多轮独立驱动车辆动力学分析与容错控制方法研究

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近年来,轮毂电机驱动成为电动汽车领域最具有发展潜力的驱动形式,电控技术的发展,更利于实现车辆控制的多功能化,基于轮毂电机驱动形式的车辆架构被广泛应用。与传统车辆相比,采用分布式轮毂电机驱动的速差转向车辆省去了传统车辆的转向机构等机械结构,更容易布置车辆空间,转向方式更灵活。本文针对多轮独立电驱动车辆的驱动力分配和容错控制开展研究,选题具有一定理论意义和工程应用价值。以轮毂电机驱动的分布式独立驱动速差转向车辆为研究对象,首先建立了车辆的18自由度动力学模型、驱动电机模型和轮胎模型,构建了车速,横摆角速度,轮胎垂向载荷等车辆状态观测模型;设计了车辆的上层控制器,实现了驾驶员操纵信号到期望牵引力和横摆力矩的解析。结合电机的特性曲线,将驾驶员踏板信号解析为期望牵引力需求,控制车辆纵向运动;将驾驶员方向盘转角信号解析为期望横摆角速度,基于滑模控制方法实现了车辆横摆角速度的跟踪控制,该方法相对传统PID控制能更快的到达稳态值,且对扰动变化不敏感。在驱动力分配层,融合容错控制思想,设计了电动轮转矩分配策略,以控制能量最小化和纵向加速度最大化为目标函数,采用原始对偶内点法实现了优化求解;研究了寻优步长、收敛条件等参数对求解实时性的影响。试验结果表明,该控制策略能实现转矩的实时分配,且故障后能实现转矩的重新分配,验证了控制策略的有效性。实车试验平台采用6轮分布式轮毂电机驱动速差转向车辆,为验证控制策略在实车的控制效果,搭建了包含ECU、电机控制器、CAN通讯和车辆状态传感器等构件的试验平台,利用快速控制原型开发平台,开发了控制模型并进行了实车试验,验证控制策略的控制效果和实时性。
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