分布式电驱动车辆动力学状态参数观测及驱动力协调控制

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分布式电驱动车辆具有结构简单紧凑、动力传动链短、控制响应快速准确、模块化设计等多个方面的独特优势,代表着未来电动汽车的重要发展方向。为了提高分布式电驱动车辆的动力学综合控制性能,需要建立完整的动力学状态参数观测系统,并设计完备的驱动力协调控制方案。针对目前分布式电驱动车辆动力学领域中存在的状态参数观测体系不完善、各电驱动轮协调控制程度低的问题,本文结合分布式电驱动车辆的特点,提出了分布式电驱动车辆状态参数观测和驱动力协调控制的体系架构,并研究了该系统关键技术所涉及的相关基础问题,提高了分布式电驱动车辆的动力学综合控制性能。在分析了分布式电驱动车辆动力学特性的基础之上,完成了动力学状态参数观测和驱动力协调控制的总体结构,对车辆动力学控制领域中应用的多个变量进行了观测,综合改善了分布式电驱动车辆的纵向驱动能力和横向稳定性能。针对所设计的系统架构,对相关技术问题进行了研究。在状态参数观测方面,首先对整车质量、路面坡度和轮胎垂向力进行了观测。在观测得到质量、坡度和垂向力的基础上,充分利用分布式电驱动车辆多信息源的特点,提出了基于无味粒子滤波的车辆状态参数观测算法。通过融合多种信息(包括驱动轮力矩/转速信息、GPS全球卫星定位系统信息、惯性传感器信息和驾驶员操作信息),结合运动学方法和动力学方法,对车辆纵向速度、质心侧偏角、横摆角速度和轮胎侧向力进行联合观测。在驱动力协调控制方面,设计了分层式驱动力协调控制系统。该控制系统包括,考虑了质心侧偏角变化规律的上层整车需求目标设计,考虑了失效容错控制和驱动防滑控制的中层驱动力协调控制分配算法,以及为了消除多个驱动轮特性差异所提出的下层电机特性补偿控制方法。通过分层设计的驱动力协调控制方法,综合优化了整车的动力学性能。为了验证所提出的系统架构的有效性,开发了CarSim与Simulink联合仿真试验平台,并完善了已有实车实验平台。仿真和实验的结果表明,所提出的状态观测系统提高了分布式电驱动车辆状态参数观测精度和鲁棒性,所提出驱动力协调控制系统全面改善了驱动失效、驱动滑转等情况下的车辆纵横向性能,保证了车辆的安全性。
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