考虑轮胎瞬态特性的分布式电驱动汽车转矩分配控制研究

发布时间：2020-05-12 20:17

【摘要】：从汽车动力学的角度,汽车操纵稳定性是决定其安全行驶的主要使用性能。分布式电驱动汽车响应快速且具有更多可控自由度,通过四个车轮的转矩分配可控制车辆转向特性,这为改善汽车操纵稳定性提供了重要机遇。但同时也存在一些问题:四轮独立驱动带来执行器冗余,需要对四轮电机转矩进行协调;轮毂电机转矩转速的快速变化会激发轮胎瞬态特性,引起车辆动力学响应滞后,影响车辆操纵稳定性。为此,本文旨在提出一种针对分布式电驱动汽车、考虑轮胎瞬态特性的模型预测转矩分配控制方法,在保持汽车安全行驶的同时提高其瞬态响应品质,以提升汽车的操纵稳定性。其中,模型预测控制(简称MPC)采用集中式结构,主要包括:考虑轮胎瞬态特性的控制期望滚动计算,考虑轮胎瞬态特性的车辆状态滚动预测及四轮转矩动态优化,和基于车辆稳定性预判及增益规划的控制器模式切换。在操纵性方面,通过设计控制器来弥补轮胎瞬态特性引起的车辆响应滞后。在稳定性方面,探索不同行驶工况下的车辆失稳边界,将处于失稳边界的车辆及时控制回稳定状态。本文主要研究内容安排与结论如下:(1)电动车整车动力学建模:建立十四自由度车辆动力学模型;推导UniTire瞬态轮胎模型;提出考虑四轮侧偏、纵滑瞬态特性的二自由度车辆模型,并进行频域和时域分析。结果表明,轮胎侧向力滞后会引起车辆瞬态响应滞后和超调,在复合工况下同时考虑纵向力滞后,会增大车辆响应滞后但减小超调;行驶工况越偏常规时轮胎力滞后时间较长,车辆瞬态响应越明显。(2)车辆稳定性分析与预判:通过质心侧偏角相平面及其上特征点分析车辆稳定性,并进行稳定区域划分;揭示稳定区域边界随车辆行驶状态的变化规律,拟合得到一种车辆稳定边界方程可用于稳定性预判。结果表明,该边界方程计算方便,可准确表达在车速为0~40m/s、路面摩擦系数为0~1及前轮转角为0~10deg范围内的边界位置,具有一定的实用性。(3)考虑轮胎力滞后的模型预测转矩分配控制:MPC控制器通过两部分补偿车辆响应滞后:1)实时反馈工作点的轮胎割线刚度,滚动计算预测时域内的期望车辆响应;2)在预测模型(即控制器内模型)中,对复合工况下轮胎力瞬态特性进行描述,使其更准确地预测车辆未来动态。通过变换预测模型的建模形式,得到面向车辆操纵性与稳定性的MPC控制器,利用车辆稳定性预判实现操纵性与稳定性的协调。(4)转矩分配控制仿真验证:基于Simulink平台进行仿真验证,结果表明,1)MPC控制器可改善车辆瞬态响应。二、通过协调操纵性与稳定性MPC控制器,可保持较好的车辆转向特性和较小的控制调节量。因此可实现较好的操稳目标跟踪效果、较好的车辆行驶轨迹和较低的能量消耗。
【图文】：

(a) 干燥路面 (b) 冰雪路面图 1.3 正弦转向工况下车辆系统相图[69]上述 Abe 的方法方便求解，，但无法保证对每个车轮负荷率优化的均匀性。之后Nishihara 和 Hori[17][18]采用最大负荷率函数（1~4maxiiJ ）最小化的方法，控制各轮

纯时滞及一阶滞后[47]
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72

【参考文献】

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本文编号：2660783