分布式驱动电动汽车转矩分配策略研究

针对分布式驱动电动汽车的稳定性控制问题,首先设计了基于卡尔曼滤波算法的质心侧偏角观测器以解决车辆质心侧偏角难以获取及准确性问题,其次针对车辆转矩分配策略提出了一种分层控制策略.上层控制器利用滑模变控制结构计算车辆维持稳定时所需主动横摆力矩大小,下层控制器利用主动横摆力矩结合整车动力学模型构建以最小轮胎负荷率为目标的约束矩阵,并采用粒子群算法进行转矩优化分配.在Matlab/Simulink仿真环境下进行仿真分析,搭建了七自由度整车模型、二自由度线性模型以及魔术轮胎模型,仿真结果表明车辆可以很好地跟随侧偏角、横摆角速度期望值,并具有较低的轮胎负荷率,证明了该控制策略的有效性.     

纯电动汽车横摆力矩滑模控制

建立了七自由度整车模型和非线性轮胎模型,通过线性二自由度车辆模型得到车辆质心侧偏角和横摆角速度的理想值。基于滑模变结构控制理论,以汽车质心侧偏角和横摆角速度为控制变量计算出车辆总的需求横摆力矩。采用二次规划法,根据总的需求力矩对车辆各个车轮进行转矩分配,实现车辆稳定性行驶。典型阶跃工况仿真验证了控制算法的有效性。     

汽车电子稳定控制系统的分层控制策略及试验

为了提高车辆在复杂工况下的稳定性能,设计了基于分层控制的电子稳定控制系统(ESC)。系统的上层控制器以横摆角速度和质心侧偏角为控制变量,采用模糊PID算法计算出车辆维持稳定所需的横摆力矩;下层控制器根据上层输出的所需横摆力矩计算得出被控车轮的滑移率变化量,然后采用变参数PID算法对车轮进行滑移率控制,从而实现车辆所需的横摆力矩。最后,应用Matlab/Simulink验证了该控制算法的有效性,并将该算法移植到单片机做冬季实车场地试验,单移线和双移线工况试验结果表明了该算法的工程实用性。     

可实现车辆稳定性控制的滑模变结构策略

针对横摆角速度及质心侧偏角在车辆稳定控制中的重要作用,提出一种分层结构,在上层系统采用滑模变结构策略对汽车稳定性进行操纵。参考二自由度车辆模型计算控制变量名义值,针对横摆角速度及质心侧偏角偏差和偏差导数,设计汽车稳定操纵系统,由控制参量决策出最优附加横摆力矩。利用李雅普诺夫判定方法判断所设计的闭环系统的稳定性。试验结果表明,本文设计的滑膜变结构控制器在紧急工况下能够明显改善车辆稳定性能,提高行车安全。     

电动汽车驱动力分层控制策略

为了提高两后轮独立驱动电动汽车的操纵稳定性,提出一种驱动力分层控制策略.该分层控制策略包括车辆动力学模型设计层、补偿横摆力矩制定层和驱动力分配层,将车辆横摆角速度和质心侧偏角的实际值与理想值的偏差作为控制量,利用模糊算法计算得出两侧车轮的驱动力矩.在前期仿真验证的基础上进行实车快速控制原型试验,验证控制策略的实车控制效果.试验结果表明,设计的驱动力分层控制策略在过弯时能够对驱动轮转矩进行合理分配,在不影响车辆动力性的同时,提高车辆的操纵稳定性.     

四轮转向的模型预测控制研究

为了提高汽车转向时的操纵稳定性,在Matlab/Simulink建立一种模型预测仿真模型,通过控制质心侧偏角与横摆角速度的权重分配,实现不同车速工况下的转向性能要求。仿真结果表明:与横摆角速度反馈相比,采用模型预测控制的四轮转向系统在低速情况下能很好地跟踪理想横摆角速度,贴合前轮转向的驾驶习惯;在高速情况下质心侧偏角响应迅速且达到理想质心侧偏角,提高高速时的操纵稳定性。     

基于线性估计模型的电动汽车质心侧偏角估计

质心侧偏角估计是车辆稳定性控制系统中的关键技术和难点,针对电动汽车,本文充分利用车轮上的驱动力矩和制动力矩信息,计算出了轮胎上的纵向力。并将轮胎侧向力用纵向力和侧偏角表示或进行局部线性化。这样可以将二自由度车辆模型简化为以侧向速度为状态的线性估计模型,用于电动汽车质心侧偏角的估计。仿真结果表明:基于线性估计模型的质心侧偏角估计器的估计精度较高,对路面摩擦因数的依赖程度小,并且计算简单,可以应用于车辆的稳定性控制系统中。     

变载荷工况下的轮胎动力学性能试验仿真

针对变载荷下汽车轮胎动力学特性的复杂性,运用魔术公式轮胎模型对纵向力、侧向力以及回正力矩与纵向滑移率、侧偏角、垂直载荷的关系等轮胎特性进行了分析.用Matlab软件对魔术公式进行动力学仿真,研究了不同垂直载荷下的纵向力、侧向力、回正力矩和相同垂直载荷不同外倾角下的侧向力、回正力矩;分析了联合工况下的制动力和侧向力纵向滑移率的关系.试验结果表明:魔术公式轮胎动力学模型能够很好地模拟轮胎的动力学特性;一定载荷的增加,影响了纵向滑移率与纵向力、侧偏角与侧向力、侧偏角与回正力矩关系的因子数,提高了车辆的稳定性和操纵性.     

大客车防侧滑主动前轮转向控制研究

大客车的底盘长宽比大,高速侧滑甩尾时,轮胎纵向力控制产生的横摆力矩有限,纠摆效果不佳,容易发生死伤惨重的侧翻事故,为此,提出一种大客车防侧滑主动前轮转向滑模控制策略.基于线性轮胎与非线性轮胎侧偏力的偏差进行轴侧向力饱和估计,对大客车侧滑状态进行准确预判.采用等效控制加切换控制设计防侧滑主动前轮转向滑模控制器,通过引入一个虚拟中间变量,对横摆角速度与质心侧偏角综合反馈控制进行简单解耦,简化一类欠驱动控制系统设计.应用Matlab/Simulink建立大客车防侧滑主动前轮转向控制系统模型并进行仿真分析,结果表明,所提出的控制策略能对大客车侧滑甩尾进行有效控制,具有较强的鲁棒性,并提高了对期望轨迹的跟踪性能.     

汽车稳定性控制中横摆力矩决策的LQR方法

综合跟随理想横摆角速度的方法和抑制汽车质心侧偏角的汽车稳定性控制方法,提出了一种新的最优控制方法。以线性二自由度车辆操纵特性模型为控制目标,基于汽车横摆力矩与车辆状态偏差之间的动力学关系建立了控制系统模型。采用线性二次型调节器(LQR)方法进行了汽车横摆力矩的决策,实现了汽车稳定性控制。在硬件与驾驶员在环仿真试验台上的试验验证了LQR方法的控制性能。     

基于电控液压制动系统的车辆稳定性控制策略

针对带有电控液压制动(EHB)系统的乘用车进行研究,提出了一种新的稳定性控制策略。首先利用模糊推理的方法分别对横摆角速度偏差和质心侧偏角速率的门限值进行确定,然后利用逻辑门限PI控制方法计算出附加横摆力矩,最后在EHB系统上对附加横摆力矩加以实现。另外,还采用模糊PI自整定算法对EHB系统轮缸的目标压力进行优化控制。仿真及实验结果表明:模糊PI自整定算法在EHB的整个工作区段都具有良好的控制效果;当车辆在转向过程中失去稳定时,本文所提出的控制策略能够及时地对车辆进行稳定性控制,提高了车辆在行驶过程中的安全性。     

基于三步法的汽车主动四轮转向控制

为了提高线控主动四轮转向汽车的主动安全性、操纵稳定性,将三步法控制策略应用于线控主动四轮转向车辆控制问题中,以跟踪参考模型输出为控制目标设计了三步法控制器。该控制器由类稳态控制、考虑参考变化的前馈控制和状态相关的误差反馈控制3部分构成。通过对线控主动四轮转向汽车的前、后轮转角进行控制,保证实际的车辆质心侧偏角和横摆角速度对理想的质心侧偏角和横摆角速度的状态跟踪。采用非线性八自由度汽车模型对控制器的有效性进行验证。仿真结果表明:所设计的控制器能够跟踪上理想模型输出值,提高了线控主动四轮转向汽车的操纵稳定性。     

混合动力汽车稳定性控制硬件在环仿真研究

建立混合动力汽车硬件在环仿真系统,研究在各种路面状况下的汽车稳定性控制算法。控制算法包括再生制动和液力制动之间的制动力矩分配、车轮滑移率的滑模控制等。在设计的混合动力汽车稳定性控制硬件在环仿真系统中,选取稳定性控制器和执行器(如制动轮缸、驱动电机)为实物,而汽车(受控对象)的运行状态由计算机仿真。仿真结果表明,基于再生制动、液力制动和滑移率联合控制的车辆稳定性控制算法能够在各种路面条件下提高制动性能,如缩短制动距离、减小侧偏角和横摆角速度的误差。     

电动汽车稳定性控制中的车体侧偏角观测器研究

采用轮毂电机独立驱动的电动汽车可采用直接横摆力矩控制(Direct Yaw-moment Control,DYC)等稳定性控制,而车体侧偏角(简称β角)是稳定性控制中的重要参数.直接测定车体侧偏角的传感器相当昂贵,所以需要从能够容易测得的参数来进行车体侧偏角的推测.Hori研究室设计了一种用于β角推测的观测器,并充分考虑了车辆运行工况变化所引起的系统模型参数变化,进行了观测器鲁棒性设计以及轮胎侧偏刚度在线辨识,使观测器具备了足够的鲁棒性来克服大的模型误差影响,试验结果证明了该观测器的有效性.     

四轮转向汽车后轮转角控制因子控制效果研究

采用汽车的“自行车”模型,建立了四轮转向汽车的数学模型,在MATLAB／Simulink环境下搭建仿真模型,对四轮转向汽车的前轮转角输入控制因子和横摆角速度反馈输入控制因子对汽车操纵稳定性的影响进行了仿真分析．研究表明,两控制因子均能显著降低汽车质心侧偏角和侧向加速度,提高车辆操纵稳定性,但同时又降低了车辆的横摆角速度,降低了驾驶员的转向感觉;横摆角速度反馈输入控制因子对汽车质心侧偏角的影响还表现出了二重性,在四轮转向设计阶段应根据具体情况合理选取两控制因子．     

基于滑模控制的4WS汽车闭环操纵稳定性研究

针对主动四轮转向的4WS汽车操纵稳定性问题,基于滑模变结构控制原理设计了4WS控制器,用于跟踪期望横摆角速度和期望质心侧偏角;同时,为了构建人车路闭环控制系统,对真实汽车驾驶员的预瞄决策机理进行了分析研究,建立了基于方向预瞄的驾驶员模型;最后,结合汽车8DOF非线性模型对人车路闭环控制系统进行了仿真研究。仿真结果表明:设计的4WS控制器能够很好地实现对期望横摆角速度和期望质心侧偏角的跟踪控制;同时,基于方向预瞄的驾驶员模型也能很好地用于汽车的操纵稳定性控制。     

基于信息融合技术的汽车状态估计算法

以信息融合技术为基础,根据状态估计理论,对汽车的纵向速度、横摆角速度和质心侧偏角进行了估计。仿真计算与场地实验结果对比表明,应用该方法可以有效地解决汽车纵向速度、横摆角过度和质心侧偏角的测量问题。     

四轮转向车辆转向特性研究

为了准确研究四轮转向车辆转向特性,基于Matlab建立了三自由度4WS模型.以该模型为基础,以稳态质心侧偏角为零为控制目标,推导了三自由度4WS车辆的横摆角速度增益和转向特性的稳定性因素公式.并分析了质心位置、簧载质量、轮胎侧偏刚度、悬架侧倾角刚度等结构参数对四轮转向车辆转向特性的影响.仿真结果表明,质心位置、簧载质量、轮胎刚度以及前后悬架侧倾转向系数差的改变都会对4WS车辆的转向特性产生较大影响,其它车辆结构因素则几乎不会对4WS车辆的转向特性产生影响.     

侧向风干扰下的汽车主动前轮转向最优控制

侧向风对汽车行驶操纵稳定性有重要影响.通过分析侧向风干扰下车辆稳定性,提出基于主动前轮转向(active front wheel steering,AFS)的控制策略.AFS控制器采用线性二次型最优控制算法,以实现横摆角速度和质心侧偏角目标值跟踪.为了评价控制算法,基于MATLAB/Simulink和CarSim协同仿真环境建立整车动力学模型、单点预瞄驾驶员模型、控制器模型、道路和侧向风模型.仿真结果表明,AFS可有效提高车辆在侧向风干扰下的操纵稳定性,且控制算法对车速和路面附着系数具有良好的鲁棒性.     

基于状态反馈的车辆底盘集成H_∞鲁棒控制

采用二自由度车辆模型作为被控对象简化模型,提出了一种基于状态反馈的H_∞鲁棒控制方法的车辆底盘集成控制策略,协调控制主动前轮转向系统和直接横摆力矩控制系统。直接横摆力矩控制系统基于HSRI轮胎模型的逆运算和PI控制实现。通过J-turn工况和正弦延迟工况对H_∞鲁棒控制器进行仿真验证,结果表明,所设计的车辆底盘集成H_∞鲁棒控制器具有良好的控制效果,能够明显地改善车辆的操纵稳定性。