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...     

电动汽车直接横摆力矩与驱动防滑集成控制策略研究

针对四轮独立驱动电动汽车驱动工况下的横摆稳定性控制,提出一种直接横摆力矩(DYC)与驱动防滑(ASR集成控制策略,基于模糊PID控制理论,采用前馈加反馈方法,分别对总纵向力矩和单个车轮力矩进行修正,实现驱动防滑,基于最优控制理论对驱动力矩进行分配,采用PID控制理论结合转向状态对制动力矩进行分配。仿真结果表明,本文提出的控制策略可将滑转率偏差控制在0.02以内,与载荷分配相比,横摆角速度和质心侧偏角控制效果分别提高了80%和50%。     

基于多参数控制的分布式驱动电动汽车操纵稳定性控制策略研究

为改善高速低附着路面上的车辆动力学性能，本文针对分布式驱动电动汽车提出一种基于多参数控制的操纵稳定性控制策略，包括上层轨迹跟踪控制和下层转矩分配控制。上层控制器设计基于2自由度车辆模型和驾驶员预瞄偏差模型，提出了MPC轨迹跟踪控制策略，实现对侧向偏差、横摆角偏差、质心侧偏角、横摆角速度的多参数控制。下层控制器以轮胎负荷率最小为优化目标，获得4个车轮电机转矩的最优分配量，借助于7自由度动力学模型，在双移线、蛇行工况下完成了CarSim-Simulink联合仿真。结果表明：提出的控制策略改善了高速、低附着工况下的操纵稳定性和轨迹跟踪精度。     

基于模糊Kalman算法的电动汽车驱动控制策略的研究

介绍基于Kalman滤波和模糊控制算法的驱动防滑控制策略。利用Kalman滤波算法估算车辆的滑转率,再通过模糊控制算法识别路面附着系数,以换转率为控制变量,选用PID控制算法控制电动汽车的电机。在MATLAB／Simulink平台上验证,验证了此联合算法能很好地防止车辆的驱动防滑,提高车辆的安全稳定性。     

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 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。     

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。     

全轮独立电驱动车辆双重转向控制策略的研究

为全轮独立电驱动车辆提出一种双重转向的控制策略,设计了双重转向的总体控制结构.它是包括三自由度参考车辆模型、横摆力矩确定层和转矩分配层的分层控制体系.在横摆力矩确定层中,设计了基于PID的横摆力矩控制策略;在转矩分配层中,设计了基于纵向驱动力总和不变的转矩分配策略.在此基础上,开发了双重转向控制策略仿真平台,进行了仿真分析和实车试验,试验结果与仿真结果吻合度较高,表明所提出的双重转向控制策略对减小车辆转向半径有明显效果.     

分布式驱动电动车扭矩分配策略的开发与验证

提出一种分布式驱动电动车动力系统,该车前轴采用集中式驱动电机,后轮采用两个轮毂电机驱动,实现车辆的两驱和四驱行驶模式。为保证车辆在不同工况下平稳行驶,提出基于滑转率均衡控制的扭矩分配策略,来获得车辆转弯时的最佳驱动与制动能力,并对电池充放电功率进行合理限制来保证电池的使用寿命。根据样车的道路试验结果显示,电机扭矩能够根据方向盘转角实时地进行扭矩调整满足车轮差速控制,根据试验结果得知,车辆操纵稳定性的各项指标均能满足需求。     

基于差动和自主转向协调的分布式驱动无人车轨迹跟踪EI北大核心CSCD

分布式驱动无人车能通过差动转向和原有自主转向的共同作用保证车辆的轨迹跟踪。在2自由度车辆动力学模型基础上,基于模型预测控制算法,提出预瞄时间自适应的轨迹跟踪方法,以满足转弯和直行工况的预测要求;考虑分布式驱动无人车构型特点,基于参考横摆角,采用左右两侧驱动轮转矩差动控制,能在保证无人车总体转矩需求不变的情况下实现轨迹跟踪。为综合上述两种方法的优点,提出了利用设置权重的方法对自主转向和差动转向轨迹跟踪进行协调控制,并进行了Matlab与Car Sim的联合仿真和实车实验验证。结果表明,协调控制有效改善了转向的响应速度和灵活性,同时提高了无人车轨迹跟踪的可靠性和准确性。     

独立轮电驱动车辆主动操纵稳定控制研究

提出了采用变增益参考模型的滑模跟踪控制策略,以横摆角速度和侧滑速度为控制对象,独立控制左右轮驱动力产生直接横摆力矩,提高了车辆在极限工况下的操纵稳定性,并改善了车辆固有的转向特性。改进的滑模控制算法减小了系统抖振并具有较强的鲁棒性。     

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。     

四轮独立驱动电动汽车驱动控制策略研究

电动化、智能化是汽车未来的发展趋势,分布式电动汽车近年来发展迅速,四轮独立驱动电动汽车作为其中的一种形式,在很多方面具有有优于传统汽车的控制优势。文章对四轮独立驱动电动汽车的驱动控制策略进行研究,采用神经网络PID控制设计横摆力矩控制器保证汽车的侧向稳定性,以保持车轮的最佳滑移率为目标研究了驱动防滑控制,通过实验验证驱动防滑策略能够有效防止车轮打滑和严重失稳现象。研究表明:该驱动控制策略能够对四轮驱动汽车的驱动力矩进行合理分配,能确保车轮在附着系数不均路面上具有足够的驱动力。     

基于流挖掘的分布式驱动电动汽车横向稳定控制

以分布式驱动电动汽车为研究对象,为减轻驾驶员行为与汽车执行机构响应之间的时间延迟对车辆稳定性控制的不利影响,提出一种基于转向状态预测的稳定性分层控制策略。基于马尔可夫模型构建状态转移概率矩阵,并利用流挖掘技术实时更新状态转移概率矩阵,联合实现下一时刻转向状态的预测。仿真结果表明,与滑模控制相比,所提出的策略可以更准确地跟踪理想横摆角速度,避免横向失稳情况的发生。     

分布式电驱动商用车驱动防滑控制

针对分布式电驱动商用车辆驱动防滑控制中存在的系统响应惯性大及输入受限等问题,以车轮实时滑移率和路面条件提供的参考滑移率之差为控制变量,以受扭矩特性限制的电机输出力矩为系统输入,设计一种滑模变结构控制器,并引入饱和函数,削弱系统响应时产生的振荡。通过使用Matlab/Simulink软件对控制系统进行仿真分析,结果表明该控制器能在输入受限的情况下很好地跟踪路面参考滑移率,具有较强的鲁棒性。     

Driving Torque Coordination Control of Distributed Drive Electric Vehicles

针对现有分布式驱动电动汽车驱动力控制系统在进入驱动防滑工况时纵向驱动转矩和加速度降低以及产生非期望的横摆力矩和横摆角速度等问题,提出了两种多轮驱动转矩协调控制策略.其中,基于动力性的驱动转矩协调控制策略的目标是改善纵向驱动转矩和加速度,而基于稳定性的驱动转矩协调控制策略的目标则是增加车辆的横向稳定性.实车实验结果表明,所提出协调控制方法有效实现了设计目标,改善了车辆性能.     

基于Nash博弈的分布式驱动电动汽车横摆稳定性协调控制策略

为提高轮毂电机驱动电动汽车在高速、低附着等危险工况下的侧向稳定性,提出一种基于Nash博弈的协同控制策略,采用上下双层控制结构进行稳定性控制策略的设计。上层引入Nash博弈协调控制策略决策前轮转角和附加横摆力矩,跟踪期望横摆角速度和质心侧偏角;下层根据轴荷比例分配四个车轮的驱动力矩。并在CarSim/Simulink的联合仿真平台进行危险工况下双移线仿真试验,结果表明,相比于只进行主动前轮转向控制,在潮湿沥青路面以75km/h行驶时,采用基于Nash博弈的协调控制策略横摆角速度最大误差为2.25°,侧向速度最大误差为0.12 m/s,且保持良好的路径跟踪性能;通过适当协调主动前轮转向（AFS）和直接横摆力矩控制（DYC）的动作,文章所提出的控制策略可以有效地提高横向稳定性,保证车辆在危险行驶工况下正常行驶。     

车辆转向与驱动综合控制及横向速度观测器的设计

为了实现复杂工况下车辆自动跟踪控制,建立了纵横向耦合车辆模型,研究了车辆在弯道变速行驶工况的动力学耦合控制问题,根据滑模控制以及动态表面控制理论,提出了一种基于车辆转向与驱动控制的综合控制器,并针对横向车速不可测,设计了横向速度观测器。仿真结果表明该综合控制器具有良好跟踪性能,在复杂工况下表现出较好的动、静态特性。     

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。     

分布式电驱动车辆电子差速控制算法研究

基于修正的车辆转向模型,提出一种分布式电驱动车辆电子差速控制算法,以车辆的稳定性确定左右驱动轮滑转率控制目标,然后通过滑模控制进行目标跟随.仿真结果表明,该控制算法能够保证低附路面转弯工况下的车辆稳定性.