【摘 要】
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随着汽车保有量的逐年增加,环境污染、能源短缺、气候变化的问题也不断加剧,新能源电动汽车是解决上述问题的重要途径,其中四轮分布式驱动电动汽车(4-Wheel Distributed-Driving Electric Vehicle,4WDDEV)是新能源汽车发展方向之一,汽车稳定性控制系统的使用是发挥4WDDEV优势的前提。主动转向与直接横摆力矩控制(Direct Yaw moment Contro
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随着汽车保有量的逐年增加,环境污染、能源短缺、气候变化的问题也不断加剧,新能源电动汽车是解决上述问题的重要途径,其中四轮分布式驱动电动汽车(4-Wheel Distributed-Driving Electric Vehicle,4WDDEV)是新能源汽车发展方向之一,汽车稳定性控制系统的使用是发挥4WDDEV优势的前提。主动转向与直接横摆力矩控制(Direct Yaw moment Control,DYC)都是目前常用的稳定性控制系统。根据被控车轮不同,主动转向分为主动前轮转向(Active Front-wheel Steer,AFS)与主动后轮转向(Active Rear-wheel Steer,ARS),两种主动转向方式在保持车辆行驶稳定性、维持车辆行驶轨迹和改善转向特性等方面效果不同,因此,需要对AFS与ARS的控制效果进行对比分析,为选择出适合4WDDEV稳定性控制的主动转向形式奠定基础。4WDDEV由于其4车轮力矩独立可控,可以利用驱动电机差动驱动/制动相结合的方式分配电机力矩,从而实现4WDDEV的DYC。由于两种汽车稳定性控制系统的控制效果与控制极限不同,对主动转向与DYC进行协调控制是十分必要的。为此,本文从如下4个方面开展研究:(1)利用Matlab/Simulink软件与Car Sim软件搭建了联合仿真平台。基于Car Sim搭建了4WDDEV整车模型并对其进行参数化,基于Matlab/Simulink搭建了驾驶员模型、驱动电机模型与转向系统模型,通过信号端口进行连接,并在阶跃响应与蛇形工况下验证了联合仿真平台的正确性。(2)基于线性二次型(Linear Quadratic Regulator,LQR)理论分别搭建了AFS LQR控制与ARS LQR控制,针对LQR权重系数难以确定的问题设计了L9(33)型正交试验,以最大质心侧偏角以及路面偏移方差最小为优化目标,分别确定了的AFS LQR控制器与ARS LQR控制器的最佳权重系数。并在双移线工况下进行仿真分析,得到了AFS与ARS在稳定性控制效果上的差异,从而选择了一种适合4WDDEV稳定性控制的主动转向方式。(3)基于分层控制思想设计了DYC。DYC上层控制利用模糊PID求解整车需求横摆力矩,下层控制为转矩分配模块,首先根据转向盘方向与横摆角速度参考值与实际值的相对大小判断车辆的失稳状态,再根据车轮受力大小选择差动驱动、差动驱动/制动相结合或者摩擦制动参与的力矩分配方式,并在阶跃响应与正弦响应下验证了所提DYC的正确性。(4)基于相平面理论完成了AFS与DYC的协调控制。首先分析了车速、路面附着系数、前轮转角对质心侧偏角-横摆角速度相平面(β-ωr相平面)和质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面(β相平面)的影响,选择了随三种因素变化较小的β相平面作为协调控制稳定性判断依据。其次根据AFS与DYC的控制特点完成了β相平面控制区域的划分,并基于余弦函数计算AFS与DYC工作权重系数。最后在双移线工况下验证了所提协调控制方法的正确性。
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