基于控制分配的四轮独立电驱动车辆驱动力分配算法

针对目前四轮独立电驱动车辆研究中尚未有效解决的系统失效控制问题,提出了一种基于控制分配的驱动力分配算法.首先建立了满足车辆经济性要求的目标函数和相关约束条件,通过优化保证在正常驱动状态下整车具有最佳的经济性能.接着基于控制分配原理对故障电机驱动转矩进行约束处理,使目标转矩能够在多种失效情况下实现再分配,有效解决了多驱动电机系统失效控制问题.最后,仿真结果验证了所提出的算法能在安全约束下有效地改善车辆的经济性,并系统地提升了车辆应对故障的能力.     

分布式电动车辆驱动系统MFAC主动容错控制

为解决分布式电驱动车辆驱动系统主动容错控制大多需要依赖于复杂、非线性车辆模型以及精确故障信息这一问题,提出了基于多输入多输出无模型自适应主动容错控制方法。该方法在控制系统设计时仅利用车辆系统的多个输入输出信息,在各个失效工况下,通过驱动系统和转向系统的协同容错控制,保证车辆既能维持期望车速也不偏离既定轨迹行驶,并通过理论推导证明了控制器单调收敛性和有界输入输出。基于MATLAB/Simulink和CarSim的联合仿真对控制算法有效性进行了验证,典型工况下,整车纵向速度误差维持在3%以内,横向不失稳以及不跑偏,确保了行驶安全;在此基础上通过驾驶模拟器实验验证了控制算法的实时性。     

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。     

四轮独立驱动电动汽车驱动力最优控制方法

基于对四轮独立驱动汽车进行的动力学分析,提出通过调节驱动电机的电流来控制各轮纵向力以提高车辆操纵稳定性的策略.建立了驱动系统的动态响应模型,并将其变换为驱动系统控制模型.提出整车控制方案和控制器参考输入的调整方法,并运用最优控制理论设计了驱动系统反馈控制器.最后采用等转矩和等功率驱动力分配策略进行实验,结果表明该方法能取得较好的控制效果.     

线控转向系统故障检测及容错控制协同设计

为解决线控转向系统故障可能导致车辆失控的问题,提出一种故障检测及容错控制协同设计方法。首先,建立了包含线控转向系统加性故障的车辆动力学模型;其次,联合车辆动力学模型及故障检测/容错控制器,建立跟踪误差闭环控制系统;然后,求解满足闭环系统H∞性能的线性矩阵不等式,得到故障检测/容错控制器参数;最后,基于dSPACE Full-Size HIL进行硬件在环仿真测试。结果表明,该方法可快速检测出转向系统故障,同时实现了车辆的容错控制。     

基于功能安全的分布式驱动电动汽车前轮失效补偿控制

分布式驱动电动汽车可以实现四轮转矩分配和差动转向,提升整车的动力学控制性能和经济性,但是四轮转矩独立可控的特点也对功能安全提出挑战。当前轮单侧电机出现执行器故障失效情况时,不仅会产生附加横摆力矩降低车辆安全性,差动转向功能的存在还会使车辆严重偏航。基于此,在设计分布式驱动-线控转向一体化底盘的基础上,基于功能安全提出一种分布式驱动电动汽车前轮失效补偿控制策略。首先建立分布式驱动失效动力学模型,分析前轮失效对车辆状态的影响机理,发现单一的驱动转矩截断控制无法满足车辆状态修正需求;其次设计一套备用的线控转向结构,通过变截距滑模控制算法提高切换状态下线控转向系统的转角跟踪性能,并用台架试验验证跟踪的准确性;然后设计自适应失效诊断观测器实时诊断驱动系统的电机故障,在将对应轮进行驱动转矩截断后,通过模型预测控制算法对车轮转矩重新分配实现纵向和侧向的状态跟踪;最后通过仿真和实车试验验证所提失效补偿控制策略的有效性和可用性。研究结果表明：分布式驱动电动汽车前轮单侧电机失效后,备用的线控转向系统能及时矫正前轮转角,所提出的失效补偿控制策略能够快速恢复车辆的稳定性和路径跟踪能力。     

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。     

基于最小模型误差估计的智能汽车路径跟踪控制

为提高分布式驱动电动智能汽车在自主循迹过程中关键参数的估计精度并降低模型不确定性对控制系统鲁棒性的影响,本文中提出了一种基于观测器的自适应滑模路径跟踪控制策略。首先,针对难以直接精确测量的车辆纵、侧向速度,建立了5输入3输出3状态的状态估计系统,并采用最小模型误差准则以降低估计过程轮胎的非线性特性带来的观测模型误差。接着,基于运动学模型,计算出了路径跟踪期望横摆角速度响应,并采用自适应滑模算法实现主动转向控制。考虑线控转向系统的潜在失效风险,引入径向基神经网络对系统不确定性进行在线估计。同时,设计了直接横摆稳定控制器并采用最优转矩分配策略,进一步提高车辆的稳定性。最后,对车辆状态估计和路径跟踪进行了Carsim/Matlab联合仿真,结果表明:基于最小模型误差准则的观测器能取得较可靠的估计结果,路径跟踪控制器能保证车辆具有较好的跟踪精度和鲁棒性。     

分布式驱动电动汽车底盘集成控制技术综述

分布式驱动电动汽车可控自由度高、响应速度快、底盘线控集成度高、车辆结构紧凑，是实现先进车辆动力学控制技术的最佳平台。线控转向系统、线控驱动/制动系统、线控悬架系统等线控系统，制动防抱死系统、车道保持系统、自适应巡航系统、变道辅助系统等不同等级的辅助驾驶系统的广泛使用，造成车辆底盘控制中出现冗余及冲突。分布式驱动结构形式为多线控系统及线控系统与辅助驾驶系统间的高效、协同控制带来了更大的可能。基于此，从集成控制策略架构、纵-横向动力学集成控制、横-垂向动力学集成控制、纵-垂向动力学集成控制、纵-横-垂向动力学集成控制、容错控制、分布式驱动智能电动汽车底盘动力学集成控制等方面重点阐述分布式驱动电动汽车底盘集成控制技术的最新进展。通过对文献分析总结可以看出：基于分层式控制架构的分布式驱动电动汽车动力学集成控制是当前研究重点；一体化集成控制目标、高级辅助驾驶系统与底盘控制系统深度融合及个性化集成控制等问题亟待解决。研究成果能为分布式驱动电动汽车底盘高性能集成控制技术发展提供参考。     

基于轮胎合力计算与分配的车辆横向稳定性控制研究

鉴于轮胎合力计算与分配算法只适用于四轮独立制动/驱动和四轮独立转向车辆,以及路面附着系数对轮胎纵向合力和横摆力矩可实现范围的限制,提出一种对轮胎纵向合力和横摆力矩进行实时计算调整和动态分配的车辆横向稳定性控制策略。针对线性反馈计算的误差,采用离线数值优化和非线性规划方法实时确定轮胎纵向合力和横摆力矩的可实现范围,将计算的合力和力矩调整至可实现范围内并进行动态分配。设计滑移率和前轮侧偏角控制器使轮胎摩擦力跟踪各分力,在保证精度的同时避免对车辆后轮侧向力的估计。最后进行了仿真分析与基于LabVIEW PXI和veDYNA的驾驶员在环试验验证。结果表明,基于合力计算与分配的车辆横向稳定性控制可有效地提高车辆轨迹保持能力,改善低附着路面上车辆的稳定性,控制效果优于滑模变结构控制。     

汽车主动悬架作动器故障诊断与控制补偿方法

在建立二自由度1/4车辆主、被动悬架模型和LQG控制器的基础上,设计了卡尔曼滤波器实现对悬架状态的估计。针对汽车主动悬架作动器增益故障,设计卡尔曼滤波器获得状态残差,实现对故障的在线诊断,得到悬架故障增益。对LQG控制率进行实时控制力补偿,实现主动悬架作动器的容错控制,并利用MATLAB/Simulink进行了仿真。结果表明,设计的状态估计器能及时发现故障,并进行控制力补偿,使故障悬架快速恢复原有性能,提高主动悬架的可靠性。     

分布式驱动电动汽车的近似最优转矩矢量控制

针对分布式驱动车辆系统非线性的特性,提出一种基于最优转矩矢量控制的车辆侧向稳定性控制系统。首先使用魔术公式轮胎模型实时估计轮胎力,搭建轮胎侧偏刚度变化的非线性车辆模型。接着借鉴近似线性二次型规划的最优控制思想,设计基于质心侧向加速度的增益可调的横摆转矩控制方法,并根据驱动电机峰值转矩和轮胎摩擦圆的约束条件进行转矩矢量分配。最后进行Car Sim和Lab VIEW联合仿真和硬件在环实验。结果表明,控制系统能对车辆进行有效的实时控制,在显著改善车辆稳定性的同时不严重影响车辆的纵向性能。     

分布式驱动电动汽车的近似最优转矩矢量控制EI北大核心CSCD

针对分布式驱动车辆系统非线性的特性,提出一种基于最优转矩矢量控制的车辆侧向稳定性控制系统。首先使用魔术公式轮胎模型实时估计轮胎力,搭建轮胎侧偏刚度变化的非线性车辆模型。接着借鉴近似线性二次型规划的最优控制思想,设计基于质心侧向加速度的增益可调的横摆转矩控制方法,并根据驱动电机峰值转矩和轮胎摩擦圆的约束条件进行转矩矢量分配。最后进行Car Sim和Lab VIEW联合仿真和硬件在环实验。结果表明,控制系统能对车辆进行有效的实时控制,在显著改善车辆稳定性的同时不严重影响车辆的纵向性能。     

基于联合滑模变结构的电动轮汽车DYC系统研究

设计了基于横摆角速度与质心侧偏角的联合滑模变结构控制策略,基于Car Sim和MATLAB软件建立了电动轮汽车整车模型和整车控制模型,对电动轮汽车的驱动DYC系统进行了仿真分析。结果表明,设计的联合滑模变结构控制器具有良好的鲁棒性,能较好地控制车辆的横摆角速度和质心侧偏角;所采用的轴载比例分配算法对车辆的纵向加速度影响较小,既实现了车辆横向稳定性的控制,同时提高了车辆的舒适性。     

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。     

智能汽车冗余电控制动系统电流传感器故障容错控制

为满足智能汽车对制动系统的冗余安全要求，基于集成式电控制动系统(Integrated Electronic Braking Control System, IBC)和冗余制动单元(Redundant Brake Unit, RBU)构成的冗余电控制动系统，设计针对电流传感器故障的软件冗余和硬件冗余容错控制方法。首先，分析冗余电控制动系统工作原理，针对IBC中电流传感器故障设计冗余电控制动系统容错控制机制，并对电流传感器进行故障诊断以获得冗余电控制动系统的故障状态；然后，根据电流传感器故障诊断结果设计不同的容错控制方法，以满足容错控制机制的需求，设计基于坐标变换的软件冗余容错控制方法实现单相电流传感器故障容错控制，在对RBU的进液阀及出液阀进行增压/减压特性分析与测试后，设计RBU压力控制算法，实现多相电流传感器故障的RBU硬件冗余容错控制；最后，搭建硬件在环试验台进行硬件在环试验验证。研究结果表明：所设计的RBU压力控制算法能够实现轮缸压力控制，容错控制机制能够根据电流传感器故障诊断结果选择正确的容错控制方法，软件冗余和硬件冗余容错控制方法能在基础制动功能和主动制动功能下完成冗余电控制...     

分布式电驱动车辆纵-横-垂向力协同控制

针对现有研究多采用经验工况划分、主动悬架力简单分配等轮胎力解耦控制方法,难以实现车辆性能最优化的问题,提出了分层式轮胎纵-横-垂向力协同优化控制系统,在制定上层行驶期望目标和下层执行控制策略的同时,重点研究了中层轮胎纵-横-垂向力优化分配。建立了融合轮胎负荷率和垂向力动态系数的统一优化目标函数,综合考虑了车辆行驶期望目标、轮胎附着极限和执行器特性等约束条件,最终解决了轮胎纵、横、垂向力的协同优化控制难题。基于Matlab/Simulink和CarSim的联合仿真结果表明,提出的分层协同控制系统能同时有效控制车辆行驶姿态和改善车辆操纵稳定性能。     

基于Simulink与Trucksim联合仿真的多轮独立电驱动客车驱动力控制及分配

对六轮电动客车独立驱动系统的驱动力控制及分配策略进行研究,利用Simulink和Trucksim软件搭建联合仿真模型,建立客车速度稳定控制的驱动力输入模型,仿真验证控制算法和分配算法的有效性,从而实现电动客车分布式驱动。     

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。     

大齿条力冗余R-EPS转向器开发及验证

为了满足前轴载荷较大乘用车电动助力转向产品的需要,对大齿条力冗余R-EPS转向系统进行开发,全新设计了齿条、滚珠丝杠及皮带传动等机构,制定了R-EPS电控系统冗余方案,设计了电控系统失效时的容错机制,通过转向手力调校和匹配,转向手力和转向跟随性均满足车辆使用需求,产品经台架试验和整车道路试验验证了产品性能优良、安全可靠。