分布式驱动电动汽车质心侧偏角估计及转矩分配策略研究

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分布式驱动电动汽车整车结构简单,传动效率高,四个轮毂电机转矩独立可控,和燃油汽车或者集中驱动电动汽车相比,其独特的结构特点及优势为汽车稳定性控制的发展带来了更多的可能性。其中车辆质心侧偏角是表征车辆稳定性的重要指标,对车辆的稳定性控制有至关重要的作用。同时转矩分配控制策略是分布式驱动式电动汽车操纵稳定性的核心部分,驱动轮之间转矩的合理分配至关重要。本文以分布式驱动电动汽车为研究对象,开展了如下几点研究工作:对分布式驱动电动汽车进行动力学分析,搭建七自由度整车车辆动力学模型。为了方便后续研究,将模型进一步简化为线性二自由度模型和非线性三自由度模型。基于Carsim软件建立车体模型,在MATLAB/Simulink中搭建驾驶员模型和四个轮毂电机模型,完成Carsim-MATLAB/Simulink联合仿真平台的搭建。将搭建的分布式驱动电动汽车模型和Carsim软件中传统车辆模型对比,验证所搭建的分布式驱动模型的有效性。以分布式驱动电动汽车为研究目标,提出一种基于强跟踪卡尔曼滤波及无迹卡尔曼滤波融合估计的质心侧偏角估计方法。由于汽车在侧向加速度较小时车辆动力学特性大致呈线性变化,此时通过强跟踪卡尔曼滤波快速估计,当汽车侧向加速度较大时车辆动力学特性趋于非线性,通过无迹卡尔曼滤波准确估计。最后将两种估计方法得到的数据融合,实现不同车速不同工况下车辆质心侧偏角的估计,并利用Carsim-MATLAB/Simulink联合仿真平台对所提出的方法的有效性进行验证。分析车辆失稳原因,制定多目标转矩优化分配策略。提出的转矩优化分配策略包括上层力矩决策层和下层力矩分配层。上层力矩决策层基于PID控制决策出跟随当前车速所需的总驱动力矩,用滑模控制算法计算出使车辆保持稳定所需的附加横摆力矩;下层力矩分配层对上层决策出的力矩进行优化分配,提出了一种以提高轮胎附着裕量、提高能耗经济性和改善车辆行驶平顺性为目标的多目标转矩优化分配策略,采用麻雀搜索算法求解该多目标优化问题。用搭建的联合仿真平台将提出的转矩优化分配策略和基于轮胎轴向载荷分配的动态转矩分配方法对比,结果表明,所提出的转矩优化分配策略使车辆有更好的稳定性、经济性和平顺性。利用基于d SPACE搭建的分布式驱动电动汽车平台进行半实物仿真实验,对所提出的转矩优化分配策略在角阶跃工况下进行实验验证,验证所提出的转矩优化分配策略的可行性。
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