一类FWID电动汽车的基于CAN的横向运动跟踪控制

发布时间：2020-04-18 02:58

【摘要】：四轮独立驱动(Four-Wheel-Independent-Drive FWID)相对于集中式驱动电动汽车,具有可操作性强、安全性高和灵活性好的巨大优势。一些新兴的电子辅助功能应用在FWID电动汽车上的效果更加显著。例如:直接横摆控制(Direct Yaw Moment Control DYC)、主动前轮转向(Active Front wheel Steer AFS)等。汽车横向运动控制系统的研究主要是用来保证汽车行驶的稳定性,以减少交通事故的发生。DYC作为汽车电子稳定性控制中最主要的控制技术,得到了广泛的关注和研究。目前,关于FWID电动汽车的研究,均假设系统各节点之间通过点对点的方式进行通信。然而在实际中,控制器与物理设备之间的连接是使用CAN(Controller Area Network)作为通信介质来实现的。基于网络的闭环控制系统如果不考虑网络诱导时延对于系统的影响,系统的控制性能就会降低,甚至会导致系统的不稳定。为了减弱网络诱导时延对FWID电动汽车系统的影响,充分考虑时延对FWID电动汽车系统的影响,本文研究了基于CAN的FWID电动汽车横向运动控制系统。具体研究内容如下:第一章,给出基于CAN的FWID电动汽车的背景、国内外研究现状和本文的主要贡献。第二章,给出基于CAN的FWID电动汽车的物理架构。根据期望模型,建立状态反馈跟踪控制闭环系统。通过对CAN诱导时延的特征进行分析,建立带有时延的跟踪控制系统状态空间模型。对CAN进行时间响应分析,验证对分析带有CAN诱导时延的汽车系统的稳定性的必要性。通过Lyapunov-Krasovskii泛函方法描述对带有时延的FWID电动汽车状态反馈跟踪控制系统的稳定性条件,并通过LMI(Linear Matrix Inequality)的线性化和求解进行了控制器的设计,最后通过Matlab/Simulink对所设计控制器的有效性进行了验证。第三章,考虑FWID电动汽车电机驱动力矩分配问题,描述基于CAN的过驱动系统中网络诱导时延的特征,在同时考虑力矩分配和网络诱导时延特征的情况下,建立FWID电动汽车基于CAN的横向运动分布式驱动跟踪控制系统状态空间模型。同样通过第二章所运用的方法进行控制器设计并进行仿真验证。第四章,总结本文工作并对本文未来研究方向进行展望。
【图文】：

仲裁过程,无损伤,优先级,消息

本文所应用的 CAN 总线，已经形成为汽车工业总线的总线标1898）[14]，能够满足汽车中复杂系统的通信需求。在以往，由于 CA速率传输、稳定和安全特性，对基于 CAN 的汽车系统进行分析时，往考虑网络诱导因素对汽车系统的影响。然而由于近年来车载网络带宽资紧张。一些研究工作运用 CAN 时间响应分析方法[15][16]来分析 CAN 诱研究结果表明了 CAN 协议的重新传输次数应该被限定在一定次数内，新的 ISO11898 part I-2015 中对于 CAN 协议的重新传输功能提出在未被废除，或者会被限定在一定重新传输次数内，这足以见车载网络带宽日益缺乏，将会在不久的将来成为问题。N 是一种先进的串行总线系统，具有高速度，高可靠性和低成本，使许多分布式实时控制应用。CAN 通过（CSMA/ CD-AMP）执行带冲突波侦听多路访问和消息无损伤优先级仲裁的通信协议，以确保数据成功目的节点。图 1.1 描述了节点竞争的过程。

消息帧,报文,情况

图 1.2 CAN 消息帧正如前面部分所述，CAN 报文在传输过程中极易出错，为了处理这种情况，AN 协议提供了数据错误处理机制来保留错误报文的传输。这种机制能够处理有五种类型的错误，即填充错误，，位错误，校验错误，帧错误和确认错误。这内置的 CAN 错误检测非常高效，因为未检测到传输错误的概率非常小，因此以假设在此框架内可以检测到所有错误[17]。一旦检测到网络传输过程中出现了指定数据的偏差，检测节点将发送包含相同极性的六位错误帧。这是为了使错全局化到所有节点而完成的。一旦发送错误帧，CAN 节点将根据设计人员规定的 CAN 节点配置丢弃错误据或执行数据重新传输，如图 1.3 所示,图中 NC 是 CAN 网络的非控制信息，指的是传感器信息，C 指的是控制器信息，e 指的是总线出现错误后出现的错帧和重新传输发生错误数据的消息帧的总和。在包括 NCS 在内的大多数系统，数据重传功能是有利的，因为它有助于恢复数据丢失并最大化网络带宽。如
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72

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