基于MPC的四轮转向车爆胎稳定性控制

四轮独立转向驱动汽车相比传统车辆具有更多控制自由度,具备在高曲率跟踪精度好,低附着路面操纵稳定性优越的特点。本文针对车辆在轨迹跟踪中所面对的低附着、爆胎等紧急工况,本研究采用模型预测控制理论,针对四轮转向电动汽车的横摆稳定性问题进行了探究。以横摆角速度和横向误差为控制目标,计算出最优四轮转角和直接横摆力矩,下层采用最优转矩分配并考虑轮胎摩擦圆约束,以实现对四轮驱动电动汽车的稳定性控制。在CarSim/Simulink联合仿真整车模型中,采用参数化建模设置整车参数。通过双移线爆胎工况仿真实验分析,所提出的策略能够有效地提高四轮驱动电动汽车的轨迹跟踪精度,从而提高整车的行驶稳定性。     

轮毂电机驱动汽车区域极点配置横向稳定性控制

分布式驱动结构给车辆动力学控制带来机遇和挑战,如何可靠地实现其横向稳定性控制是关键技术。考虑车辆参数的不确定性,提出了基于区域极点配置的轮毂电机驱动汽车横向稳定性控制策略,分析了保性能权重矩阵参数对控制性能的影响;为了能最大限度地利用路面附着能力,利用轮毂电机驱动力和制动力共同产生横摆力矩,并结合驱动模型切换提出了规则化转矩分配控制策略;通过数值仿真和硬件在环仿真开展了控制系统的性能分析。结果表明,所提出的基于区域极点配置的上层控制策略不仅能改善汽车的操纵稳定性,而且对轮胎侧偏刚度等参数不确定性具有较强的鲁棒性;同时,下层规则化转矩分配控制策略能确保在低附着路面可靠实现转矩分配。     

汽车主动转向与直接横摆力矩协调控制

为了提高汽车的操纵稳定性和行驶稳定性，分别对主动转向及直接横摆力矩控制进行了研究。根据汽车线性二自由度模型获得汽车稳态工况下的期望横摆角速度和期望质心侧偏角，设计了上层控制器和下层控制器，其中上层控制器为主动转向与直接横摆力矩功能分配的协调控制，下层控制器采用单神经元自适应PID算法设计了主动转向控制器和直接横摆力矩控制器。基于汽车行驶稳定性指标设计了调度参数，以实现主动转向和直接横摆力矩的协调控制。分别选取高附着系数路面和低附着系数路面进行了正弦输入试验和阶跃输入试验，结果表明所设计的控制系统能够很好地提高线控转向汽车的操纵稳定性和行驶稳定性。     

分布式驱动电动汽车转向工况转矩分配控制研究

针对分布式驱动车辆转向工况在低速下期望提高转向机动性能，高速下期望保证行驶稳定性的需求，充分考虑转向行驶内外侧车轮的转向关系以及车辆动力学，制定了适应车速变化的四轮转矩分配策略，建立了四轮轮毂电机驱动模型以及二自由度参考模型。为了改善分布式驱动转向机动性能，建立自抗扰控制器调整内外侧车轮转矩，形成合理的转速差，减小转向半径，以提高转向机动性；对于高速转向行驶稳定性的需求，通过二次规划方法优化分配各车轮驱动力矩，分析轮胎纵横向附着裕度建立目标函数，并加入附加横摆力矩和路面附着力的限制，进行车轮驱动转矩的在线优化分配，提高车辆转向行驶的稳定性；另外为避免2种控制模式转换时驱动转矩突变，根据车速和稳定性参数制定模糊规则决策2种模式的协调系数，保证2种控制模式的平滑过渡。基于CarSim和MATLAB/Simulink进行联合仿真，并搭建硬件在环平台进行试验，对所提出的方法进行验证。结果表明：在低速转向工况下，提出的分配策略能够调节内外侧车轮产生差速效果，与转矩平均分配的策略相比，转向半径有所减小，提高车辆机动性；高速转向工况下，分配策略能够保证车辆稳定转向，与未考虑稳定性控制的分配策略相比，能更好地跟踪目标轨迹，且横摆角速度控制在参考横摆角速度附近，证明了所提控制策略的有效性。     

基于同侧车轮制动力优化分配的汽车稳定性控制

针对汽车复杂行驶工况下的稳定性问题,提出了基于同侧车轮制动力优化分配的汽车稳定性控制方法。整体控制分为上层横摆力矩控制与下层制动力优化分配两部分,上层横摆力矩控制以跟踪参考横摆响应为目标,输出保持车辆横向稳定性的修正横摆力矩;下层制动力优化分配采用最优化分配算法计算需要施加在各制动车轮上的制动力,实现上层横摆力矩控制器输出的修正横摆力矩。利用MATLAB/Simulink与Carsim联合仿真验证控制效果,结果表明,基于同侧车轮制动力优化分配的汽车稳定性控制在多种复杂运行工况下均能较好地跟踪汽车参考横摆响应,减小质心侧偏角,改善汽车的操纵稳定性。     

分布式驱动无人车路径跟踪与稳定性协调控制

针对无人车路径跟踪过程中跟踪效果与车辆稳定性这一多目标控制问题,基于分层控制理论提出了一种分布式驱动无人车辆路径跟踪与稳定性协调控制策略。建立了车辆动力学模型和路径跟踪模型,利用滑模控制方法设计了上层控制器,旨在减小路径跟踪过程中的航向偏差和横向偏差的同时确保车辆自身的稳定性。在下层控制器中,设计了一种四轮轮胎力优化分配方法,根据上层控制器需求,结合车辆横摆与侧倾稳定性情况,实现四轮轮胎力的定向控制分配。基于CarSim和Simulink搭建了联合仿真模型并进行仿真实验,结果表明,提出的协调控制策略能够有效地控制车辆路径跟踪中的航向偏差和横向偏差,同时确保车辆的侧倾与横向稳定性。     

基于驱动力控制的双电机独立驱动电动汽车DYC系统研究

DYC(Direct Yaw moment Control,直接横摆力矩控制)能够提高汽车的操纵稳定性。提出一种采用分层控制结构的DYC控制系统,上层为横摆力矩决策层,采用滑模变结构控制,计算保持整车稳定所需要的附加横摆力矩;下层为横摆力矩分配层,将决策层得出的附加横摆力矩分配到每个驱动电机,并输出相应转矩。通过建立Car Sim和Simulink联合仿真平台,在双移线工况下,验证控制策略能够提高整车的操纵稳定性。     

分布式驱动电动汽车复合制动系统转矩分配控制策略仿真

针对分布式驱动电动汽车,提出了一种复合制动系统控制策略。采用分层的制动转矩分配控制结构,上层控制器采用滑模控制策略,对目标纵向力和横摆力矩进行求解,以满足车辆在制动时制动效能和制动稳定性的要求;下层控制器采用加权最小二乘控制,对四轮液压制动转矩和电机制动转矩进行分配,通过增大电机制动力分配的权值达到能量回收的最大化,并采用有效集算法完成目标函数的求解。在此基础上,在Simulink中建立了7自由度整车动力学模型,在对开路面的工况下进行了仿真分析,结果表明:所制定的控制策略能满足要求,在保证车辆制动稳定性的同时,最大限度回收制动能量。     

基于稳定度指标的分布式驱动车辆转向稳定性控制研究

针对装有轮毂电机的分布式驱动车辆,设计了一种车辆稳定性控制系统,该系统包括上层附加横摆力矩决策和下层转矩分配2个层次.基于滑模控制理论设计了上层β-ω联合控制器,并用修正的五参数菱形法划分车辆相平面的稳定域,基于此设计稳定度指标进行失稳判断与控制比例分配,下层基于动态载荷理论分配附加横摆力矩,优化了控制分配效果,在MA...     

智能汽车轨迹跟踪与横摆稳定性协同控制

为了提高四轮独立驱动智能电动汽车在变曲率弯道下的轨迹跟踪精度和横摆稳定性,提出了一种模型预测控制与直接横摆力矩控制协同的综合控制方法。建立了横纵向耦合的车辆动力学模型,采用2阶龙格库塔离散法保证了离散模型的精度,并基于简化的2自由度动力学模型推导了车辆横摆稳定性约束,设计了非线性模型预测控制器;利用直接横摆力矩控制能够改变车辆横摆角速度和航向角的特点,考虑模型预测控制器的预测状态、控制量以及跟踪误差,设计了协同控制规则。仿真结果表明,协同控制方法解决了考虑横摆稳定性约束的模型预测控制器中存在的稳定性约束与控制精度相矛盾的问题,并补偿了模型预测控制器没有可行解时对横摆稳定性的约束,同时提高了智能汽车的轨迹跟踪精度和横摆稳定性。     

独立轮驱动电动汽车驱动力分配策略仿真研究

为实现高速状态下驱动转向工况的车辆稳定性,采用层次化控制结构,上层控制器为运动控制器,计算总的纵向力和横摆力矩需求,其中计算横摆力矩采用滑模变结构控制方法;下层控制器为实现所需求的纵向力和横摆力矩,同时提高轮胎力利用率以增加横向操纵稳定裕度,并满足轮胎力极限、电机输出性能等约束条件,采用优化算法计算分配到各个车轮的驱动力。进行高速行驶汽车单移线仿真试验,验证本文提出的控制策略的性能。     

FSAC赛车轨迹跟踪协同控制策略研究

针对中国大学生方程式赛车 （FSAC） 在比赛中横向-纵向协同控制的轨迹跟踪精度和稳定性问题，根据现代控制理论和经典控制理论提出一种以纵向速度为结合点的线性二次控制器 （LQR） 和比例-积分-微分算法 （PID） 的横纵向协同控制策略，并根据赛车相对参考轨迹的位置设计了一种协同控制器。建立二自由度车辆动力学模型，基于该模型设计了横向LQR位置跟踪控制器和纵向PID速度跟踪控制器。所设计的控制策略在CarSim和Simulink搭建的循迹工况联合仿真场景下进行仿真验证，仿真结果为纵向位置偏差小于0.07 m，横向位置偏差小于0.03 m。对控制算法进行实车验证，结果表明，该策略有效提高了赛车的轨迹跟踪精度和行驶稳定性。     

基于模型预测控制的主动四轮转向车辆稳定性研究

为提高汽车在高速、低附着系数路面下的操纵稳定性,论文设计模型预测控制器跟踪线性二自由度理想模型,得到横摆角速度与质心侧偏角偏差,然后由二次规划算法计算实际的四个车轮转角,并在Carsim软件中建立开环角阶跃工况进行联合仿真。结果表明:文章所设计的基于模型预测控制的主动四轮转向汽车相对于前轮转向,能够有效降低整车角阶跃输入下的横摆角速度与质心侧偏角,更好地跟踪理想控制目标,主动四轮转向汽车提高了整车的操纵稳定性和路径跟随精度。     

基于 MPC 的分布式驱动越野车辆原地转向控制研究

针对轮毂电机分布式驱动越野车辆在狭小空间快速机动的需求，设计了一种分层结构的原地转向控制策略。基于动力学原理分析了各轮载荷、附着条件对原地转向横摆速度的影响机理，并搭建原地转向运动学模型，上层采用模型预测控制算法设计原地转向理想轨迹以及期望的横摆角速度，开发基于 PI滑模控制的横摆运动跟踪算法，通过补偿转向横摆力矩以提高方向角控制的鲁棒性和稳定性，下层以最优轮胎利用率为目标，设计二次规划算法优化分配各轮附加横摆力矩。dSPACE 硬件在环测试结果表明，所提出的控制算法可在保证稳定性的前提下实现原地转向，大幅提高了车辆的转向机动性，在方向盘动态输入仿真中，车辆最大转弯半径为 0.157 m，转向中心的最大偏移量为 3.610 m；同时，驾驶员能对转向过程进行闭环控制，实现了原地转向过程中横摆速度的实时调节。     

多轮分布式电驱动车辆双重转向分层控制系统设计

为了提高多轮分布式电驱动车辆在复杂机动环境下的转向能力,设计了一种基于直接横摆力矩控制的双重转向系统。该控制系统采用分层结构,上层为横摆力矩决策层,下层为驱动力分配层。在控制系统上层,基于无迹卡尔曼滤波和递归最小二乘结合算法进行路面辨识;根据车辆状态信息和路面条件自适应调节滑移转向比,由车辆动力学模型和滑移转向比确定双重转向参考模型;针对滑模面附近非连续特性造成的控制信号抖动现象,将滑模控制算法进行改进,设计了滑模条件积分控制器,使车辆实际横摆角速度追踪双重转向参考模型计算出期望横摆角速度。系统下层在保证车辆总驱动力的前提下,基于控制分配规则将上层广义目标控制力需求分配至各执行器。最后,利用硬件在环实时仿真平台进行控制策略验证。结果表明,分层控制系统较好地实现了路面识别功能和车辆双重转向功能,针对不同路面工况对车辆进行了有效地行驶控制,减小了车辆在狭小弯曲地区的转弯半径,抑制了车辆状态参数及电机转矩的颤振和抖动,改善了车辆小半径行驶的转向机动性和高速行驶稳定性。     

分布式驱动电动汽车操纵稳定性控制仿真

本文研究通过直接横摆力矩控制来提高分布式驱动电动汽车稳定性问题。针对充分发挥四轮独立驱动电动汽车各电机独立可控的特点来提高车辆稳定性的问题,提出了基于滑模变结构控制原理的车辆稳定性分层控制策略。其中,以横摆角速度和质心侧偏角为控制变量,设计了上层附加横摆力矩层。考虑地面附着条件和电机外特性约束,设计了下层动态转矩分配层。通过Simulink与Carsim联合仿真表明,所设计控制策略提高了车辆的稳态行驶能力,增强了车辆的横向稳定性,控制策略行之有效。     

分布式电驱动汽车原地转向机理与控制方法研究

分布式电驱动汽车能够通过原地转向功能提高车辆的机动性。原地转向下车辆的4个车轮均处于滑移状态,极易发生车身偏移甚至失控。为了实现稳定精准的原地转向控制,分析了原地转向的动力学机理,并提出横摆角速度与滑转率协同的控制策略。基于纵向动力学设计路面附着估计算法,完成原地转向前的路面状况判断;采用了分层式控制架构,上层控制器基于车辆状态协调转矩控制策略,下层控制设计横摆角速度决策框架,根据油门开度计算原地转向的名义横摆角速度,基于二次性能指标的单神经元自适应PID控制算法计算四轮驱动转矩,以实现横摆角速度的跟踪控制,并引入模糊逻辑推理得到四轮期望滑转率,通过PID算法计算驱动转矩调节量,配合横摆角速度转矩控制以抑制转向中心的偏移。仿真测试和实车试验表明：在附着系数一定的情况下,稳态原地转向的轮胎视为刚体,侧偏角与地面侧向反作用力基本不变,试验结果符合所推断的原地转向动力学机理;并验证横摆角速度跟踪控制算法在不同附着系数下具有理想的跟踪效果和鲁棒性,响应速度相比于PID提高46%,最大超调量减小24.0%,平均调节时间缩短1.3 s,平均稳态误差均在0.01 (°)·s^-1...     

基于动态门限值的分布式驱动电动汽车驱动力矩控制研究

为改善分布式驱动电动汽车高速行驶稳定性，避免频繁驱动控制操作对汽车行驶安全性的影响，提出了一种适应不同驾驶工况的参数动态门限值算法，设计了汽车附加横摆力矩滑模控制策略和驱动力矩二次规划优化分配控制策略，并进行了角阶跃输入工况和双正弦输入工况的仿真分析。结果表明，所设计的控制策略能有效控制汽车的质心侧偏角与横摆角速度，在保证汽车行驶稳定性的前提下，使质心侧偏角与理想值偏差减小了3.6%以上，轮胎附着利用率减少19.5%以上，有效地降低了轮胎附着利用率，提高了汽车的行驶安全性。     

基于最优滑移率的车辆轨迹跟踪控制研究

为了实现智能车辆最优的轨迹跟踪控制,最大程度的利用滑移率和地面附着系数实现智能车辆的动力学控制,文章提出了考虑滑移率的轨迹跟踪控制方法。根据车辆行驶特性,建立动力学方程,计算运动过程中的轮速和横摆角,并结合滑移率对车辆动力学的影响,基于最优滑移率设计了控制系统,以制动工况为例,实现制动车速工况下的最优控制。基于车辆二自由度模型,运用Matlab建立二维空间整车运动轨迹模型,得到车辆运动仿真轨迹。仿真结果验证了数学模型的准确性和正确性。考虑滑移率和车辆动力学的轨迹跟踪控制更具真实准确,文中数学模型及设计的控制系统对车辆跟踪控制有参考价值。     

紧急避障工况下的分布式驱动电动汽车稳定性控制

为了提高紧急避障工况下分布式驱动电动汽车的稳定性,提出了一种基于纵向力优化的转矩分配策略。控制器采用分层控制:在上层控制器中,根据纵向力的需求,基于线性二次型控制算法计算出控制横摆角速度与质心侧偏角所需的附加横摆力矩;在下层控制器中,考虑各约束条件,将计算出的附加横摆力矩合理地分配给各轮。分别利用CarSim和MATLAB/Simulink搭建整车模型和控制策略模型,进行联合仿真。仿真结果表明,所提出的转矩分配策略可以有效地保证车辆的稳定性,同时通过减少制动力在主动安全控制中的参与范围,起到减少能量损耗的作用。