分布式驱动电动汽车稳定性分层控制策略研究

提出一种分布式驱动电动汽车行驶稳定性分层控制策略. 策略分为基于滑模控制的广义力矩计算层、基于二次规划的滑移率决策层和基于ABS/ASR的滑移率追踪层. 搭建包括双电机独立驱动系统在内的硬件在环仿真平台,进行了分布式驱动电动汽车典型行驶工况的仿真. 与传统车辆稳定性控制策略的对比发现,文中提出的策略能够在对纵向车速影响较小的前提下,提高车辆操纵稳定性,在部分执行器失效时仍能确保车辆的行驶安全.      

纯电动汽车坡道行驶驱动转矩优化控制策略

针对纯电动汽车坡道行驶过程中转矩不足的问题,基于模糊控制算法,提出一种以道路坡度、加速踏板变化率为输入,驱动转矩为输出的优化转矩控制策略.为了有效识别道路真实坡度,采用坡度识别算法进行道路真实坡度的识别.在Matlab/Simulink中建立车辆模型和控制算法模型进行了仿真分析,采用4％的坡道工况对车辆上坡加速性能进行仿真分析,对比了2种控制策略下的车速.结果表明:优化转矩控制策略能够更好地识别和响应驾驶意图;在优化转矩控制策略中,车速为0～50 km·h-1的上坡加速时间为10.65 s,比基准转矩控制策略降低了11.62％,车速为50～80 km·h-1的上坡加速时间为8.60 s,比基准转矩控制策略降低了14.85％;该策略能够有效提高车辆的上坡加速性能和经济性.     

后轮独立驱动电动汽车横摆稳定性控制研究

为提高后轮独立驱动电动汽车的横摆稳定性,提出以车辆的横摆角速度和质心侧偏角为控制变量,以驱动轮的驱动力为执行力,包括横摆力矩决策层和转矩分配层两部分的直接横摆力矩控制策略。其中控制策略的上层运用滑模控制理论,下层采用优化控制理论,既能保证非线性系统的控制精度,也能保证其响应速度。运用车辆系统动力学建立了包括线性车辆参考模型和非线性车辆计算模型的简化车辆动力学模型,搭建了Matlab/Simulink-Carsim联合仿真平台,利用蛇形试验工况和双移线试验工况对该文提出的控制策略进行了仿真验证。最后,利用AD5435半实物仿真平台搭建了纯电动汽车硬件在环试验平台,验证了该文控制策略的控制效果。结果表明,所提出的控制策略能够保证车辆横摆稳定性,同时避免了以制动力作为横摆力矩执行力时因纵向车速降低带来的行驶安全性问题。     

基于效率优化的四轮独立驱动电动车转矩分配

对某款四轮独立驱动电动汽车转矩分配控制策略对车辆经济性影响进行研究,基于理论与试验数据,建立关键零部件数学模型及整车能耗的MATLAB/Simulink仿真计算模型.以降低系统能耗为目标,提出一种基于驱传动系统效率优化的转矩分配控制策略,得到转矩分配系数MAP图,从而避免了在线计算的时效性问题.不同行驶工况下的仿真结果表明,与固定比例的转矩分配方法相比,基于转矩分配优化算法的系统能耗可降低约5%.     

电传动履带车辆双侧驱动转速调节控制策略

为解决双电机独立驱动电传动履带车辆行驶控制问题,建立以目标速度为输入的电传动履带车辆整车及驱动系统模型,设计了电传动履带车辆双侧驱动转速调节控制策略. 该控制策略由综合控制单元和两侧驱动电机控制器相互配合实现. 在Simulink/Stateflow中建立转速调节控制策略模型,完成以驾驶员操作为输入、包含控制环节的多工况系统仿真. 仿真结果和行驶试验验证了转速调节控制策略的可行性和有效性. 该控制策略已在车辆上成功应用.     

基于预测--模糊联合控制的分布式驱动车辆路径跟踪方法

为研究分布式驱动车辆（4wid）路径跟踪中的跟踪精度和稳定性的问题,提出了模型预测-模糊(Mpc-Fuzzy)的联合控策略, 缓解了单一模型预测控制下车辆跟踪精度与控制器计算压力间的冲突。采用模型预测控制设计了上层路径跟踪控制器,旨在利用模型预测“滚动优化”的优点降低跟踪误差的同时保证车辆的稳定性。下层采用模糊控制,将转向过度和转向不足量化为“方向偏差”和“位置偏差”,利用四轮转矩独立控制的优点进一步优化转矩输出,旨在降低模型预测控制器对参考模型线性化后带来的跟踪误差。为验证控制策略的可靠性,基于Carsim和Simulink.、Driving Scenario搭建联合仿真模型,将联合控制器和单运动学模型预测控制器进行对比研究。仿真结果表明联合控制器可在完成对给定路径跟踪的基础上,减少转向不足和转向过度的发生,降低了方向误差和位置误差。     

基于显式随机模型预测控制的功率分流式混合动力 车辆能量管理策略

混合动力车辆的能量管理策略对提高燃油经济性十分重要.为了提高功率分流式混合动力车辆的燃油经济性以及能量管理策略的实时性,设计了基于显式随机模型预测控制的能量管理策略.首先利用马尔科夫链预测车速,通过简化控制模型,把非线性的能量管理问题转化为线性二次优化问题,建立了以预测域内能量消耗最小为目标的随机模型预测策略(SMPC);然后通过参数化求解得到显式随机模型预测控制策略,该策略既保持了随机模型预测控制方法的优势,又提高了计算速度;最后在多个工况下进行仿真,对提出的能量管理策略的有效性进行验证.仿真结果表明:与基于规则的控制策略相比燃油经济性最高可提高28.64%,同时该策略在仿真中的平均计算时间为3.1 ms,具有实时运算潜力.     

基于运动跟踪的分布式驱动电动汽车操纵稳定性控制

提出一种分布式驱动电动汽车操纵稳定性控制策略.该策略采用分层控制的结构,上层为广义力计算层,设计基于前轮转角的前馈控制,提高横摆角速度稳态增益,同时考虑外界扰动和建模不确定性,设计积分抗饱和滑模变结构控制算法跟踪参考横摆角速度,提高车辆瞬态响应.下层为广义力分配层,考虑到实际行驶状况的复杂以及路面状况、车辆质心侧偏角难以实时获取,设计基于稳定性优先的规则分配机制.实车试验结果表明,该控制策略能有效提高车辆的操纵稳定性.     

电传动履带车辆双侧驱动快速控制原型开发

为引入快速控制原型方法以有效指导电传动履带车辆双侧驱动控制策略开发,推导出不同工况下双侧电机转子轴端转动惯量匹配及阻力矩公式,并提出台架试验方案.在Matlab/Simulink环境下开发了转速调节与转矩调节控制原型模型;依托电传动双路试验台架和dSPACE系统,构建适合电传动履带车辆双侧驱动快速控制原型试验台架.对两类控制策略进行快速完善、验证和比较,获得较优的双侧驱动控制策略原型.结果表明,采用快速控制原型与试验台架相结合的方法可提高控制策略开发效率.     

线控制动单轮失效下制动力优化分配控制策略

针对线控制动系统单轮制动失效时车辆制动稳定性控制问题,提出了协同线控转向和线控制动系统的制动力优化分配控制策略.为了最大程度满足驾驶员的制动期望,采用二次规划方法初始分配剩余三轮制动力;为防止车辆因制动力重构产生横摆或跑偏,采用滑模控制方法设计前轮转向控制器;考虑前轮转向对轮胎纵向力的影响,建立基于魔术公式的轮胎侧向力数学模型,基于二次规划方法实时优化轮胎在侧偏纵滑工况下的制动力.联合Simulink和Carsim进行了仿真实验分析,结果显示车辆的横摆角速度快速收敛为0,侧向跑偏距离均小于0.1 m.结果验证了本文提出的制动力优化分配控制策略在不同的制动工况下均能提高单轮制动失效车辆的制动稳定性.     

汽车EPS回正控制与仿真试验研究

为了改善汽车转向轻便性的问题以及解决传统EPS系统所带来的汽车回正性能降低的问题,建立了基于SIMULINK的电动助力转向系统仿真模型,创建了基于系统环和控制环的控制策略,提出了基于转向盘转角和目标操纵转矩的PID控制方法,通过仿真与试验拟合出转向盘转角θh——目标操纵转矩TdMap图.运用MATLAB仿真EPS助力效果与实车试验对比验证设计的控制策略,改善了汽车的助力回正性能,提高了汽车的转向轻便性和行车安全性.     

四驱电动车经济性改善的最优转矩分配控制

阐述了转矩分配控制实现四轮驱动电动车经济性改善的思路，采用效率最大化方法优化确定了转矩分配系数矩阵作为最优转矩分配控制策略核心，针对各种驾驶循环进行了能量消耗的仿真分析，仿真分析表明，最优转矩分配控制方法能够明显减少驱动能量消耗，增加反馈制动能量回收，总体能效提高约3％，同时能够大大降低轮毂电机的发热功率，延长其使用寿命，转矩分配最优化的控制方法能够应用于采用轮毂电机的纯电动车、前轴机械驱动，以及后轴电驱动的混合动力四轮驱动汽车的能量消耗经济性改善控制。     

四轮独立电驱动车辆全轮纵向力优化分配方法

为了充分发挥四轮独立电驱动型式在直接横摆力矩控制系统中对改善车辆动力学性能的优势,提出了一种新的全轮纵向力优化分配方法。基于四轮独立驱动特点建立了侧重提高稳定性和侧重改善机动性的两种目标函数,分别用于降低整车路面附着负荷和降低整车横摆响应滞后。综合直接横摆力矩需求、地面附着及电机驱动限制得出全轮纵向力优化分配的约束条件。基于模糊理论设计了以车辆质心侧偏角为变量的权重函数,并对约束优化两种目标函数得出的纵向力分配值进行实时动态调整。该方法进一步提高了车辆在直接横摆力矩控制下的整车路面附着潜力并改善横摆响应速度,提升了车辆稳定性和机动性。     

电传动履带车辆原地转向控制与D2P实时仿真

为了提高电传动履带车辆的原地转向性能,从履带车辆原地转向动力学模型出发,提出一种基于双电机力矩控制的电传动履带车辆原地转向控制策略,首先增大电机力矩初始值以提高转向响应速度,进而将方向盘转角信号引入横摆角速度负反馈增益从而实现驾驶员对转向速度的控制.使用D2P快速原型开发系统构建了履带车辆原地转向“驾驶员+控制器”在环仿真平台,通过实时仿真对所提出的控制算法进行了验证,结果表明设计的控制策略正确有效,且具有良好的实时性.     

轮胎滑移能量在电动汽车控制中的应用研究

针对四轮驱动电动汽车力矩分配问题,提出了一种考虑轮胎滑移能量的四轮驱动电动汽车控制结构与力矩分配方法.该方法将高级底盘控制HCC结构与最优控制相结合,在HCC结构的基础上,将车辆侧向力的控制从HCC结构中分离,通过最优控制车辆主动前轮转向和直接横摆力矩来实现车辆的稳定行驶.提出了一种适用于HCC结构的增量型最小化滑移能量力矩分配方法,并基于UniTire滑移能量模型进行了相关的动力学仿真.结果表明在不控制前轮转向和横摆力矩的情况下车辆是失稳的,而采用文中所提结构结合最小化轮胎负荷率或最小化轮胎滑移能量是可以保证车辆侧向稳定的.      

轮毂电机驱动汽车横摆侧倾稳定性联合控制

为提高电动汽车的空间稳定性,开展基于轮毂电机和主动悬架的整车横摆-侧倾运动联合控制.分析了轮毂电机差动驱动联合主动悬架控制对车身横摆-侧倾运动的影响,制定了空间稳定性协同控制策略.以横摆角速度和质心侧偏角为状态变量,设计了基于参考模型的横摆稳定性控制器;以方向盘转角和侧向加速度为状态变量,设计了基于主动悬架侧倾抑制的前馈控制器;以侧倾角速度和侧倾角为状态变量,设计了基于反馈最优控制的侧倾稳定性控制器.建立了四轮驱动转矩和主动悬架力/力矩协调分配规则,通过联合仿真验证了控制策略的有效性.研究表明,轮毂电机差动驱动具有横摆稳定性控制能力和一定的侧倾辅助控制效果,联合主动悬架控制可以改善车辆的横摆-侧倾运动状态,大幅提高整车的空间稳定性.     

前后独立驱动电动汽车转矩分配与驱动防滑协调控制

为了提升前后独立驱动四驱电动汽车的综合性能,提出了一种集成前后轴转矩分配和驱动防滑功能的协调控制策略(coordinated control strategy, CCS)。分别设计了基于经济性最优的前后轴转矩分配控制器和基于滑模控制理论的驱动防滑控制器。在此基础上,设计了集成两种控制器工作效能的协调控制策略。与已有集成控制策略不同,提出的策略不是将转矩分配与驱动防滑两种控制功能简单组合,而是在综合考虑车辆的安全性、经济性和动力性条件下进行合理且有效的集成。在常规工况下,车辆默认遵循经济性原则,同时控制器实时监测各车轮的滑移率。当路面条件恶化、无法满足经济性行驶时,在保证安全性的前提下,进行适当的转矩补偿,最大限度地利用路面附着条件,尽可能保障车辆的动力性不受影响。在MATLAB/CarSim环境下对提出的协调控制策略进行仿真验证的结果表明,在加速踏板开度分别为10%、30%、50%时,与传统集成控制策略(traditional integrated control strategy, TICS)相比,所提出的CCS使车辆的动力性能分别提升15.3%、35.6%、4.5%。     

基于蚁群算法寻优的电动轮汽车牵引力PID控制

提出了一种基于蚁群算法优化PID参数的控制策略,并应用于电动轮汽车的牵引力控制.文中提出了一种易于工程应用的方法来实时估计车辆的状态参数,设计模糊控制器计算出最佳滑转率,将ACO应用到牵引力PID控制器中从而实现对车轮转矩的调节,并在搭建的电动轮汽车中进行实车测试.结果表明,所制定的控制策略可以满足要求,抑制了车轮的过度滑转.     

AFS/DYC协调控制的分布式驱动电动汽车稳定性控制

为进一步提高分布式驱动电动汽车行驶过程中的稳定性,提出主动前轮转向(AFS)和直接横摆力矩控制(DYC)协调控制策略.为提高车辆稳态行驶时转向能力,设计基于滑模控制(SMC)的前轮主动转向控制器实时修正前轮转角;以维持车辆工作在稳态工作区为控制目标,设计基于模型预测控制(MPC)的车辆稳定性控制器,通过设定的分配规则按轴荷比等比例分配各轮驱/制动力矩.利用相平面法作为判定依据自适应分配各控制器权重,实现控制器之间的切换.在连续转向工况下,对控制算法进行仿真验证.结果表明:在相同转角输入下,相较于无控车辆,受控状态下车辆的横摆稳定性能提高了16%,行驶状态得到了改善.     

四轮轮毂电机电动车自适应巡航控制研究

论文以四轮轮毂电机电动车为对象,研究了综合考虑理论安全距离与实际距离之差、两车相对速度的模式切换控制和再生制动的自适应巡航控制(ACC)策略。该控制策略将ACC分为跟随前车模式、定速巡航模式和匀速行驶模式,设计了包括理论安全距离算法、驱动力矩控制算法、制动力矩控制算法的自适应巡航控制器,通过再生制动对制动能量进行回收,并基于驾驶模拟器实验台设计典型工况对控制策略进行实验验证。结果表明：设计的自适应巡航控制策略能够使本车安全跟随前车,提高驾驶舒适性,实现再生制动控制。