分别在RBF在线整定PID控制和常规PID控制两种情况下进行电机的调速控制仿真试验。试验结果表明,相比常规PID控制,RBF在线整定PID控制具有更好的实时性、抗干扰能力以及自适应能力,能够有效提高电动汽车行驶的稳定性。     

自主车队的非线性建模与控制

针对自主式车队建模与控制这一重要课题,建立了包含路面坡度和风力因素的非线性车辆动力学模型,进而基于反馈线性化方法提出一种对坡度和风速变化具有一定适应能力的非线性PID控制算法,并给出了一种可以克服燃油和传输延时的控制器设计方法以及可允许的延时上限.所得的非线性模型在很大程度上完善了现有的车辆动力学模型.仿真实验表明,该控制方法不但可实现车队的稳定运行控制,而且使车队控制效果大大改善.     

混合动力电动汽车的跟车控制与能量管理

混合动力电动汽车(Hybrid electric vehicles,HEVs)的能量管理问题至关重要,而混合动力电动汽车的跟车控制不仅涉及跟车效果与安全性,也影响着能量的高效利用.将HEVs的跟车控制与能量管理相结合,提出一种基于安全距离的HEVs车辆跟踪与能量管理控制方法.首先,考虑坡度、载荷变动建立了HEVs车辆跟...     

插电式混合动力汽车车速预测及整车控制策略

本文针对插电式混合动力汽车(plug-in hybrid electric vehicle,PHEV)这一典型混杂系统,提出了一种基于车速预测的混合逻辑动态(mixed logical dynamical,MLD)模型预测控制策略.首先,通过对发动机和电动机能量消耗模型进行线性化,建立双轴并联插电式混合动力城市公交车的动力传动系统数学模型;其次,运用模糊推理进行驾驶意图分析,提出基于驾驶意图识别和历史车速数据相结合的非线性自回归(nonlinear auto-regressive models,NAR)神经网络车速预测方法进行未来行驶工况预测.然后,以最小等效燃油消耗为目标建立PHEV的混合逻辑动态模型,运用预测控制思想对车速预测时域内最优电机转矩控制序列进行求解.最后,通过仿真实验验证了本文所提出控制策略在特定的循环工况下与电动助力策略相比,能够提高燃油经济性.     

Integrated modeling and analysis of dynamics for electric vehicle powertrains

Powertrain of an electric vehicle (EV) is a compound system with an electrical sub-system, such as batteries, inverters, and electrical motors, as well as a mechanical sub-system, including transmissions, differential, and wheels. Since the electrical systems directly affect the vehicle driving performance and dynamics of an EV, integrated modeling considering both the mechanical and electrical systems is essential to assess ultimate kinetic and dynamic characteristics of an EV in terms of input electrical quantities. In this paper, an entire analytic model for the powertrain of EVs is developed to describe EV dynamics with respect to electrical signals, in consideration of both mechanical and electrical systems. Theoretical models based on mathematical expressions, combining the mechanical power system and the electrical power systems, are derived for predicting the final vehicle driving performance as a function of electrical quantities. In addition, a Matlab model of an EV is developed to verify the derived mathematical analysis model. Based on the theoretical model of the powertrain, a variety of relationships between electrical quantities and vehicle dynamics, such as velocity, acceleration, and forces of the EVs, are finally investigated and analyzed.     

基于负时滞控制有效性的车辆坡道预见性驾驶

本文提出车辆坡道行驶的预见性时滞控制有效性概念,建立基于负时滞控制有效性的车辆坡道预见性驾驶的动力学控制模型,给出稳定控制的有效性判据.根据有效性控制理论,推导坡道前变速行驶的动力学特征方程,得到上坡和下坡预见性驾驶有效性控制参数范围.仿真结果表明,控制系统的有效性控制参数由不等式交集组成,与转弯系数、风阻系数和负时滞有关.选取合适的控制参数和时滞,有效设计冲坡(下坡)速度,减少油耗,实现无人驾驶车辆的生态驾驶.     

Battery swap station location-routing problem with capacitated electric vehicles

In this paper, we present an electric vehicles battery swap stations location routing problem (BSS–EV–LRP), which aims to determine the location strategy of battery swap stations (BSSs) and the routing plan of a fleet of electric vehicles (EVs) simultaneously under battery driving range limitation. The problem is formulated as an integer programming model under the basic and extended scenarios. A four-phase heuristic called SIGALNS and a two-phase Tabu Search-modified Clarke and Wright Savings heuristic (TS-MCWS) are proposed to solve the problem. In the proposed SIGALNS, the BSSs location stage and the vehicle routing stage are alternated iteratively, which considers the information from the routing plan while improving the location strategy. In the first phase, an initial routing plan is generated with a modified sweep algorithm, leading to the BSSs location subproblem, which is then solved by using an iterated greedy heuristic. In the third phase, the vehicle routes resulting from the location subproblem are determined by applying an adaptive large neighborhood search heuristic with several new neighborhood structures. At the end of SIGALNS, the solution is further improved by a split procedure. Compared with the MIP solver of CPLEX and TS-MCWS over three sets of instances, SIGALNS searches the solution space more efficiently, thus producing good solutions without excessive computation on the medium and large instances. Furthermore, we systematically conduct economic and environmental analysis including the comparison between basic and extended scenarios, sensitivity analysis on battery driving range and efficiency analysis about the vehicle emissions reduction when EVs are used in the logistics practice.     

Nonlinear cascade strategy for longitudinal control in automated vehicle guidance

This paper deals with automatic control design for automotive driving with a special focus on the longitudinal control. The automotive vehicle is a complex system characterised by highly nonlinear longitudinal and lateral coupled dynamics. Consequently, the control design for automated driving should deal with both of these dynamic couplings. Indeed, the longitudinal control plays an important role in the automated guidance to ensure safety and comfort of automotive passengers. In this work, a nonlinear cascade longitudinal control based on inner and outer-loops design is proposed. The lateral control is handled following a model predictive approach ensuring the automated steering of the vehicle. Finally, the nonlinear longitudinal control is integrated with the lateral control in a whole architecture to perform a coupled longitudinal and lateral control. The effectiveness of the automated driving strategy is highlighted through simulation results.     

High order sliding mode control for hybrid vehicle stability

This paper tackles the problem of driving stability for a hybrid vehicle. A rear electric motor has been added to the vehicle driveline and the positive/negative torque generated by this motor affects the driving conditions. The vehicle stability control is addressed using high order sliding modes (HOSMs) control and observation techniques. Two cases are studied: yaw stability and traction control. The proposed controllers preserve the system’s safety under undesirable rear motor effects, at the same time, they cope with vehicle uncertainties. The feasibility of this platform was tested in a vehicle simulator.     

电动车驾驶机器人控制器参数自学习方法研究

针对人工驾驶和现有的机械式驾驶机器人在电动车续驶里程试验中存在成本高、耗时长和错误率高的问题,利用电动车结构和控制上的独特性,依托自行设计的电动车转毂驾驶机器人,采用电信号完成对车辆的控制。为了提高系统适应性,采用非线性最小二乘法实现电动车模型参数的在线辨识;并基于粒子群算法对车辆PID控制器参数进行在线整定,从而完成对任意设定工况速度曲线的跟随。实车试验表明,提出的方法能实现加速踏板的平滑控制,且控制重复性高,完全可以代替驾驶员进行电动车续驶里程试验。     

电动汽车直接转矩控制系统仿真

通过MATLAB/SIMULINK软件对电动汽车直接转矩控制系统进行动态仿真，分析其动态性能指标，建立了系统仿真模型。验证了电动汽车直接转矩控制系统可以较为理想地完成电动汽车驱动系统的要求。