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。     

基于七自由度车辆模型的稳定性仿真研究

为对某四轮驱动车辆在驱动工况下操纵稳定性进行研究，利用Madab软件建立了七自由度车辆动力学仿真模型，并对其在驱动工况下前轮转角阶跃输入和其相应稳态工况进行了对比分析，对其在驱动工况下前轮转角正弦输入响应情况作了描述，仿真结果表明在驱动工况下转弯能够明显增大汽车不足转向趋势，同时验证了模型的有效性，可为相关研究提供理论依据。     

四轮独立驱动电动车转向助力模糊控制方法研究

为了提高四轮独立驱动(4WID)电动车的转向轻便性,采用模糊控制方法对转向轮的力矩分配进行研究。通过对4WID电动车的转向和助力过程进行分析和标定,设计了以转向盘转角和转角变化率作为输入语言,左、右转向轮力矩差作为输出语言的前轮转向力矩分配模糊控制器,并利用双纽线实车试验对该方法进行验证。结果表明,车辆转向时转向轮力矩和滑动率得到有效控制,转向盘转矩减小,达到了助力转向的效果。     

两轮独立驱动电动车驱动控制系统的研究

文章以两轮独立驱动的电动车为研究对象,探讨了整车的驱动控制系统。系统以汽车稳定性为控制目标,基于横摆力矩实现车轮驱动力矩的分配,并在MATLAB环境下,建立了整车驱动控制系统的仿真模型,验证了控制系统的有效性。结果表明:基于横摆力矩的整车控制系统较好的跟踪目标参数,能有效提高汽车操纵稳定性。     

汽车AFS前照灯转角动力学建模及仿真分析

结合线性2自由度车辆动力学模型建立了车辆转向时的AFS数学模型.在Matlab/Simulink中建立了该数学模型的系统仿真模块,得到3组不同变量(不同车速、前轮转角和道路转弯半径)下的前照灯转角变化曲线.仿真结果表明,车辆动力学因素在汽车转向过程中对前照灯转角有一定影响;基于车辆动力学的AFS能够有效提高驾驶员可视范围,使车辆驾驶更加安全可靠.     

基于MATLAB汽车动力学仿真研究

对影响汽车行驶安全的各方面因素进行了较为深入的分析和研究,建立车体6个自由度加上前轮转向系统1个自由度的汽车数学模型;该汽车数学模型不需引入很多的人为假设;可以实现给定汽车前轮转角,也可以不给定前轮转角;不依赖需要复杂测定的侧向力函数及相关模型参数;考虑了轮胎的滚动特性。利用MATLAB语言开发了一个模块化的仿真软件,该软件能够满足所建模型的校验和在特殊工况下的仿真研究;也可以进一步完善该软件使之服务于汽车运行的其他方面的仿真研究。     

一种分布式驱动电动汽车操纵稳定性控制算法

针对四轮轮毂电机独立驱动、四轮线控转向电动汽车的过驱动系统,以提高汽车的操纵稳定性为目标,提出了一种基于伪逆控制分配的控制算法。该算法以驾驶员对转向盘和加速踏板的操纵量为输入,通过伪逆控制分配,对汽车的前、后轮转角,4个车轮的驱动力进行控制。在Matlab/Simulink仿真环境下采用8自由度非线性车辆模型对所提出的算法,进行了正弦输入工况和双移线工况的仿真,并与采用常规控制方法时进行对比。结果表明,伪逆控制分配算法提高了汽车对驾驶员驾驶意图的跟随性能,并改善了汽车的稳定性。     

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。     

转矩式限滑差速器对后轮驱动汽车操纵稳定性影响的研究

采用7自由度车辆动力学模型,对装用JA1020LSD型转矩式限滑差速器的后轮驱动汽车进行了操纵稳定性研究。通过仿真分析和道路试验研究表明:装用限滑差速器后增加了后轮驱动车辆的不足转向趋势,即改善了操纵稳定性,但转向力矩略有增加。     

线控四轮独立转向系统的结构及控制研究

主要介绍了四轮转向汽车以及线控转向技术的优点,设计了一种线控四轮独立转向汽车的总体结构,说明所设计的转向系统相对其他转向系统的优点。建立四轮转向汽车的3自由度数学模型,找出四轮转向汽车各车轮转角与转向盘转角的关系。对模型前后轮转角对质心侧倾角和横摆角速度的影响做了Matlab／Simulink仿真,考虑影响汽车行驶安全的因素,找出不同车速和前轮转角对应的最佳后、前轮转角比例系数,从而确定了高速行驶的汽车在指定车速与转向盘转角时各车轮对应的转角。     

基于理想变传动比的主动前轮转向滑模控制

针对主动前轮转向系统,以提高车辆的转向性能为目标,建立七自由度车辆模型、Dugoff轮胎模型,确定基于固定横摆角速度增益的理想变传动比规律,并提出基于此规律的主动前轮转向附加转角滑模控制策略。利用Simulink搭建仿真平台,对提出的策略进行了验证,仿真结果表明,与普通变传动比相比,基于理想变传动比规律的主动前轮转向系统滑模控制策略有利于车辆获得更为理想的转向性能。     

基于MATLAB/SIMULINK的车轮外倾角对车辆高速转向稳定性的影响研究

基于Matlab/Simulink建立了考虑汽车车身侧倾转向的3自由度仿真模型,研究了车轮外倾角对汽车高速转向稳定性的影响。结果表明前轮正外倾角、后轮负外倾角有利于提高转向稳定性,特别是在大转角的危险工况可以避免发生侧滑和侧翻。     

转向柱后倾角对三轮汽车前轮自激摆振特性影响

为获得转向柱后倾角对三轮汽车摆振影响,以国产某型三轮汽车作为样车,对其转向系统进行了简化,建立了二自由度前轮摆振系统动力学模型。基于以上模型,运用数值计算方法,得到了随车速变化的前轮摆振系统振动特性及转向柱后倾角变化对其的影响。结果表明,减小转向柱后倾角,能有效减小三轮汽车前轮自激摆振的速度区间。而当车速较高,前轮摆振系统发生自激振动时,减小转向柱后倾角能有效地降低前轮自激摆振极限环幅值和频率,甚至消除自激摆振现象。     

汽车操纵稳定性与前轮摆振的非线性仿真分析

以某轿车为例,建立3自由度整车系统动力学模型,利用常微分方程稳定性理论和数值仿真计算,详细研究整车的稳态转向特性和系统失稳后的前轮摆振特性。阐明汽车的操纵稳定性与前轮摆振特性同属汽车整车稳定性问题,前者是负刚度系统,后者是负阻尼系统。在一定的参数组合下,具有不同转向特性的汽车都或多或少地存在摆振现象,这与实际情况相符,建议适当增加转向系阻尼和刚度以减小甚至消除摆振的发生。     

汽车液压助力转向系统在前轮冲击载荷下仿真研究

本文以某一汽车的齿轮齿条式液压助力转向系统作为研究对象,在驾驶员紧握转向盘的情况下,把车辆前轮在冲击载荷下产生的偏转角作为输入,转向器动力缸左、右腔油压、转向阀进油油压与转向盘转矩作为输出,研究在前轮转角输入下转向器油压的变化与路感反馈。建立数学模型,利用Matlab／Simulink建立仿真模型,进而进行分析研究。     

后驱电动轮汽车电子差速控制影响因素分析

为实现电动轮汽车的差速功能并评估控制系统的影响因素,以两侧驱动轮滑移率一致为目标,提出了基于转矩控制的差速控制策略,利用BP神经网络方法,设计了电子差速控制系统。运用汽车动力学理论,建立了9自由度的前轮转向后轮驱动电动轮汽车动力学模型,以进行理论分析和仿真。通过对模型的合理简化和线性化,得到了控制系统线性状态方程和车轮滑移率的解析表达式。根据理论分析,影响电子差速控制性能的参数主要是整车质量和质心位置。但仿真结果表明,整车质量对控制效果影响不大,质心位置对控制性能影响相对较大,但整体上仍然较小。所提出的电子差速控制策略达到预期目标,控制系统对系统参数变化具有较好的鲁棒性。     

线控转向系统前轮主动转向控制策略研究

文章的研究目的是实现线控转向系统前轮主动转向以改善车辆的行驶状态。文章首先对转向执行模块进行动力学分析,并设计出基于前馈控制的理想传动比;其次,结合理想传动比和状态反馈,建立前馈-反馈联合控制系统,以获得最优的前轮转角;最后,联合Carsim中的车辆模型进行仿真试验,并选取方向盘转角阶跃输入作为试验工况。结果表明,文章所采用的联合控制策略可实时调整前轮转角,有效地改善了车辆的行驶状态,为线控转向系统的研究提供了一定的参考价值。     

分布式电动汽车驱动力分配控制方法研究

针对驱动电机正常和故障工况下分布式电动汽车的操纵稳定性问题,提出了一种结合前轮转向和驱动力重构的驱动力分配控制方法。首先基于横摆角速度与质心侧偏角设计滑模加权控制器,计算所需的附加横摆力矩;再分别建立电机正常和故障工况驱动力优化分配模型。其中,针对故障工况下驱动电机输出能力的限制,通过协同前轮转向来补偿横摆力矩。然后,基于二次规划理论求解最优驱动力分配值。最后利用Carsim和Simulink联合仿真,验证了提出的协调控制方法的有效性。结果表明,该方法可充分利用分布式驱动的冗余特性,确保分布式电动汽车在驱动电机正常与故障工况下均可满足操纵稳定性要求。     

分布式驱动电动汽车的差动助力转向控制

根据分布式驱动电动汽车前轮独立驱动的特点和拓扑结构,分析了其实现差动助力转向的可行性,并提出了差动助力转向闭环控制方法。基于纵向车速和转向盘转角确定了参考转向盘力矩,以它为控制目标设计了差动助力转向闭环控制策略,以改善车辆的转向性能。针对特定工况下电机输出转矩饱和的情况设计了遇限削弱积分变参数PI控制算法和回正识别策略与控制算法,保证在低速时转向盘能快速回到中间位置,而在高速时能提供一定的阻尼,以减小转向盘回正超调。实车试验结果表明:设计的控制算法可为驾驶员提供随车速而变的转向助力,从而减小转向盘力矩,改善车辆的转向轻便性;同时,能准确地判断回正状态,跟踪转向盘力矩参考值,显著改善回正工况车辆响应。     

汽车前轮电子转向控制算法研究

本文建立了为驾驶员提供路感的电子转向系统转向盘回正力矩模型,研究了降低驾驶员负担、提高汽车稳定性的前轮电子转向控制算法,并利用开发型汽车驾驶模拟器进行仿真试验和验证,为电子转向系统的进一步研究和开发奠定了理论基础.