检索结果-内蒙古大学图书馆

汽车工程 2020年第11期42卷 1513-1521页

作者：张雷赵宪华王震坡北京理工大学电动车辆国家工程实验室北京100081

为了提高智能汽车在高速、低附着等极限工况下轨迹跟踪的精度和车辆稳定性,本文中依托四轮轮毂电机独立驱动电动汽车平台,提出了一种基于分层架构的轨迹跟踪与直接横摆力矩协调控制策略,包含上层控制器和下层控制器。首先,上层控制器基... 详细信息

为了提高智能汽车在高速、低附着等极限工况下轨迹跟踪的精度和车辆稳定性,本文中依托四轮轮毂电机独立驱动电动汽车平台,提出了一种基于分层架构的轨迹跟踪与直接横摆力矩协调控制策略,包含上层控制器和下层控制器。首先,上层控制器基于3自由度车辆动力学模型建立了模型预测控制器,考虑多种非线性约束,利用理论分析优化预测时域和控制时域,并通过优化求解得到前轮转角和附加横摆力矩。然后,下层控制器以轮胎负荷率最小化为目标函数进行车轮纵向力优化分配,考虑到控制策略实时性要求,运用有效集算法求解最佳转矩分配。最后,采用CarSim&Simulink联合仿真,在不同车速与不同附着条件下验证了所设计的轨迹跟踪与横摆稳定性协调控制器的有效性。

关键词：智能汽车四轮轮毂电机独立驱动电动汽车轨迹跟踪横摆稳定性控制

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基于线控制动系统的车辆横摆稳定性优化控制

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同济大学学报（自然科学版） 2017年第5期45卷 732-740页

作者：韩伟熊璐侯一萌余卓平同济大学汽车学院上海201804 同济大学智能型新能源汽车协同创新中心上海201804

对带有线控制动系统(brake by wire,BBW)的车辆进行研究,提出了一种横摆稳定性优化控制策略.以二自由度单轨车辆模型为参考模型,利用比例-积分(proportionalintegral,PI)控制算法求出附加横摆力矩.由所计算出的车辆附加横摆力矩、方向... 详细信息

对带有线控制动系统(brake by wire,BBW)的车辆进行研究,提出了一种横摆稳定性优化控制策略.以二自由度单轨车辆模型为参考模型,利用比例-积分(proportionalintegral,PI)控制算法求出附加横摆力矩.由所计算出的车辆附加横摆力矩、方向盘转角来识别驾驶员转向意图和车辆实际行驶特性,通过广义逆法和数学归划法相结合的方法将附加横摆力矩分配到作用车轮上,由线控制动系统采用主缸定频调压法对各轮缸的目标液压力进行跟踪控制.硬件在环试验结果表明,该控制策略能够有效地保证车辆在高附和低附路面工况下的横摆稳定性.

关键词：线控制动系统横摆稳定性控制轮缸液压力控制转矩控制分配广义逆法数学规划法

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商用车气压制动侧倾与横摆稳定性协调控制研究

商用车气压制动侧倾与横摆稳定性协调控制研究

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作者：白松奇吉林大学

学位级别：硕士

随着我国经济的发展以及交通基础建设的完善,使得商用车保有量持续增加。到17年底,我国商用车数量突破四千万,在货物运输以及公共交通中充当着相当重要的角色。商用车载重量大,质心位置高,由于车辆失稳所导致的交通事故频发,通过装配电... 详细信息

随着我国经济的发展以及交通基础建设的完善,使得商用车保有量持续增加。到17年底,我国商用车数量突破四千万,在货物运输以及公共交通中充当着相当重要的角色。商用车载重量大,质心位置高,由于车辆失稳所导致的交通事故频发,通过装配电子稳定性控制系统可以较好的提高车辆的稳定性。目前商用车多配备气压制动系统,但气压制动系统工作时存在迟滞性,对控制系统的响应时间以及控制精度有一定的影响。目前国内对于此方面起步较晚研究较少,研究机构主要集中在各个高校,目前还没有较为成熟的产品。本文的主要研究目的是借助课题组对稳定性控制系统的研究经验,开发一套应用于气压制动系统的稳定性控制系统。本文的主要工作内容包括结合国内外研究现状对商用车的气压制动系统结构进行研究,了解制动系统以及关键部件的基本结构和工作原理。购买气压制动实验台架所需的各个部件对实验台架进行搭建并对气压阀进行了测试。由于硬件在环实验中制动气室的压力可以由压力传感器直接测得,但在对控制算法进行离线仿真验证时无法直接对制动气室的压力进行测量。所以使用AMESim建立了气压制动系统的模型,建立完成后为了验证模型对压力估算的准确性,将实验台架传感器所测得压力与模型估算的压力进行对比。经过对压力图像进行对比后可以看出,模型可以较为准确的对制动气室的压力进行估算,估算压力与实际压力基本保持一致。通过对横向轴荷转移率以及零力矩点两种侧翻指标进行分析后,选取了零力矩点对车辆横向稳定性进行评价。通过传感器测得的数据对零力矩点的y轴坐标值_((5(5(5(5(5（5）进行计算,通过与设定的门限值进行对比来判断车辆的横向稳定性并对其进行控制。横摆稳定性方面选取了质心侧偏角和横摆角速度对横摆稳定性进行判断,通过计算横摆角速度理想值和实际值的差值判断车辆当前处于不足转向还是过多转向。通过建立模糊控制器对车辆发生失稳时所需的附加横摆力矩进行计算,推导出所需的制动力,最后估算出制动气室所需的压力后通过调节气压阀使制动气室压力值跟随期望值,根据车辆当前的转向状态来决策出所需制动的车轮。控制过程中优先对侧翻进行抑制,检测到无侧翻危险时对横摆稳定性进行控制,使二者协调从而最大程度上保证车辆的稳定行驶。控制策略模型以及制动系统模型搭建完成后,通过Simulink、TruckSim和AMESim的联合仿真对控制策略进行初步验证,其中制动系统模型基于AMESim搭建,整车模型基于TruckSim搭建,控制策略基于Simulink建立。使用TruckSim设置需要测试的开环双移线以及正弦增幅两种工况对控制策略进行验证,通过对仿真图像进行分析后可以看出经过控制后车辆稳定性有明显提升。最后通过硬件在环实验进一步对控制策略进行验证,通过搭建好的气压制动系统实验台架与快速原型控制器MicroAutobox以及实时仿真系统Simulator共同组成硬件在环实验平台。通过对正弦增幅以及开环双移线两种工况对控制策略进行验证,通过对质心侧偏角、横摆角速度以及-?相图进行分析后可以看出经过控制车辆具有更高的稳定性。

关键词：横摆稳定性控制侧倾稳定性控制协调控制联合仿真硬件在环仿真

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分布式电驱动汽车状态参数估计及横摆与侧倾稳定性集成控制研究

分布式电驱动汽车状态参数估计及横摆与侧倾稳定性集成控制研究

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作者：梁帅湖南大学

学位级别：硕士

随着电驱动和电动汽车的发展,分布式电驱动汽车因其四轮扭矩独立可控、响应时间短、精度高、能量利用率高,且能实现更复杂的控制方式,被认为是未来汽车的终极形式,已经成为国内外学者研究的热点之一。而现有的主动安全技术如电子稳定控... 详细信息

随着电驱动和电动汽车的发展,分布式电驱动汽车因其四轮扭矩独立可控、响应时间短、精度高、能量利用率高,且能实现更复杂的控制方式,被认为是未来汽车的终极形式,已经成为国内外学者研究的热点之一。而现有的主动安全技术如电子稳定控制(ESC)、防抱死系统(ABS)、牵引力控制(TCS)还主要针对某项状态到达门限值进行单独控制或采取制动措施,无法充分融合车辆及路面信息,并同时实现纵向控制、横摆和侧倾稳定性等相互耦合的多目标需求。因此,要提升分布式电驱动汽车的主动安全性能,一方面在于准确的获取车辆状态参数及路面参数,另一方面则是需要综合考虑纵向、横摆、侧倾方面的集成控制。鉴于以上两点,本文开展了如下研究工作: (1)针对分布式电驱动汽车特性建立了轮毂电机模型和非线性轮胎模型;同时建立了包含纵向、侧向、横摆、侧倾和四轮转动的8自由度整车动力学模型,并与Carsim模型进行对比验证。 (2)基于无迹卡尔曼滤波(UKF)理论,为稳定性控制提供关键信息,设计了切换式双UKF状态及参数联合估计算法,该算法包含一个状态观测器和两个分别适用于纵、侧向运动的参数估计器,量测量选取横摆角速度、纵、侧向加速度、侧倾角速度及轮速,状态观测器能在线实时估计车辆纵向车速、质心侧偏角、车身侧倾角、轮胎侧向力等状态量,并将其输入到参数估计器,而参数估计器根据当前车辆状态判断车辆行驶状态进行切换,纵向运动时估计整车质量、质心高度、质心位置,侧向运动时估计横摆、侧倾转动惯量参数和路面附着系数,估计的参数同样输入到状态观测器进行更新,形成闭环。在对开路面上仿真验证了此估计算法的有效性。 (3)分别对车辆横摆及侧倾稳定性控制进行分析。横摆稳定性方面,分析了横摆稳定性表征量和控制目标,采用分层控制方法,上层通过滑模控制(SMC)理论获取目标附加横摆力矩,然后下层控制器通过上层得到的附加横摆力矩以及驾驶员的输入,通过二次规划的方法以及满足附着椭圆和轮毂电机输出功率等约束的条件下实现轮胎纵向力的最优分配,最后对滑移率进行限制,实现对车轮扭矩的分配,提高了车辆横摆稳定性;侧倾稳定性方面,采用相平面法划分了侧倾稳定域,建立了相平面侧翻指标(RI),并结合改进侧翻预测时间(TTR)方法实现侧翻预警,确定了介入时机,仍采用分层控制方式,上层控制器采用线性二次规划(LQR)理论计算附加横摆力矩,下层控制器与横摆稳定性控制中相同,实现了车辆侧倾稳定性控制。 (4)为实现多目标的主动安全需求,通过对四轮扭矩的独立控制,采用模型预测控制(MPC)理论设计了包含决策层、上层控制器和下层控制器的纵向、横摆和侧倾集成控制策略。决策层根据相平面侧翻指标,侧翻预测时间以及理想横摆角速度偏差等综合判断控制模式,并将各代价函数目标参考值及权重提供给上层控制器;上层的MPC控制器考虑总纵向力、横摆角速度、质心侧偏角和相平面侧翻指标与目标参考值在预测时域里的偏差最小、四个车轮轮胎利用率以及控制量变化最小,实现最优的控制量输出;下层控制器通过车轮扭矩控制滑移率实现上层控制器的目标轮胎纵向力分配。最后通过仿真实验验证了该集成控制策略能够实现纵向控制、横摆及侧倾稳定性等多目标控制需求,优于传统的ESC。

关键词：分布式电驱动汽车状态及参数联合估计横摆稳定性控制侧倾稳定性控制集成控制

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客车横摆稳定性预设性能PID控制

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时代汽车 2024年第5期 134-136页

作者：张凯彭锋李凯王培玉刘杰北京汽车股份有限公司北京市100000 北京新能源汽车股份有限公司北京市100000

针对客车转向横摆稳定性控制问题,提出了一种预定性能PID控制方法。首先,构建了车辆二自由度模型和电液复合转向系统(EHCSS)模型的集成模型。然后,设计了用于客车主动转向控制的预设性能PID控制器,该控制器能够预先设定误差收敛时间和... 详细信息

针对客车转向横摆稳定性控制问题,提出了一种预定性能PID控制方法。首先,构建了车辆二自由度模型和电液复合转向系统(EHCSS)模型的集成模型。然后,设计了用于客车主动转向控制的预设性能PID控制器,该控制器能够预先设定误差收敛时间和收敛精度。最后,利用硬件在环设备,对所提控制方法进行验证。实验结果表明:预设性能PID可以精准地跟踪期望值,并且误差都收敛于预设性能范围内,有效地提高了客车在转向时的横摆稳定性。

关键词：客车电液复合转向系统横摆稳定性控制预设性能PID控制

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基于ESO的机械弹性电动轮式车辆稳定性控制

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吉林大学学报（工学版） 2024年第1期54卷 44-54页

作者：赵又群林涛林棻沈峘南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

针对机械弹性电动轮(MEEW)式车辆的稳定性控制问题,考虑到车辆在实际行驶时存在的一些MEEW内部摄动和外部干扰,建立了存在非线性干扰项的2自由度车辆模型。基于上述模型对整车进行稳定性分层控制,在上层中分别设计了基于扩张状态观测器(... 详细信息

针对机械弹性电动轮(MEEW)式车辆的稳定性控制问题,考虑到车辆在实际行驶时存在的一些MEEW内部摄动和外部干扰,建立了存在非线性干扰项的2自由度车辆模型。基于上述模型对整车进行稳定性分层控制,在上层中分别设计了基于扩张状态观测器(ESO)的横摆角速度和质心侧偏角滑模控制器。通过ESO对非线性干扰项进行实时的观测和补偿。依据β-β相平面对车辆的稳定性区域进行划分,并基于此对上述两个控制器进行平滑切换。在下层控制器中,基于二次规划方法进行转矩分配。仿真实验结果表明:在考虑干扰的情况下,本文横摆稳定性控制器能够很好地控制匹配MEEW的分布式驱动电动车的稳定性。

关键词：扩张状态观测器机械弹性电动轮横摆稳定性控制非线性干扰项滑模控制

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基于状态估计的轨迹跟踪系统设计与横摆稳定性研究

基于状态估计的轨迹跟踪系统设计与横摆稳定性研究

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作者：袁腾飞贵州师范大学

学位级别：硕士

汽车保有量的急剧增长引发了一系列的社会问题,交通堵塞现象比以往更加严重,降低了人们的出行效率。自动驾驶车辆能够在无需人工干预的情况下,安全高效地完成提前设定的驾驶任务,从而减少由于驾驶员误操作而造成的交通事故和经济损失。... 详细信息

汽车保有量的急剧增长引发了一系列的社会问题,交通堵塞现象比以往更加严重,降低了人们的出行效率。自动驾驶车辆能够在无需人工干预的情况下,安全高效地完成提前设定的驾驶任务,从而减少由于驾驶员误操作而造成的交通事故和经济损失。精确稳定的轨迹跟踪控制系统是实现自动驾驶最重要的任务之一,轨迹跟踪包括横向路径跟踪和纵向速度跟踪两部分。横向运动控制是轨迹跟踪控制系统的基础,必须保证车辆的路径跟踪精度和在恶劣路况下车辆的稳定性。同时,由于车辆的横、纵向运动之间存在强烈的耦合关系,车辆在转弯的时候,纵向速度的变化会不可避免地影响横向控制器的精度,因此有必要设计速度跟踪控制器,并对无人驾驶车辆的横、纵向综合控制进行研究。此外,车辆在行驶过程中,横摆角速度和纵向速度会随时间变化,并且很难由常见的车载传感器测得,因此车辆状态参数的不确定性也是一个亟待解决的问题。本文针对以上问题进行了基于状态估计的轨迹跟踪系统设计与横摆稳定性研究,主要研究内容如下:(1)首先通过合理假设,建立了车辆动力学模型和基于“魔术公式”的轮胎模型,并对轮胎动力学特性进行了仿真分析,得到轮胎处于线性工作区域时的侧偏角范围。针对车辆行驶过程中横摆角速度和纵向速度随时间变化并且难以测量的问题,建立三自由度非线性车辆模型反映车辆的动力学特性,基于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)设计了车辆行驶状态观测器,分别对车辆的横摆角速度和纵向速度进行估计。(2)其次,在车辆动力学模型的基础上,结合对跟踪误差的分析,建立了轨迹跟踪误差动力学模型,基于该模型设计了线性二次调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)横向跟踪控制器,将横向跟踪问题转化为一个考虑误差动力学约束的线性二次规划问题,并求解得到最优前轮转角输入;为了有效消除横向稳态偏差,在反馈控制中加入前馈控制模块;同时,为了减小由于汽车的不足转向特性而产生的横向偏差,提出了加入前轮转角补偿的“反馈+前馈+前轮补偿”LQR路径跟踪控制器;另外,为了解决车辆在低附着系数路面行驶时稳定性下降的问题,基于滑模变结构控制理论(Sliding Model Control,SMC)设计了后轮横摆稳定性控制器,将横摆角速度和质心侧偏角的理想参考值与实际值之间的偏差作为输入,采用指数趋近率,求解得到后轮转角作为输出。(3)此外,为了解决由于纵向车速的变化而引起横向偏差增大的问题,设计了基于模型预测控制算法(Model Predict Control,MPC)的速度跟踪控制器。采用分层控制结构,上层控制器采用基于MPC的速度跟踪控制器以达到在平坦路面上跟踪期望加速度的目的,设计了包含对期望加速度跟踪误差最小化、控制量和控制增量最小化的优化目标函数,并考虑了相关的车辆动力学约束;下层控制器基于比例积分微分(PID)控制方法,将上层控制器输出的加速度转化成车辆的油门开度和制动主缸压力,最终实现精确的纵向速度跟踪控制。(4)最后,为了验证所提出的基于状态估计的轨迹跟踪控制系统与横摆稳定性控制策略的有效性,搭建了基于Car Sim与MATLAB/Simulink的联合仿真平台,在低附着系数路面上,分别对比了低速、中速和高速换道工况下车辆的横向跟踪偏差、横摆角速度和质心侧偏角的变化情况。仿真结果显示,本文所设计的EKF观测器能够较准确地估计车辆状态参数,所提出的轨迹跟踪控制器在不同的工况下都能准确地完成轨迹跟踪任务。此外,相比于未加入横摆稳定性控制的轨迹跟踪控制器,施加横摆稳定性控制之后,车辆在牺牲了较小的横向跟踪精度的前提下,操纵稳定性得到了明显的提高,具有较高的应用价值。

关键词：轨迹跟踪状态估计线性二次调节器模型预测控制横摆稳定性控制

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变质心工况下考虑执行器失效的无人搬运车横摆稳定性研究

变质心工况下考虑执行器失效的无人搬运车横摆稳定性研究

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作者：张庆杰盐城工学院

学位级别：硕士

无人搬运车作为特殊用途车辆,大多应用场景中存在货物较重,放置位置随机的问题,使得质心位置发生变化影响车辆横摆稳定性,这在乘用车领域是鲜有研究的。且随着科技进步和主动安全技术普及,分布式驱动车辆在提高安全性和灵活性的同时,也... 详细信息

无人搬运车作为特殊用途车辆,大多应用场景中存在货物较重,放置位置随机的问题,使得质心位置发生变化影响车辆横摆稳定性,这在乘用车领域是鲜有研究的。且随着科技进步和主动安全技术普及,分布式驱动车辆在提高安全性和灵活性的同时,也增加了系统的复杂性和控制执行器的数量,增大了驱动系统失效的概率。因此,本文以四轮驱动四轮转向(4WD/4WS)底盘结构的无人搬运车为研究对象,对变质心工况下考虑执行器失效的横摆稳定性展开研究,本文的研究内容主要有以下几点:(1)搭建无人搬运车动力学模型。采用模块化建模思维,搭建车身三自由度动力学模型、轮胎模型、车轮回转模型、轮边电机模型和执行器故障模型。考虑到车辆的横摆稳定性与轮胎模型息息相关,对建立的魔术轮胎模型进行了轮胎力特性分析。(2)设计考虑执行器失效的横摆稳定性控制器。主要包括模型预测控制器和分层控制器。首先,基于模型预测控制理论设计最优输入求解控制器,对无人搬运车的最优状态输入进行求解以及建立二自由度理想模型求解理想值;其次,分层控制器上层基于模糊理论设计期望目标力矩求解器,对理想附加横摆力矩进行求解并建立基于负载变化的目标函数驱动力矩分配方法;最后,分层控制器下层基于控制增益设计驱动力矩重构分配控制器,对四轮的驱动力矩进行重构分配。(3)横摆稳定性控制器仿真分析。基于Car Sim和Matlab/Simulink搭建联合仿真平台,对本文设计的横摆稳定性控制器的正确性进行验证。仿真分析过程中,选择横摆角速度、质心侧偏角、各轮转矩等参数作为评价指标。在质心位置变化的情况下对角阶跃工况、直线工况和双移线工况进行仿真,无控制状态下横摆角速度和质心侧偏角超出参考模型理论值10%,相比于横摆稳定性控制器参与后,横摆角速度响应和质心侧偏角响应可以围绕理论值上下小幅度波动,误差保持在4%以内。多个工况下的仿真结果表明所建立的横摆稳定性控制策略的正确性和有效性。(4)算法验证实验。搭建4WD/4WS底盘结构的无人搬运车样机,在质心位置变化的情况下对角阶跃工况、直线工况和双移线工况中进行算法验证实验。实验表明,在横摆稳定性控制器的参与下,各参数跟随理论值变化,超调量与理论值的误差都在5%以内,能够实现无人搬运车失稳时的横摆稳定性控制,且能够减少系统延迟,加快响应速度,提高无人搬运车的横摆稳定性。

关键词：变质心执行器失效无人搬运车横摆稳定性控制

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分布式驱动自动驾驶车辆路径跟踪与稳定性控制研究

分布式驱动自动驾驶车辆路径跟踪与稳定性控制研究

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作者：周以然重庆理工大学

学位级别：硕士

汽车工业的进步显著的方便了现代人们的生活,但同时因汽车的普及也出现了诸如交通拥堵、环境污染等问题,因此未来汽车势必将向着更加智能化、网联化、电动化的方向发展。车辆的无人化驾驶作为汽车科技发展的最终形态,路径跟踪控制则是... 详细信息

汽车工业的进步显著的方便了现代人们的生活,但同时因汽车的普及也出现了诸如交通拥堵、环境污染等问题,因此未来汽车势必将向着更加智能化、网联化、电动化的方向发展。车辆的无人化驾驶作为汽车科技发展的最终形态,路径跟踪控制则是实现车辆真正无人化驾驶的技术前提。而分布式驱动电动汽车以优良的性能使得其成为电动汽车的主流驱动形式之一,具备良好的应用前景。因此本文将其作为研究对象,针对自动驾驶车辆的路径跟踪控制以及车辆的行驶稳定性问题,利用分布式驱动电动汽车在结构方面的优势,进行分布式驱动自动驾驶车辆的路径跟踪与行驶稳定性控制策略的研究,以期在改善自动驾驶车辆路径跟踪控制效果的同时,提升车辆在跟踪行驶过程中的整体稳定性。首先针对分布式驱动自动驾驶车辆的动力学建模问题进行了分析,为了降低运算难度,在基于合理简化假设的前提下建立了包含车辆横向、纵向、横摆以及四个车轮的转动共七自由度的整车动力学模型;建立了基于魔术公式的非线性轮胎模型,并对所建立的轮胎模型进行了特性分析,确定了轮胎的线性工作区;根据研究需要建立了轮毂电机模型,并对所建立的轮毂电机模型进行了参数匹配工作。最后采用在Carsim中建立相同参数整车模型的方式对本文所建立的车辆模型进行了仿真验证,说明了所建立模型的可靠性和有效性。其次在建立的整车动力学模型基础上,建立了基于模型预测控制的自动驾驶车辆路径跟踪控制器,并通过搭建Carsim与MATLAB/Simulink联合仿真平台的方式对所设计的路径跟踪控制策略进行了仿真验证分析,讨论了模型预测控制器预瞄步长对跟踪控制效果的影响,分析了采用固定预瞄步长的控制器难以兼顾车辆的路径跟踪控制精度与行驶稳定性的问题,并针对该问题展开了预瞄步长自适应控制的研究。考虑分别以车辆的横摆角速度和跟踪偏差作为控制输入,预瞄步长作为输出,采用模糊控制理论实时调整预瞄步长输出值,从而实现对预瞄步长的自适应控制。为验证所设计的预瞄步长自适应控制器的控制效果,分别选取了不同行驶工况进行了仿真分析。结果表明,采用预瞄时间自适应控制策略的模型预测控制器能够显著改善车辆在不同工况下行驶时的路径跟踪控制精度与行驶稳定性。接下来针对自动驾驶车辆在特殊工况下进行路径跟踪控制时车辆的行驶稳定性变差的问题,分析了横摆角速度和质心侧偏角等稳定性控制参数对车辆稳定性的影响,并对控制参数的理想值进行了分析计算。基于滑模变结构控制策略,建立了横摆角速度和质心侧偏角联合控制的横摆稳定性控制器,针对下层各轮转矩分配问题,结合纵向驱动力需求与横摆力矩需求与相关约束条件建立了四轮转矩优化分配控制器对转矩进行优化分配控制,考虑到车辆行驶速度的变化对于行驶稳定性的影响,设计了PI控制器对纵向车速进行跟随控制。并通过进行闭环双移线路径和开环正弦转交输入下的仿真实验,结果表明,所设计的横摆稳定性控制策略能够显著的改善车辆的行驶稳定性。最后,为了验证所提出的分布式驱动自动驾驶车辆的路径跟踪控制与稳定性控制策略的有效性,搭建了基于Carsim与MATLAB/Simulink的联合仿真平台,选取干燥沥青路面、湿滑沥青路面以及冰雪路面三种不同附着工况对集成了路径跟踪与稳定性控制策略的控制效果进行了仿真验证。联合仿真试验结果表明,本文所提出的模型预测路径跟踪控制算法、横摆力矩控制、四轮转矩优化分配控制算法均有较好的控制效果。车辆在三种路面条件下进行路径跟踪行驶时,相比未采用稳定性控制策略的车辆,在路径跟踪精度以及行驶稳定性等方面均取得了较好的性能表现。

关键词：分布式驱动电动汽车路径跟踪模型预测控制横摆稳定性控制

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基于轮毂电机驱动智能车辆路径跟踪与稳定性控制研究

基于轮毂电机驱动智能车辆路径跟踪与稳定性控制研究

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作者：于博博重庆理工大学

学位级别：硕士

在当今时代,汽车数量的激增带来了诸多挑战,如交通拥堵、资源紧张以及排放污染等问题。面对这些难题,汽车的电动化发展逐渐被认为是解决这一系列问题的关键途径。而轮毂电机驱动电动汽车由于每个车轮可以单独控制,被视为是实现智能驾驶... 详细信息

在当今时代,汽车数量的激增带来了诸多挑战,如交通拥堵、资源紧张以及排放污染等问题。面对这些难题,汽车的电动化发展逐渐被认为是解决这一系列问题的关键途径。而轮毂电机驱动电动汽车由于每个车轮可以单独控制,被视为是实现智能驾驶的最佳平台。因此本文以轮毂电机驱动智能车辆作为研究对象,对于车辆的路径跟踪与横摆稳定性问题,以充分发挥轮毂电机各独立可控的优势,通过设计合理的控制策略,致力于在提升路径跟踪精度的同时,也兼顾车辆行驶的稳定性。首先,对车辆动力学模型进行了分析,在合理假设的条件下,构建了符合路径跟踪控制需求的车辆动力学模型;接着,根据车辆动力需求对轮毂电机进行建模分析和参数匹配,并设计PI速度跟踪控制器实现纵向速度的控制;然后,修改Car Sim动力系统及参数配置等,完成与Simulink联合仿真平台的搭建。考虑到质心侧偏角在实际中不易获得,通过基于运动学和动力学两种方法进行扩展卡尔曼滤波质心侧偏角估计器的设计,并通过仿真对比的方式,验证了基于运动学扩展卡尔曼滤波质心侧偏角估计器具有更好的估计精度和良好的鲁棒性。其次,在已建立的车辆动力学模型基础上,运用MPC控制理论搭建了路径跟踪控制器;然后通过仿真,对比了在固定车速下不同预测时域的跟踪效果;随后根据分析,利用路径跟踪的横向误差和航向误差设计了适应度函数,并采用遗传算法对不同车速下的预测时域进行优化求解;接着,根据最优预测时域与车速的对应关系设计了自适应预测时域控制器,实现了不同车速下的预测时域的自适应控制;最后,将不同预测时域的控制器在变车速工况下进行仿真对比。结果表明:自适应预测时域控制相比于固定预测时域控制的车辆有效提高了对目标路径的跟踪精度。接下来,针对车辆横摆稳定性控制研究。首先选取了横摆角速度和质心侧偏角两个稳定性参数作为控制目标,并分别基于滑模控制构建了直接横摆力矩控制器;然后,提出了改进的趋近律用于削弱控制中的抖振现象,同时考虑到横摆角速度和质心侧偏角的耦合关系,设计了联合控制模块以输出最终的横摆力矩;接着,将轮胎附着利用率最小化作为目标函数,设计了转矩优化分配控制器对各个车轮转矩进行分配;通过在高速、低附着路面上分别对方向盘施加角阶跃和正弦转角进行仿真分析,验证了本文所提出横摆稳定性控制策略的有效性。最后对路径跟踪控制与横摆稳定性控制进行联合仿真测试。针对车辆在高、中、低三种不同的附着路面上,通过Car Sim-Simulink仿真平台分别选取了不同车速进行仿真分析,并将单独MPC路径跟踪控制作为对照组。结果显示:本文设计的联合控制策略相比单独MPC路径跟踪控制,在保证车辆具有较好的跟踪精度下,也提升了行驶的稳定性。

关键词：路径跟踪 MPC控制横摆稳定性控制滑模控制联合控制

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