复合工况下分布式驱动电动汽车失稳机理及操纵稳定性控制研究

发布时间：2022-02-23 06:27

　　为了应对汽车工业发展带来的化石能源消耗和环境污染问题,电动汽车成为当前汽车技术发展的重要方向。由于具有传动效率高以及可控自由度高等优点,基于轮毂电机的分布式驱动电动汽车成为近年来研究的热点。轮毂电机分布式驱动电动汽车力矩响应迅速准确的特点有利于更好地实现四轮力矩分配,为汽车操纵稳定性的改善提供了新的机遇。但是,目前车辆操纵稳定性控制的机理研究主要集中在纯侧偏工况,并未深入分析复合工况下车辆动力学特性的改变对车辆控制带来的影响。复合工况下,车辆操纵稳定性控制面临着一系列挑战:车辆动力学特性变化导致车辆稳定区域改变,增加车辆失稳风险;轮胎的非线性特性使侧偏纵滑呈现复杂的相互耦合作用机理;复合工况下车辆状态剧烈变化,如何协调操纵性和稳定性控制目标使车辆获得最佳的操稳综合控制性能需要进一步研究。为此,本文以轮毂电机分布式驱动电动汽车为研究对象,以复合工况车辆动力学理论为基础,从车辆“稳定性判断”和“侧纵向协同控制”两大层面展开理论与应用研究,旨在提升复合工况下分布式驱动电动汽车的操稳控制性能。具体研究内容为:首先,根据车辆动力学仿真需求,建立十四自由度车辆动力学模型、UniTire轮胎模型、电... 

【文章来源】：吉林大学吉林省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：181 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及课题的提出
    1.2 相关技术研究现状
        1.2.1 质心侧偏角观测研究现状
        1.2.2 车辆稳定性分析研究现状
        1.2.3 车辆操纵稳定性控制研究现状
    1.3 本文的主要工作及内容安排
第2章 分布式驱动电动汽车动力学建模与验证
    2.1 引言
    2.2 分布式驱动电动汽车整车动力学建模
        2.2.1 车身模型
        2.2.2 车轮模型
        2.2.3 轮胎模型
        2.2.4 电机模型
        2.2.5 驾驶员模型
    2.3 整车动力学模型验证
    2.4 本章小结
第3章 分布式驱动电动汽车行驶状态观测研究
    3.1 引言
    3.2 状态观测系统结构
    3.3 质心侧偏角观测
        3.3.1 三自由度单轨车辆模型
        3.3.2 基于运动学方法的质心侧偏角观测
        3.3.3 基于模型法的质心侧偏角观测
        3.3.4 加速度信号的稳态补偿
        3.3.5 质心侧偏角观测融合策略
    3.4 纵向车速观测
        3.4.1 基于轮速法的车速观测
        3.4.2 基于纵向运动学方程的车速观测
        3.4.3 车速融合
    3.5 轮胎力观测
        3.5.1 常规工况下轮胎力观测
        3.5.2 复合工况下轮胎力校正
    3.6 观测效果仿真验证
        3.6.1 高附路面仿真验证
        3.6.2 低附路面仿真验证
    3.7 本章小结
第4章 车辆稳定性分析及稳定性指标设计
    4.1 引言
    4.2 车辆稳定性分析
        4.2.1 纯侧偏工况下稳定性理论分析
        4.2.2 纯侧偏工况下基于操纵图的稳定性分析
        4.2.3 复合工况下稳定性分析
    4.3 鞍点位置的确定
        4.3.1 鞍点位置方程设计
        4.3.2 鞍点位置方程效果验证
    4.4 车辆稳定性指标设计
        4.4.1 常用的稳定边界设计方法
        4.4.2 基于鞍点的稳定性指标设计
    4.5 本章小结
第5章 基于模型预测的复合工况操纵稳定性控制器设计
    5.1 引言
    5.2 模型预测控制基本原理
    5.3 模型预测控制器设计
        5.3.1 面向控制的复合工况Uni Tire轮胎模型
        5.3.2 复合工况下车辆状态预测模型
        5.3.3 控制目标计算
        5.3.4 MPC目标函数设计
        5.3.5 执行器约束
    5.4 权重自适应调节方案设计
        5.4.1 操纵性和稳定性权重自适应设计
        5.4.2 轮胎滑移率控制权重自适应设计
        5.4.3 权重调节关系说明
    5.5 本章小结
第6章 模型预测控制算法仿真验证
    6.1 引言
    6.2 仿真设置
        6.2.1 仿真环境设置
        6.2.2 控制器与参考模型参数设置
    6.3 算法仿真验证
        6.3.1 权重自适应控制效果验证
        6.3.2 复合工况控制效果验证
        6.3.3 控制算法鲁棒性验证
    6.4 本章小结
第7章 质心侧偏角观测算法与MPC算法实车验证
    7.1 引言
    7.2 质心侧偏角观测算法实车验证
        7.2.1 高附工况效果验证
        7.2.2 低附工况效果验证
        7.2.3 极限工况效果验证
    7.3 MPC算法实车验证
        7.3.1 双移线试验
        7.3.2 角阶跃试验
    7.4 本章小结
第8章 全文总结与展望
    8.1 全文总结
    8.2 研究展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]各向异性刚度对轮胎力学特性及车辆操纵性的影响[J]. 李小雨,许男,仇韬,郭孔辉.  吉林大学学报(工学版). 2020(02)
[2]基于运动学方法和运动几何方法融合的质心侧偏角估计[J]. 李小雨,许男,郭孔辉.  机械工程学报. 2020(02)
[3]UniTire统一轮胎模型[J]. 郭孔辉.  机械工程学报. 2016(12)
[4]极限工况下车辆行驶的稳定性判据[J]. 熊璐,曲彤,冯源,邓律华.  机械工程学报. 2015(10)
[5]中国新能源汽车产业发展展望[J]. 唐葆君,刘江鹏.  北京理工大学学报(社会科学版). 2015(02)
[6]基于运动学—动力学方法融合的汽车质心侧偏角估计（英文）[J]. 高博麟,谢书港,龚进峰.  汽车安全与节能学报. 2015(01)
[7]模型预测控制——现状与挑战[J]. 席裕庚,李德伟,林姝.  自动化学报. 2013(03)
[8]基于加速度反馈的任意道路和车速跟随控制驾驶员模型[J]. 丁海涛,郭孔辉,李飞,张建伟.  机械工程学报. 2010(10)
[9]基于纵向力分配的轮边驱动电动汽车稳定性控制[J]. 熊璐,余卓平,姜炜,蒋造云.  同济大学学报(自然科学版). 2010(03)
[10]一种车辆状态滑模观测器的设计方法[J]. 赵林辉,刘志远,陈虹.  电机与控制学报. 2009(04)

博士论文
[1]分布式电驱动汽车主动转向与复合制动集成控制研究[D]. 袁希文.湖南大学 2015
[2]分布式驱动电动汽车动力学控制机理和控制策略研究[D]. 武冬梅.吉林大学 2015
[3]分布式电驱动车辆动力学状态参数观测及驱动力协调控制[D]. 褚文博.清华大学 2013
[4]复合工况下轮胎稳态模型研究[D]. 许男.吉林大学 2012
[5]四轮驱动微型电动车整车控制[D]. 谷靖.清华大学 2012
[6]车辆速度估计非线性观测器方法研究[D]. 郭洪艳.吉林大学 2010
[7]四轮独立电驱动车辆实验平台及驱动力控制系统研究[D]. 王博.清华大学 2009

硕士论文
[1]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[D]. 韩忠良.吉林大学 2018
[2]汽车轮胎/路面摩擦系数的估计方法研究[D]. 王超.吉林大学 2008



本文编号：3641055