8×8轮毂电机驱动车辆转向稳定性控制策略研究

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转向稳定性是事关车辆行驶安全的重要性能指标之一,在民用轿车中有电子稳定性控制等系统对车辆的操纵稳定性进行控制。但对于8×8轮毂电机驱动车辆而言,由于驱动形式、车辆结构及用途的改变,相应的控制系统尚不成熟,有必要对该类型车辆的转向稳定性控制策略及优化方法展开研究。本文对车辆转向相关的各子系统进行了动力学分析,建立了车辆的二十三自由度动力学模型。其中包含了车辆空间运动六自由度,各车轮的垂向跳动与旋转,以及转向角自由度。通过对车辆转向过程的稳定性分析,选取了纵向车速、横摆角速度、质心侧偏角作为车辆转向稳定性的参考状态变量。通过对驾驶员输入的解析,结合车辆二自由度线性化模型得出了车辆的参考状态。在此基础上,采用模块化分层式控制结构设计了车辆转向稳定性控制器,通过对轮胎纵向力与侧向力的优化分配实现了车辆转向稳定性控制,其中控制系统包括了运动状态跟踪控制器、力矩分配控制器两部分。针对8×8轮毂电机驱动车辆过驱动、非线性、执行机构失效概率增大的特性,采用了滑模控制理论构建车辆运动状态跟踪控制器。根据车辆当前运动状态与参考状态的差值,求解车辆所需的广义力矩。基于摩擦圆约束与节能优化条件构建力矩分配控制器,将广义力矩分配给轮毂电机等执行机构。针对执行机构失效的情况,通过在力矩分配过程中对其输出取值范围的约束,实现了控制系统的功能重构。针对轮胎纵向力与侧向力耦合的特性,本文提出了一种基于“摩擦圆导向角”的解耦方式,快速准确地确定了轮胎纵向力与侧向力的取值范围。针对车辆转向过程中轮胎与路面磨损产生的能量损耗,本文提出了一种基于“轮胎滑移能量损耗”的节能优化方法,有效地降低了车辆于路面之间的磨损能量损耗。最后,借助Matlab/Simulink?平台搭建了仿真模型,在不同附着系数的路面上对本文提出转向稳定性控制策略进行了仿真验证。结果显示控制系统能够有效提高车辆在极限工况下的转向稳定性,并且在执行机构失效的情况下具有较强的容错性。
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