分布式驱动电动汽车平顺性与操稳性协调控制

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在碳达峰,碳中和背景下,具有节能、高效和安全等突出优点的分布式驱动电动汽车(Distributed Drive Electric Vehicle,DDEV)已成为新能源电动汽车发展的重要方向。由于轮毂电机的布置方式恶化了DDEV的操纵稳定性和平顺性,本文分别采用直接横摆力矩控制(Direct Yaw Moment Control,DYC)和主动悬架技术(Active Suspension,AS)改善车辆的安全性和舒适性。同时,为缓解车辆横-垂向耦合效应,在DYC和AS中融合了协调控制策略(Coordination Control Strategy,CCS),以进一步提高车辆的操稳性和平顺性。具体研究内容如下:(1)建立能描述DDEV横摆运动特性的7-DOF动力学模型。车辆的横向和横摆运动特性是影响操纵稳定性的主要因素,因此,建立了包含纵向、横向、横摆和四个车轮转动的七自由度(7-Degree of Freedom,7-DOF)动力学模型,利用仿真验证了建立的7-DOF模型是有效的,可用于推导横摆稳定性控制策略。(2)设计分层控制结构的直接横摆力矩控制策略。车辆动力学系统具有较强的非线性,上层控制器采用具有非线性特性的模糊滑模控制算法(Fuzzy Sliding Mode Control,FSMC)设计DYC控制策略用于计算所需的附加横摆力矩,下层控制器应用等比例转矩分配方法将附加横摆力矩分配给各个轮毂电机。应用仿真验证了设计的DYC控制策略是有效的。(3)提出基于超扭曲滑模控制算法(Super-Twisting Sliding Mode Control,STSMC)的主动悬架控制策略。建立车身俯仰、侧倾、垂向以及四个车轮垂向运动的7-DOF模型用于推导主动悬架控制策略,以簧载的侧倾角、俯仰角和质心垂向位移作为系统状态变量。结果表明:相比于传统滑模控制(Sliding Mode Control,SMC),设计的STSMC主动悬架控制策略提高了系统的控制精度,此外,车身加速度的均方根值(Root Mean Square Value,RMS)提高了22.20%。(4)设计DDEV平顺性与操稳性协调控制策略。当车辆横向加速度超过最大安全横向加速度时,车辆易出现失稳现象,而最大安全横向加速度与车辆结构参数和簧载侧倾角有关。因此,根据车辆的结构参数和运行工况特点确定了理想的车身侧倾角,以适当扩大最大安全横向加速度的范围,提高车辆的安全性和舒适性。结果表明:车辆在DYC、AS和CCS的共同作用下,其控制效果优于无控制和DYC+AS控制方案。
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