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。     

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。     

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。     

基于模型预测控制的分布式电动车稳定性控制

基于CarSim/Simulink建立分布式电动车的整车动力学模型,同时建立2自由度的参考模型,用于求解车辆行驶时的期望横摆角速度及质心侧偏角以保持车辆行驶稳定性。同时,基于模型预测控制设计控制器,通过改变驱动轮转矩,获得附加横摆力矩,实现对车辆横摆角速度及质心侧偏角的控制。通过仿真试验,在前轮转角阶跃输入及正弦输入两种工况下,验证控制方法的有效性。     

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。     

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。     

驱动转向复合工况分布式驱动稳定控制开发与验证

为在驱动转向复合工况下有效抑制分布式驱动电动汽车的纵滑、侧滑,提出了一种面向驱动转向复合工况的分布式驱动稳定控制架构,设计基于横摆角速度和侧偏角跟踪控制的横摆控制策略和基于滑转率跟踪控制的驱动防滑控制策略,同时根据转向稳定状态对目标滑转率进行调节,根据车辆行驶状态对横摆控制与驱动防滑控制输出扭矩进行协调优化,以实现车辆...     

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。     

分布式双电机电动汽车横摆力矩控制研究

针对双电机驱动电动汽车横摆控制,引入模糊PI控制算法调整轴间扭矩分配系数,将车辆行驶所需要的驱动力矩合理分配到前后轴,最终输出到车轮,并对相应车轮施加制动力,使得车辆可以从过多转向或者不足转向进入到中性转向特性,满足车辆的安全性。通过simulink仿真,在典型工况下,验证控制策略能够提高整车的操纵稳定性。     

电子差速系统轮胎附着特性模拟仿真研究

电子差速系统相对于传统的机械式差速器可以实现转矩的精准分配,根据轮胎的纵向运动特性以及侧向运动特性,结合轮胎滑移率让内外侧车轮在过弯时拥有足够的附着力,减小整车的横摆角速度,提高过弯稳定性。采用后轮双电机的驱动方案,驱动电机采用直接转矩控制的方法,由整车控制器将指定的计算转矩信号发送给电机控制器完成动力分配,所需转矩根据驾驶员的加速踏板及方向盘转角,运用阿克曼转向模型计算得到。     

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。     

Multi-axle vehicle dynamics stability control algorithm with all independent drive wheel

The stability driving characteristic and the tire wear of 8-axle vehicle with 16-independent driving wheels are discussed in this paper. The lateral stability of 8-axle vehicle can be improved by the direct yaw moment which is generated by the 16 independent driving wheels. The hierarchical controller is designed to determine the required yaw torque and driving force of each wheel. The upper level controller uses feed-forward and feed-backward control theory to obtain the required yaw torque. The fuzzification weight ratio of two control objective is built in the upper level controller to regulate the vehicle yaw and lateral motions. The rule-based yaw moment distribution strategy and the driving force adjustment based on the safety of vehicle are proposed in the lower level controller. The influence of rear steering angle is considered in the distribution of driving force of the wheel. Simulation results of a vehicle double lane change show the stability of 8-axle vehicle under the proposed control algorithm. The wear rate of tire is calculated by the interaction force between the tire and ground. The wear of tire is different from each other for the vehicle with the stability controller or not.     

电动汽车转矩定向分配差速器建模与动态仿真

本文中提出一种新型具备转矩定向分配功能差速器的集中式电驱动桥系统。该集中驱动系统可以在不改变总驱动转矩的条件下,类似分布式驱动方式实现驱动转矩在左右轮间的任意分配,从而产生改变车辆横摆动力学的直接横摆力偶矩。首先,分析了转矩定向分配差速器结构特点及其工作原理;其次,利用键合图理论建立了其动力学模型,并仿真分析了其动态响应特性;然后,设计了转矩响应控制系统以改善该差速器的动态性能;最后,嵌入整车模型进行了联合仿真。结果表明,装备该差速器的车辆可任意分配左右轮驱动转矩,并有效改善车辆操控特性。     

Lateral handling improvement with dynamic curvature control for an independent rear wheel drive EV

The integrated longitudinal and lateral dynamic motion control is important for four wheel independent drive (4WID) electric vehicles. Under critical driving conditions, direct yaw moment control (DYC) has been proved as effective for vehicle handling stability and maneuverability by implementing optimized torque distribution of each wheel, especially with independent wheel drive electric vehicles. The intended vehicle path upon driver steering input is heavily depending on the instantaneous vehicle speed, body side slip and yaw rate of a vehicle, which can directly affect the steering effort of driver. In this paper, we propose a dynamic curvature controller (DCC) by applying a the dynamic curvature of the path, derived from vehicle dynamic state variables; yaw rate, side slip angle, and speed of a vehicle. The proposed controller, combined with DYC and wheel longitudinal slip control, is to utilize the dynamic curvature as a target control parameter for a feedback, avoiding estimating the vehicle side-slip angle. The effectiveness of the proposed controller, in view of stability and improved handling, has been validated with numerical simulations and a series of experiments during cornering engaging a disturbance torque driven by two rear independent in-wheel motors of a 4WD micro electric vehicle.     

Desired yaw rate and steering control method during cornering for a six-wheeled vehicle

This paper proposes a steering control method based on optimal control theory to improve the maneuverability of a six-wheeled vehicle during cornering. The six-wheeled vehicle is believed to have better performance than a four-wheeled vehicle in terms of its capability for crossing obstacles, off-road maneuvering and fail-safe handling when one or two of the tires are punctured. Although many methods to improve the four-wheeled vehicle’s lateral stability have been studied and developed, there have only been a few studies on the six-wheeled vehicle’s lateral stability. Some studies of the six-wheeled vehicle have been reported recently, but they are related to the desired yaw rate of a four-wheeled vehicle to control the six-wheeled vehicle’s maneuvering during corning. In this paper, the sideslip angle and yaw rate are controlled to improve the maneuverability during cornering by independent control of the steering angles of the six wheels. The desired yaw rate that is suitable for a six-wheeled vehicle is proposed as a control target. In addition, a scaled-down vehicle with six drive motors and six steering motors that can be controlled independently is designed. The performance of the proposed control methods is verified using a full model vehicle simulation and scaled-down vehicle experiment.     

分布式驱动电动汽车转矩节能优化分配

为了提高分布式驱动电动汽车的经济性和续航里程,对4个轮毂电机驱动转矩优化分配问题进行研究。通过轮毂电机台架试验得到轮毂电机的驱动效率特性,分析转矩优化分配实现节约整车能耗的可行性;建立侧重提高电机效率的目标函数,使电机转矩处于电机效率Map图中的高效区;建立侧重提高电机响应速度的目标函数,减小转矩分配瞬间电流波动过大带来的能耗;基于模糊理论设计以电机效率为变量的权重函数,实时调节权重来协调2种目标函数,提出一种转矩节能优化分配方法,得到最优的轴间转矩分配系数。在后轴驱动、平均分配、优化分配3种分配方式下进行整车能耗的ECE城市循环工况对比仿真分析。结果表明：提出的节能优化分配方法通过实时优化驱动电机的转矩,避免了电机工作在转矩过大和过小的低效区,提高了整个驱动系统的能量利用率,相比于后轴驱动和平均分配整车能耗效率提高了5.91%和10.54%;实车试验验证了转矩节能优化分配算法的节能效果,优化分配相比另外2种分配方式整车能耗效率分别提高了3.66%和8.58%。     

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。     

基于驾驶人转向意图的双电机驱动电动汽车稳定性控制策略

为了使双电机驱动电动车在车辆稳定性控制过程中能够精确解读驾驶意图,使车辆实际行驶状态与驾驶意图期望的车辆行驶状态尽可能相符合,提出一种基于驾驶人意图辨识的稳定性控制策略.利用基于支持向量机递归特征消除(SVM-RFE)得到的特征参数构建基于长短期记忆(LSTM)模型的驾驶人转向意图辨识模型;基于转向意图识别结果,以方向...     

基于BP神经网络的电动车电子差速器设计

针对双电机独立轮式驱动电动汽车,介绍了一种汽车行驶数据测量系统;考虑汽车转向行驶时内、外侧车轮转速与转向角和车体速度之间的非线性关系,提出了一种新型结构的基于BP神经网络原理的电子差速方案;设计了训练和在线计算算法,并编写了C语言计算机程序;仿真验证了该差速器的可行性。