四轮独立驱动与转向电动车自适应巡航控制研究

发布时间：2020-08-17 20:54

【摘要】：汽车自适应巡航控制是在传统定速巡航控制的基础上发展而来的,根据本车与前方目标车辆或障碍物之间的相对距离,自动控制车辆驱动或制动来保证合适的安全距离。论文以四轮独立驱动与转向电动车为研究对象,依托国家自然科学基金项目“考虑驾驶员特性的四轮独立驱动与转向电动车动力学控制(51675257)”,利用其四轮驱动力矩、制动力矩及四轮转角独立可控的优势对自适应巡航控制、再生制动控制和后轮主动转角控制进行研究。在保证自适应巡航控制的前提下,通过再生制动控制节省电动车的电能消耗,通过后轮主动转角控制提高汽车的驾驶舒适性和操纵稳定性。首先,论文建立了四轮独立驱动与转向电动车的仿真模型。应用MATLAB/Simulink软件,根据四轮独立驱动与转向电动车实车上各项参数,建立四轮独立驱动与转向电动车仿真模型,与CarSim软件联合仿真对所设计的模型进行仿真实验验证,证明了建立模型的合理性。其次,设计了自适应巡航控制(ACC)策略。综合考虑了理论安全距离与两车之间的实际距离之差以及两车之间相对车速的模式切换控制和再生制动控制,该控制策略将ACC系统分为跟随前车模式、定速巡航模式和匀速行驶模式,设计了包括理论安全距离算法、驱动力矩控制算法、制动力矩控制算法的自适应巡航控制器并充分利用四轮独立驱动与转向电动车的优势,采用再生制动控制回收车辆制动部分消耗的能量,节省了电动车的能源消耗,应用MATLAB/Simulink与CarSim软件联合对该控制策略进行仿真实验验证。再次,设计后轮主动转向控制策略。选取线性二自由度车辆模型为参考模型,基于最优控制理论设计附加后轮转角决策控制器。当车辆的质心侧偏角、横摆角速度超出参考模型中计算出的期望值时,附加后轮转角决策控制器会控制两个后轮产生一定的转角,有效提高汽车在自适应巡航控制过程中的操纵稳定性。最后,基于驾驶模拟器试验台对具有后轮主动转向控制的自适应巡航控制策略进行试验验证。搭建基于驾驶模拟器试验台的整车模型,设计自适应巡航控制系统的典型试验工况对控制策略进行试验验证。实验结果表明:设计的自适应巡航控制算法、理论安全距离算法以及后轮主动转向控制算法能够使本车安全跟随前车行驶,提高车辆的操纵稳定性。
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.6
【图文】：

概念车,丰田

1.2 四轮独立驱动与转向电动车国内外研究现状四轮独立驱动与转向电动车是分布式驱动电动汽车的一种，属于多轮独立驱动电动汽车。多轮独立驱动电动汽车一般为轮毂电机，应用线控驱动控制各个轮毂电机的驱动力矩，使得驱动力矩分配更加精确，控制效果更加良好，目前成为各大汽车公司、科研部门的研究热点[5]。1.2.1 国外研究现状日本丰田公司在第 37 届东京车展中展出概念车 Fine-N，它装配的是超薄的燃料电池，厚度仅为 150mm，并且其加速能力与传统汽油发动机的汽车不相上下，因为它装备的储氢罐压强能够达到 70MPa，可以在需要时提供足够的能量。同时 Fine-N 使用的是整车动态控制系统，全车采用线控技术分别控制四个轮毂电机，每个轮毂电机的最大功率是 25KW，最大扭矩为 110Nm。两年后，丰田公司在第 39 届东京车展上展出了一款更加先进的概念车 Fine-X，该车最显著的特点是采用了可以更容易停车入库等功能的四轮独立转角机构，能够实现原地转向等特殊需求，而且四个轮毂电机分别独立的供给整车足够的驱动力[6]。

三菱,电动车,概念,轮毂电机

图 1.2 三菱 i-MIEV 概念电动车 1.2 Mitsubishi i-MIEV conceptual electric vehi世纪初相继推出了其研制的一系列 PIV别使用 4 个轮毂电机作为整车动力的来，所以它的转弯半径非常小，能够在非城市工况下进行推广使用。在 2010 年根据需求进行一定角度的旋转，并且可和空间利用率之高[8]。

概念车

图 1.2 三菱 i-MIEV 概念电动车Fig. 1.2 Mitsubishi i-MIEV conceptual electric vehicle日本日产公司在 21 世纪初相继推出了其研制的一系列 PIVO 概念电动车，该电动采用全系线控技术，分别使用 4 个轮毂电机作为整车动力的来源，并在转向系统上可进行四轮独立转向控制，所以它的转弯半径非常小，能够在非常狭小的空间内进行原转向，非常适合目前的城市工况下进行推广使用。在 2010 年，日产公司推出最新款 PIVO 3，其座椅可以根据需求进行一定角度的旋转，并且可以同时乘坐 3 人，充分现出了它的人性化程度和空间利用率之高[8]。

【参考文献】