[分布式驱动电动汽车动力学控制]基于转矩协调分配的分布式驱动电动汽车稳定性控制

A hierarchical vehicle-stability-control method was presented based on the longitudinal force distribution optimization for the handling and stability control of the distributed-driven electric vehicles. The eight-degree-freedom vehicle models and the three-layer control systems were developed. By selecting the sideslip angle and the yaw rate as the state variables and introducting the virtual control to decouple two control variables,  the integral 2-DOF vehicle models were adopted to calculate the equivalent yaw moments for the vehicle stability in upper controllers. The linear quadratic regulator （LQR） method was utilized to optimize the distribution of the front and rear steering angles and the tire longitudinal forces in middle controllers. The sliding-mode-based slip controller in the lower layer was also designed to reallocate the wheel torques. Simulation results show that the control system may make full use of the adhesion potential of the tire under high speed and extreme conditions, realize the coordinated distribution of wheel torques and improve the steering stability of the vehicles. When the actuators fail, the system may reconstruct effectively and realize the reallocation of control inputs to improve the safety of the vehicles.     

基于转矩协调分配的分布式驱动电动汽车稳定性控制

提出一种基于车轮转矩优化分配的层次化车辆稳定性控制方法,用于分布式驱动电动汽车的操纵稳定性控制。建立八自由度车辆模型,分三层设计控制系统,上层控制器以质心侧偏角和横摆角速度为状态变量,采用积分二自由度控制模型,引入虚拟控制解耦两控制变量,计算车辆稳定的等效横摆力矩;中层采用线性二次型方法,优化分配前后轮转向角和轮胎纵向力;下层控制器设计滑模滑移率控制器,完成定滑移率下的车轮转矩再分配。仿真结果表明,该控制系统在高速极限工况下能充分利用轮胎的附着潜力,实现车轮转矩的协调分配,提高车辆的操纵稳定性;当执行机构出现故障时,系统能有效重构并实现控制量再分配,提高车辆的安全性。     

基于能量法的分布式驱动电动汽车防侧翻控制

分布式驱动电动汽车具有优越的侧倾稳定性控制功能,但基于横向载荷转移率评价进行控制并不能充分发挥其技术优势。为提升该类车型恶劣工况下的防侧翻控制能力,针对当前侧翻评价指标的不足,开展基于能量转化评价的稳定性控制研究。针对该类车型的结构特点,建立车辆系统坐标系,借助欧拉旋转角法推导了整车在侧翻运动过程中动能、势能和耗散能的表达方程;通过计算车辆失稳能量阈值与车辆实时失稳能量,提出综合多因素的车辆稳定性评价指标;基于侧翻动力学模型设计出防侧翻滑模控制器;通过在分布式驱动系统力矩阈值范围内开展基于驱动轮力矩分配的差动驱动,实现了整车的防侧翻控制。研究表明,基于能量法制定的空间失稳评价指标相较于横向载荷转移率而言,更能准确、灵敏地反映整车侧倾运动状态的变化趋势,基于其设计的防侧翻控制方法通过主动分配两侧驱动力矩,削弱了相关能量转化,有效抑制了整车侧倾运动,显著提高了侧倾稳定性。     

分布式驱动电动汽车复合制动控制研究

针对分布式驱动电动汽车制动模式切换条件限制能量回收的问题,制定了一种制动工作模式切换条件,设计了一种复合制动控制策略,其中,制动转矩分配采用分层控制的方法,上层控制器计算需求制动力矩,选择制动工作模式,下层控制器根据制动控制策略分配各轮的液压制动力和电机制动力.在建立分布式驱动电动汽车复合制动模型的基础上,利用AMEs...     

[分布式驱动电动汽车动力学控制]电动汽车对开坡道双模耦合驱动控制

基于所发明的双模耦合驱动系统开展了电动汽车对开坡道通过性能提升研究。分析了该驱动系统在对开路面上的转矩输出特性以及通过性控制方案;根据驱动轮滑转率门限制定了变模控制触发判定规则;针对驱动电机在变模过程中的主动调速要求,设计了其模糊-PID控制器;根据变模执行机构电机的参考角位移曲线,设计了其预测函数控制器;通过与其他驱动模式的台架和实车试验对比,验证了系统转矩输出特性以及变模控制的实际效果。研究结果表明,双模耦合驱动系统的转矩输出特性符合电动汽车的技术需求,其灵活的变模控制功能大幅提升了车辆在对开坡道上的通过性能。     

基于状态反馈的分布式驱动电动汽车操纵性改善控制方法

研究分布式驱动电动汽车直接横摆力矩控制问题。提出基于状态反馈的操纵性改善控制策略：利用横摆角速度反馈改善车辆的横摆角速度瞬态响应,利用转向角前馈提高车辆的稳态横摆角速度增益。根据反馈系数对车辆瞬态响应特性的影响建立优化函数,获取不同车速下最优反馈系数。基于转向助力需求设计前轴差动转矩约束,再结合后轴的电动机外特性约束,获取不同车速下最大前馈系数。设计四轮转矩分配策略,在实现直接横摆力矩控制的同时满足驾驶员的加速需求。多工况下仿真验证表明,算法在改善横摆角速度的瞬态响应和稳态增益的同时可以减少转向盘力矩,降低驾驶员操作负荷;直接横摆力矩的引入有效地抑制了加速过程中的不足转向,平衡了前后轴的侧向附着利用率,提高了车辆的侧向稳定裕度。     

基于积分滑模控制的分布式驱动电动汽车横向稳定性研究

为满足分布式驱动车辆在不同行驶工况下的良好操纵稳定性需求,基于横摆角速度控制分别设计了侧重于改善车辆操纵性和横向稳定性的2种横向动力学控制目标。首先,根据可拓控制器设计2种横向动力学控制目标的动态权重系数,且以质心侧偏角和路面附着系数为调整参量进行实时动态调整;然后,利用积分滑模控制器计算出所需的附加横摆力矩并将其合理分配到4个独立驱动车轮进行驱动控制;最后,通过硬件在环试验平台进行试验分析,结果表明该控制策略能够很好地提高车辆操纵性和横向稳定性。     

分布式驱动电动汽车动力学控制发展现状综述

回顾分布式驱动电动汽车动力学控制问题。分布式驱动电动汽车的主要结构特征是将驱动电动机直接安装在驱动轮内或驱动轮附近,具有驱动传动链短、传动高效、结构紧凑等突出优点。电动机既是汽车的信息单元,又是快速反应的控制执行单元,且通过独立控制电动机驱/制动转矩容易实现多种动力学控制功能。分布式驱动电动汽车为驱动防滑与制动防抱死控制提供更迅速更精确的执行器,但其对状态估计的精度和控制算法的鲁棒性要求也进一步提高。分布式驱动电动汽车直接横摆力矩控制控制与传统的直接横摆力矩控制相比,涵盖从常规到极限的全工况范围,因此算法须对非线性的轮胎特性有更好的自适应性。差速、差动驱动助力转向和车身姿态等控制尚处于起步研究阶段。为解决多个动力学控制间的协调问题,集成控制成为分布式驱动电动汽车动力学控制的一个重要发展方向。     

[分布式驱动电动汽车动力学控制]轮毂电机驱动电动汽车的侧翻稳定性分析与控制

To figure out the non-linear relationship between the unsprung mass and rollover stability of in-wheel motor drive electric vehicles, the effects of the unsprung mass on rollover stability in different road excitations were analyzed and an anti-rollover control strategy was investigated. First, taking the characteristics of four-wheel independent drive into consideration, the rollover dynamics vehicle models including the active suspension were established, and the rollover index suitable for uneven road was determined. Next, taking an in-wheel motor drive SUV as an example, the effects of unsprung mass on the vehicle roll stability were verified respectively. Finally, hierarchical controllers were designed based on the distributions of the four wheels driving torques. And some simulation tests with typical manoeuvres were also conducted to evaluate the proposed control method. The results show that, the unsprung mass and the rollover stability form a normal distribution on flat road, however, once existing road excitation, there is complex coupling relationship among the effects of unsprung mass and rollover stability. With the hierarchical rollover prevention controller, the vehicle rollover maybe avoided effectively.     

分布式驱动电动汽车悬置系统设计

分布式驱动电动汽车是将多个驱动单元集成在轮边或轮内。从结构上分析,驱动总成具有传动链短、效率高的优点。从控制角度分析,分布式电驱动可实现制动防抱死ABS、驱动防滑ASR以及车辆稳定性控制。分布式电驱动系统的悬置设计是实现车辆减振抗噪的核心技术,研究分布式驱动总成悬置系统的设计和匹配方法。     

分布式驱动电动汽车关键技术分析

近年来,全球能源紧缺和环境污染问题已经成为世界性问题,传统的汽车属于高能耗、高污染的产业,全球汽车产业都开始积极探索新的发展道路,朝着电动化、智能化的方向发展。在这一背景下,电动汽车应运而生,分布式驱动电动汽车是电动汽车的一种,其关键技术研发一直都是许多汽车和工业专家研究的热点。     

[分布式驱动电动汽车动力学控制]基于多Agent的电动汽车底盘智能控制系统框架

To solve the problems that flexibility and scalability limitations of the traditional integrated chassis control frameworks and the traditional vehicles chassis control system was not suitable for distributed in-wheel motors drive electric vehicles, an intelligent chassis dynamic control system framework was proposed based on multi-Agent for four-wheel independent driving electric vehicles. And the functions and interrelations of layers were analyzed. Taking direct yaw-moment control Agent of underlying control layer as an example, the controller Agent model was designed. In the co-simulation environment including MATLAB/Simulink and Carsim, simulation tests were conducted with the conditions of front wheel steering angle step input. Simulation results show that the controller Agent model may achieve the desired objectives of dynamic control and improve the performances of lateral handling stability effectively, which lays the foundation for the proposed control framework.     

匹配机械弹性车轮的分布式驱动电动汽车稳定性控制

车辆的稳定性一直以来是车辆安全研究的重要问题,车辆在紧急变道或者避障等极端工况下非常容易失去稳定性。首先,根据车轮刷子理论,建立匹配机械弹性车轮(Mechanical elastic wheel,MEW)的纵向和侧偏力学模型。接着,为了深入研究装备MEW的分布式驱动电动汽车的横向稳定性,提出一种分层控制结构。为了提高滑模控制器的鲁棒性,上层控制器采用积分联合终端的滑模控制器,通过获得期望的横摆力矩来提高车辆的横向稳定性。在下层控制器中根据采用全轮纵向力轴载比例分配模式,以前、后轴载估计值为比例分配各轴总的驱动力与横摆力矩。建立匹配MEW的车辆动力学模型,通过Carsim和Matlab/Simulink联合仿真对分层控制结构进行了多种复杂工况下的验证。仿真结果表明,提出的控制算法能够有效地提升装备MEW车辆的横向稳定性。     

电机驱动力调节的电动汽车驱动防滑系统

为了在小型、没有装备液压防抱死系统的电动汽车上实现驱动防滑功能,采用路面自动识别与经验目标值相结合的方法确定目标滑转率,应用积分分离型PID控制算法控制驱动电动机输出转矩,开发了纯电动机控制的驱动防滑系统。在均一路面、对接路面、对开路面以及棋盘路面上进行了电动汽车驱动加速仿真实验。结果表明,开发的驱动防滑系统能够快速、准确地把驱动轮的滑转率控制到目标的滑转率附近,仿真验证了控制算法和控制策略的有效性。     

基于自适应扩展卡尔曼滤波的分布式驱动电动汽车状态估计

纵向车速和质心侧偏角是车辆主动安全控制系统的关键参考状态信号,通常采用卡尔曼滤波算法估计。当系统噪声和测量噪声的统计特性存在不确定性时,不仅估计精度会降低,甚至导致估计器发散。结合分布式驱动电动汽车4个车轮转矩和转速可直接测量的特点,提出一种车辆状态自适应扩展卡尔曼滤波估计方法。基于量纲一化新息平方实现车辆状态估计有效性检测,提出滑动窗口长度自适应调整规则;根据新息统计特性提出卡尔曼滤波增益和状态估计误差协方差矩阵的自适应调整策略,及基于车辆状态估计稳态误差和动态响应速度的自适应参数确定原则。数值仿真和试验证明,所提出的车辆状态估计方法,不仅估计精度较高,而且实时性和易用性较强。     

[分布式驱动电动汽车动力学控制]四轮驱动电动汽车多Agent能量管理体系研究

In order to explore the energy flow relationship of each electricity system of 4WD electric vehicles, a framework of energy managements for 4WD electric vehicles was structured based on multi-Agent system, and details of this framework were described. A mathematical model of multi-Agent system for energy managements was built with a decision-planning layer based on state transition and transferable belief model. The models of multi-Agent system for energy managements were built in Netlogo, and the energy configuration status was simulated under the rapid acceleration working conditions of electric vehicles using Netlogo. It indicates that the framework of the built energy management multi-Agent system may adjust the energy distribution weights of each Agent dynamically, and the energy allocation of each Agent maybe coordinated reasonably on the premise of satisfying dynamics requirements.     

分布式驱动电动汽车驱动控制技术研究现状与发展

主要叙述了分布式驱动电动汽车的主要结构及其具有的优势,在此基础上对电子差速、横向稳定控制、多目标协调集成控制等驱动技术的研究现状作出了相关阐述,并对分布式驱动电动汽车驱动控制技术目前的研究热点、存在的问题及发展趋势进行了分析。     

分布式驱动电动汽车直驶稳定性的仿真分析

本文对轮毂电机进行了选型,应用Carsim和Simulink建立了包括速度控制模块在内的分布式驱动电动汽车的仿真模型,对前驱、后驱和四驱三种驱动方式在低附着系数路面上进行了仿真分析。结果表明在低附着系数路面上,后驱模式直驶稳定性相对较好。     

电动汽车分布式驱动系统的台架试验研究

掌握分布式驱动系统的转矩输出特性是制定分布式驱动汽车整车控制策略的基础。利用专门搭建的双路测试平台对研制的双电机分布式驱动系统进行了台架试验研究,考察了其转矩输出能力和不一致程度。试验结果表明,分布式驱动系统大部分工况下可以保证转矩输出的精确性和一致性,但在极限工况下还存在明显差异。因此,对于分布式驱动电动汽车,正常工况下直接根据整车稳定性需求进行驱动转矩分配即可,但极限工况下必须采取一定的结构和控制措施来保障行车安全。     

电动汽车驱动电机控制设计

驱动电机控制是电动汽车开发中关键环节,采用专业电机控制芯片控制驱动电机可实现对驱动电机可靠、高效地转速控制。提出了基于专业电机控制芯片HCTL-1100的驱动电机控制设计方案,介绍了电机控制硬件电路设计和转速控制设计,提高了驱动电机控制硬件电路的安全可靠性及驱动电机转速控制的快速性和精确性,保障和提升了电动汽车驾驶性、动力性、安全性等性能。