双电机独立驱动方程式赛车横摆力矩控制策略

为提高电动方程式赛车的操纵稳定性,文章提出一种后置双电机独立驱动方程式赛车直接横摆力矩双层控制策略。上层为直接横摆力矩控制器,分别设计基于横摆角速度的模糊控制器、基于质心侧偏角的模糊控制器和联合模糊控制器;下层为驱动力分配控制器,依据电机特性平均分配直接横摆力矩。基于CarSim与Simulink仿真环境,选取双移线工况进行联合仿真验证控制策略的效果;设计硬件在环试验平台,验证直接横摆力矩控制策略。试验结果表明：横摆力矩控制策略能有效保障车辆的操纵稳定性;低速时,可以实现助力转向;高速时,质心侧偏角控制在2.5°以内,实现稳定性控制。     

基于直接横摆力矩控制的FSAE纯电动赛车操纵稳定性控制策略

针对双电机驱动FSAE纯电动赛车操纵稳定性控制问题,提出了基于直接横摆力矩控制的操纵稳定性控制策略。采用扩展卡尔曼滤波对实际质心侧偏角进行估计,分别设计了基于PID控制、基于模糊逻辑控制以及基于PID模糊逻辑联合控制的附加横摆力矩控制器;并在方向盘转角阶跃工况以及双移线工况下,基于Matlab/Simulink平台进行了仿真对比。利用AD5435半实物仿真平台和Matlab/Simulink代码自动生成技术,搭建了FSAE纯电动赛车硬件在环试验平台,并进行了双移线工况的实车试验验证。结果表明:文中提出的PID模糊逻辑联合控制策略相比于无控制和PID控制横摆角速度的稳态值和极值最多分别减小12. 17%和43. 87%,质心侧偏角的稳态和值极值最多分别减小8. 4%和68. 53%,并且收敛速度变快,提高了车辆的操纵稳定性。     

四轮独立转向无人车辆斜向行驶轨迹跟踪控制方法

针对四轮独立转向电动汽车转向系统成本高、但功能开发程度低的问题,提出一种车辆斜向行驶控制策略,优化四轮独立转向电动汽车换道过程中的行驶稳定性. 基于四轮独立转向电动汽车横向、纵向二自由度车辆模型,提出一种横纵向耦合轨迹跟踪控制方法,该方法基于线性时变模型采用模型预测控制（MPC）算法,对横向偏差、航向角偏差及纵向速度偏差进行闭环控制. 设计车辆稳定性控制器,包括横摆力矩控制器和转矩分配控制器,同时提高车辆轨迹跟踪精度和行驶稳定性. 最后搭建Simulink/Carsim/Prescan联合仿真平台,对四轮独立转向电动汽车双移线工况进行模拟换道仿真,仿真结果证明了斜向变道的可行性和横纵向耦合轨迹跟踪控制方法的有效性.      

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.      

四轮独立驱动电动汽车转向稳定性的横摆力矩控制

针对四轮独立驱动电动汽车转向稳定性的横摆力矩控制问题,建立了七自由度整车模型和Dugoff轮胎模型.基于滑模控制理论,选择质心侧偏角和横摆角速度两者为联合控制变量,并以汽车车速和路面附着系数为输入,运用模糊控制理论确定联合控制变量的联合控制参数,设计了四轮独立驱动电动汽车转向稳定性的横摆力矩控制策略.在Matlab/Simulink环境下选取不同车速、不同路面附着系数进行了连续转向行驶和突然转向行驶的仿真分析.结果表明,所设计的控制策略能够将质心侧偏角和横摆角速度控制在稳定范围内,使车辆在任意转向行驶工况下保持稳定,最大限度地提高轮毂电动汽车的转向稳定性.     

分布式驱动电动汽车横向稳定性与转矩分配控制

为了提高控制策略鲁棒性和驱动电机效率,首先建立了分布式驱动电动汽车七自由度动力学模型,然后基于鲁棒控制理论,设计了基于状态观测的H∞车辆稳定性控制器。借助分布式驱动电动汽车每个车轮均能独立控制的特点,将差动制动与差动驱动相结合,提出了基于直接横摆力矩的转矩分配控制策略。通过变道典型工况进行了数值仿真,结果表明,所提出的基于转矩分配的横向稳定性控制策略能很好地改善车辆横向稳定性,且能减小车轮输出转矩,将车轮滑移率控制在较低范围内。     

基于滑模控制理论的车辆横向稳定性控制

针对车辆在极限运动工况下转弯或变道行驶时的横向稳定性控制问题,建立以车辆横向速度、横摆角速度及车身侧倾角为状态变量的3自由度非线性动力学模型.在动力学分析的基础上,探讨依靠施加各车轮不同纵向制动力而产生辅助横摆力矩的方法来提高车辆在极限工况下的操纵稳定性.考虑到作为车辆状态变量之一的质心侧偏角难以测量,设计了基于车辆动力学模型及运动学关系相结合的质心侧偏角估计器.运用滑模控制理论,以车辆横摆角速度和质心侧偏角与相应的理想横摆角速度和质心侧偏角之差,作为车辆稳定性控制系统的两类控制输入变量,以车轮纵向制动力矩和方向盘转角为控制目标建立了联合滑模控制系统,通过计算机仿真表明,该控制方法可以有效改善车辆横向稳定性.     

分布式电动车制/驱动力协调行驶稳定性控制

针对分布式电驱动车辆在转向极限工况失稳时通过驱动力协调提供横摆力矩有限及常规基于差分制动的稳定性系统控制精度不高的问题,提出了基于模型预测控制的4轮制/驱动力协调控制策略。该文依据模型预测控制系统结构,搭建了面向预测控制的车辆动力学模型;以改善车辆行驶稳定性、极限工况下的通过性为目标,设计代价函数,构建了多输入多输出系统预测控制律;利用经典的二次规划方法进行滚动时域求解。仿真实验结果表明:制/驱动协调可提供更大的横摆力矩、更快的横摆响应;基于模型预测控制的效果优于常规制动力反馈控制,可以进一步提高车辆横向稳定性。     

四轮独立驱动电动车ARS与DYC集成控制与试验

针对四轮独立转向四轮独立驱动电动汽车的操纵稳定性问题,提出了一种基于主动后轮转向(ARS)和直接横摆力矩控制(DYC)的集成控制策略.采用变传动比参考模型,通过基于滑模变结构设计的ARS控制器和非线性DYC控制器,对轮胎线性区域内的控制不足进行弥补,提升车辆非线性范围的操纵性能.对双移线工况进行了测试.结果表明:集成控制器优于ARS控制器和DYC控制器,能够有效提升车辆操纵稳定性以及降低横摆力矩需求,提高了车辆的纵向稳定裕度,集成控制是有效的.     

分布式驱动电动汽车紧急工况下稳定性控制

基于分布式驱动电动汽车具有各轮转矩可单独控制的特点,利用最优转矩分配方法提出其在危险工况下的稳定性控制算法.该算法分为稳定性判断与横摆力矩控制模块、滑移率计算与控制模块及各轮驱动力矩分配模块.稳定性判断与横摆力矩控制模块确定车辆稳定性状态,滑模变结构控制方法用于跟踪理想横摆角速度,输出期望的横摆力矩,确保非线性系统在受到外界干扰时保持稳定;滑移率计算与控制模块计算各轮的滑移状态,通过滑模变结构控制的方法进行各轮滑移率的控制;驱动力矩分配模块综合考虑轮胎力、地面附着等因素,根据横摆控制和滑移率控制的需求,分配各轮驱动力矩.利用联合仿真进行工况验证,结果表明:与各轮力矩平均分配算法相比,所提的力矩分配算法具有更优良的稳定控制效果.     

利用气液协调控制的车辆稳定性控制系统设计

针对高速工况下轮胎易饱和并导致车辆失稳的问题,提出基于主动气动控制与液压差动制动控制相协调的车辆稳定性控制方法. 在车辆顶部安装一对主动风翼板并分析其气动特性,通过独立控制两风翼板的攻角以主动控制车辆所受的气动力/力矩. 控制器采用分层控制架构,顶层根据车辆运动状态和道路附着情况计算期望横摆角速度,中层采用模糊控制算法实时计算实现车辆稳定性控制所需的辅助横摆力矩,底层则协调主动气动控制和差动制动控制产生辅助横摆力矩. 在Casim/Simulink 联合仿真平台上对所提方法进行仿真验证,结果表明,该方法能使车辆的动力学响应较好地跟踪期望值,且能降低轮胎工作负荷,达到避免车辆失稳的目的.     

四轮轮毂电机驱动电动汽车建模与联合仿真

利用Carsim和Matlab/Simulink搭建驾驶员闭环控制的四轮轮毂电机独立驱动电动汽车仿真模型;根据轮毂电机驱动电动汽车特点,建立轮毂电机模型、速度控制模型和整车模型;设计横摆力矩控制器和力矩分配控制策略,实现联合仿真的接口设置;最后利用双移线工况验证了所开发模型的正确性和转矩分配策略的有效性。     

轮毂电机驱动汽车纵向和横向稳定性联合控制

为了提高轮毂电机驱动汽车的纵横向稳定性,将汽车的横摆控制和防滑控制相结合,采用分层控制架构搭建纵向和横向稳定性联合控制模型.上层为力矩决策层.基于比例-积分-微分(PID)控制算法构建车辆纵向车速跟踪控制器;基于模糊P ID控制算法搭建驱动防滑控制器,采用前馈加反馈的控制方法决策出驱动防滑力矩;基于二阶滑模控制算法建立直接横摆力矩控制器,设计附加横摆力矩加权模块控制汽车的横摆特性.下层为力矩分配层.采用优化分配算法将上层决策出的总纵向力矩、驱动防滑力矩和直接横摆力矩合理地分配到4个车轮上.通过加速和转向联合仿真工况验证设计的纵横向稳定性控制策略的有效性.研究结果表明:车轮最大滑转率为0.17,横摆角速度最大偏差值为0.01 rad/s,质心侧偏角最大偏差值为0.011 rad,验证了控制算法的有效性.     

分布式电动车辆横向稳定性模糊滑模控制

针对分布式电动汽车在高速转弯和变道时,由于其高度的非线性特性和参数的不确定性而出现失稳问题,提出了分布式电动车辆横向稳定性模糊滑模控制的方法.首先建立二自由度车辆动力学模型,得到理想横摆角速度和质心侧偏角;其次设计模糊滑模控制器跟踪理想横摆角速度及质心侧偏角,并依据车辆行驶过程中的反馈信息,利用模糊逻辑对滑模控制器中滑模切换函数的系数不断进行调整优化,采用直接横摆力矩控制方法得出期望的附加横摆力矩;最后使用平均分配原则实现附加横摆力矩的控制分配.基于MATLAB/Simulink与Carsim联合仿真的结果表明,所提出的模糊滑模控制方法能够有效地控制车辆姿态并提高其横向稳定性.     

分布式驱动电动汽车电液复合分配稳定性控制

针对分布式驱动电动汽车各车轮电机力矩和液压制动力矩可独立控制的特点,以操纵稳定性为目标,设计电机与液压制动复合分配的控制策略.控制策略采用分层控制的结构,上层运动控制器根据驾驶员输入和车辆状态的反馈求取广义力,下层控制分配器在执行器约束及速度约束下,考虑轮胎纵侧耦合特性对横摆转矩的影响,采用二次规划法进行转矩分配,实现车辆的稳定性控制效果.最后利用CARSIM和MATLAB软件对电液复合算法进行了联合仿真,并进行了实车试验来验证算法,最终的仿真和试验结果表明复合分配控制策略的控制效果相对仅用电机控制时要好,提高了车辆的稳定性控制效果.     

基于稳定域的车辆操纵稳定性控制策略评价

提出了应用稳定域评价车辆操纵稳定性控制策略效果的方法。建立了包含Pacejka轮胎魔术公式车辆三自由度非线性动力学模型,通过仿真和实车试验对比验证了模型的有效性。基于车辆非线性动力学模型,分析了车辆不同前轮转角条件下的相平面平衡点变化特性,获得了不同速度情况下的车辆稳态前轮临界转角。在构建车辆系统二次型函数的基础上,利用Lyapunov法和车辆系统稳定特性确定了车辆空间稳定域。基于经典的四轮转向和直接横摆力矩控制策略,从稳定域角度对控制策略效果进行了评价。车辆在满载条件下的蛇形仿真结果表明:应用上述方法确定的车辆行驶稳定域能够较好地表征车辆系统稳定性;稳定域是评价车辆稳定性控制策略的有效方法。     

模糊逻辑在车辆稳定性控制系统中的应用

探讨了车辆在高速转向的极限运动工况下,利用施加于各车轮不同纵向力产生的辅助横摆力矩来提高车辆动力学稳定性的基本原理.推导了七自由度整车动力学模型,建立了车辆质心侧偏角观测器,并且考虑到车辆参数和运行工况的复杂多变,设计基于模糊控制逻辑的车辆稳定性控制策略,通过控制横摆角速度和质心侧偏角可使车辆对象输出跟踪理想参考模型的输出,用Matlah/Simulink建立车辆仿真模型,对所设计的控制算法进行了数字仿真,最后利用基于dSPACE的硬件在环仿真技术,对设计控制器的性能进行了实验验证.结果表明:所设计的模糊控制器能够显著改善车辆的操纵稳定性,特别是在低附着系数路面工况下.     

轮毂电动机驱动车辆电动机的失效安全性

针对四轮独立驱动轮毂电动机式电动汽车电动机失效后车辆存在的安全性问题,提出了一种新型电动机失效控制策略.首先,失效控制器检测每台电动机的失效因子,判断失效类型;其次,根据油门踏板开度和转向盘转角决定失效控制目标,迅速协调正常工作电动机的输出转矩,以满足车辆期望纵向力矩和横摆力矩的需求,保证车辆行驶的动力性和稳定性.利用Simulink软件搭建了7自由度轮毂电动机驱动车辆动力学模型,对提出的控制策略进行了仿真研究.结果表明:该算法能在油门踏板开度大且转向盘转角小时保证汽车的动力性需求;在油门踏板开度较小或转向盘转角过大时进行稳定性协调控制,改善了电动机失效后车辆的行驶稳定性.     

分布式驱动电动汽车的平方根容积卡尔曼滤波状态观测

针对车辆动力学系统状态估计的非线性问题,引入非线性动态Dugoff轮胎模型来构建包括纵向、侧向、横摆和侧倾等8自由度的非线性车辆动力学状态估计系统.在融合车载多传感器信息的基础上设计了车辆动力学的平方根容积卡尔曼非线性滤波状态观测器,对质心侧偏角、轮胎侧向力等关键状态进行观测.在Matlab/Simulink环境中搭建了Simulink-Carsim分布式驱动电动汽车系统状态估计联合仿真平台,采用双移线工况对观测器的可行性和有效性进行仿真验证.结果表明:传统的扩展式卡尔曼滤波状态观测器在车辆经历高侧向加速度过程中的观测值大幅偏离车辆运行状态的真实值,而设计的平方根容积卡尔曼非线性滤波状态观测器在整个双移线仿真工况下观测结果平稳,能实时反映车辆动力学系统的真实非线性运行状态,具有更小的观测误差和更高的观测精度.     

汽车ESC系统主环伺服环分层结构控制策略

针对提高车辆操纵稳定性的电子稳定控制系统(ESC)的控制问题,提出了主环〖XC半字线.tif,JZ〗伺服环分层结构的ESC控制策略。主环控制器采用一阶滑模控制算法,设计了滑模面和滑模控制律,其输出为保持车辆稳定性所需的车身附加横摆力矩。伺服环控制器采用近似模拟人类思维的九点五态控制算法,通过控制制动压力实现期望的制动滑移率,从而产生附加横摆力矩。设计了具有实时视景反馈功能的驾驶员在环仿真平台,对分层控制策略进行了在线测试。测试结果表明,提出的ESC控制策略显著地提高了低附着路面或驾驶员过度操作车辆等工况的操纵稳定性和主动安全性,驾驶员在环仿真方法提高了测试的真实性和开发控制策略的针对性。