轮毂驱动电动车横摆稳定预测控制方法研究

发布时间：2017-08-03 10:39

  本文关键词：轮毂驱动电动车横摆稳定预测控制方法研究

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【摘要】：轮毂驱动汽车将驱动系统直接安装在驱动轮内,具有传动链短、传动高效、结构紧凑等优点,可提高能源利用率和车辆的操控性能,是电动汽车主要发展趋势。轮毂/轮边驱动汽车通过四轮扭矩协调控制可实现车辆稳定性控制、牵引力控制等功能,改变传统燃油汽车相应的控制方式,带来新的技术变革。目前,针对轮毂驱动汽车稳定性控制的研究主要考虑纵向和侧向动力学特性,忽略在高速大转向工况下垂向动力学对车辆稳定性的影响。对此,本文研究考虑垂向动力学的轮毂驱动电动车稳定性问题,以期提高车辆在复杂工况下的稳定性控制性能,具有理论与实际意义。本文第二章首先考虑侧向动态与侧倾动态耦合关系,建立了车辆侧向、横摆、侧倾三自由度的耦合动力学模型。通过对车辆垂向动态载荷、轮胎模型以及轮胎椭圆约束的讨论,得到侧倾动态与横摆动态的耦合关系。通过侧倾动力学的相轨迹分析,得到防侧翻的侧倾约束范围。由此,给出了考虑侧向、横摆动态并将侧倾作为横摆约束的二自由度线性模型。在给出的约束二自由度线性模型基础上,本文第三章设计了横摆率跟踪控制算法和扭矩分配策略。基于控制问题对状态量和输出量需加入约束限制,因此本文选取约束模型预测控制方法。首先分析了车辆转向过度或转向不足和侧翻产生的原因,影响因素和控制器控制目标,实现了具有防侧翻功能的车辆横摆稳定控制。而后基于高精度车辆动力学模型ve DYNA,对车辆高速大转角以及蛇形转向工况进行了仿真,验证给出算法的可行性和有效性。针对低附着系数路面转向行驶时,横摆稳定控制存在轨迹偏移以及车辆侧滑失稳问题。本文第四章在第三章的基础上,进一步考虑了防侧滑约束和转向轨迹跟踪需求,给出了考虑质心侧偏角和横摆率的模型预测控制控制方法。分析了轨迹偏移的影响因素和控制目标,设计约束模型控制防侧滑横摆稳定性控制器。在低附着系数路面下高速大转角以及蛇形转向工况下,检验了给出的控制方法的可行性。并根据在不同路面附着系数,车速及转向角转向时车辆轨迹跟踪状态,给出了横摆稳定控制策略。本文第五章给出了一种轮毂/轮边电驱动汽车横摆稳定控制快速控制原型和硬件在环测试(HIL)系统构建方法。即将控制器和被控对象通过代码生成载入实时系统中,以检验本文第三章和第四章设计的模型预测控制控制器性能,第五章将隐式模型预测控制改进为显式模型预测控制,以满足实时仿真系统dSPACE运算要求,避免了在线优化计算。检验得到控制器控制效果与仿真一致,且稳定可靠,可后续投入实际测试。
【关键词】：轮毂/轮边电驱动汽车 横摆稳定控制 模型预测控制 硬件在环
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72;TP273
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及分析11-17
• 1.2.1 轮毂电驱动电动车研究概况11-13
• 1.2.2 轮毂电驱动电动车结构优化设计研究现状13-14
• 1.2.3 轮毂电驱动电动车动力学控制研究现状14-17
• 1.3 论文主要研究内容17-19
• 第2章 具有侧倾约束的车辆侧向动力学建模19-32
• 2.1 引言19
• 2.2 车辆动力学建模19-23
• 2.3 横摆与侧倾动态特性分析23-31
• 2.3.1 模型转化23-28
• 2.3.2 侧倾约束28-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 横摆率跟踪控制方法研究32-51
• 3.1 引言32
• 3.2 横摆率跟踪控制问题描述32-34
• 3.3 横摆率跟踪约束MPC控制器设计34-41
• 3.3.1 控制方法选取34-35
• 3.3.2 控制问题求解35-41
• 3.4 仿真结果与分析41-50
• 3.4.1 仿真环境与参数41-44
• 3.4.2 仿真验证44-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 横摆稳定性控制方法研究51-66
• 4.1 引言51
• 4.2 横摆稳定性控制问题描述51-53
• 4.3 横摆稳定MPC控制器设计53-55
• 4.4 仿真结果与分析55-61
• 4.4.1 仿真验证55-61
• 4.5 横摆稳定控制策略分析61-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第5章 横摆稳定控制的仿真与实现技术66-81
• 5.1 引言66
• 5.2 控制系统开发流程66-67
• 5.3 显式MPC控制器实现67-73
• 5.4 dSPACE实时仿真系统73-76
• 5.4.1 整车仿真平台搭建及功能分析73-74
• 5.4.2 系统控制界面设计以及平台功能分析74-76
• 5.5 测试结果分析76-80
• 5.5.1 轮毂电驱动电动车车辆特性测试76-78
• 5.5.2 控制器测试78-80
• 5.6 本章小结80-81
• 结论81-83
• 参考文献83-87
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文87-89
• 致谢89

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本文编号：613966