電動輪汽車eps與dyc集成控制系統(tǒng)研究開題報告

1、電動輪汽車EPS與DYC集成控制系統(tǒng)研究Research on integrated control technology of EPS and DYC for electric wheel truck,姓 名：蘇 健學 號： S1404004學位等級：碩 士學科專業(yè)：車 輛 工 程,1,,課題研究背景,2,,研究現(xiàn)狀,3,,研究的目的和意義,4,,研究的主要內容,5,

2、,關鍵問題和解決方案,6,,創(chuàng)新點,目,錄,7,試驗方案與試驗過程,輪轂電機驅動汽車（電動輪汽車）是把輪轂式電機直接裝在汽車車輪來驅動汽車行駛，是未來電動汽車驅動的發(fā)展方向。電動輪汽車具有以下優(yōu)勢[1,2]：,優(yōu) 勢,輪轂電機驅動汽車（電動輪汽車）是把輪轂式電機直接裝在汽車車輪來驅動汽車行駛，為未來電動汽車驅動的發(fā)展方向。電動輪汽車具有以下優(yōu)勢[1,2]：,課題研究背景——電動輪汽車,?摒棄了液壓助力轉向系統(tǒng)的助力機構；?環(huán)保、

3、節(jié)能、結構簡單；?使汽車有更好地轉向性能；......,,優(yōu)點,＃不能實現(xiàn)變傳動比控制和主動轉向干預；＃EPS無法解決好低附著路面系數(shù)的操縱路感和回正性能；＃車輛轉向時就會存在失穩(wěn)問題，特別是高速大轉角等緊急情況下，需要加入穩(wěn)定性控制；＃傳統(tǒng)EPS系統(tǒng)的設計思想并沒有考慮到對操縱穩(wěn)定性的影響[3]。,,不足,課題研究背景——EPS,汽車電動助力轉向系統(tǒng)（EPS）source of figures：image.baidu.co

4、m,EPS機構示意圖source of figures：image.baidu.com,DYC系統(tǒng)控制效果圖source of figures：布式驅動電動汽車直接橫擺力矩控制研究[4],DYC是什么？直接橫擺力矩控制（Direct Yaw moment Control, DYC），是一種利用左右側車輪縱向力的差異，即對汽車一側車輪增加驅動或制動轉矩?T，另一側減小?T，產生橫擺力矩，改善車輛操縱穩(wěn)定性的方法，是一種控制車輛穩(wěn)定性

5、的主動安全系統(tǒng)。,,,試驗證明，DYC 系統(tǒng)的控制作用要比基于轉向的穩(wěn)定性控制系統(tǒng)更加可靠和有效，因為車輛在失穩(wěn)或將要失穩(wěn)時，由于車輪附著力的下降，車輛的方向控制已經變得非常困難[4,5]。,課題研究背景——DYC,,,,,,,很好的底盤控制技術應用平臺,試驗證明是一種很可靠和有效的車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng),擁有很多優(yōu)點，但是需要加入穩(wěn)定性控制，特別是緊急工況,,,,課題研究背景——小結,電動輪汽車EPS與DYC集成控制系統(tǒng)研究,研究現(xiàn)狀——

6、國內,研究現(xiàn)狀——國外,車輛處于緊急工況時，車輛的側向加速度、車身側偏角和橫擺角速度都比較大，此時輪胎的側向受力已經趨于飽和，它的側向力和側偏角已經處于高度的非線性關系，單純依靠車輛的四輪轉向已經不能增加車輛的側向力從而提高車輛的側向操縱穩(wěn)定性了。（需要DYC協(xié)調控制）,針對車輛的底盤集成控制，現(xiàn)今集成控制算法有:二次最優(yōu)控制、模糊控制、非線性預測控制、人工神經網絡、滑?？刂?、魯棒H2 和 H∞控制等。（可以借鑒選?。?考慮到現(xiàn)今EPS

7、技術成熟，在改善操縱穩(wěn)定性性能方面效果很好，所以選取分層-監(jiān)督控制結構作為集成控制結構，使各個子系統(tǒng)仍然保留完整的系統(tǒng)，一方面對各個子系統(tǒng)的工作進行了充分的協(xié)調，另一方面不需要設計統(tǒng)一的控制器，靈活性較好。,研究現(xiàn)狀——現(xiàn)狀小結,,,,以電動輪汽車為平臺，針對對開路面強制動與低附著路面大轉向，高速大轉向等工況，以改善電動輪汽車的操縱穩(wěn)定性為主要目標，進行EPS與DYC集成控制技術研究。,目的,電動輪汽車是未來汽車發(fā)展趨勢，所以電動輪汽車

8、EPS與DYC的集成控制技術研究具有較高的實用價值。,意義,研究的目的和意義,,1,Step one,工況識別及模型的搭建,2,Step two,針對不同工況設計其分層—監(jiān)督集成控制方法,3,Step three,基于CarSim搭建整車動力學模型,4,Step four,匹配EPS與DYC的集成控制算法，基于simulink搭建集成控制模型,5,Step five,聯(lián)合仿真研究,研究的主要內容,5.1.1 對開路面強制動,控制前,控制

9、后,關鍵問題和解決方案——NO.1,source of figures:基于ESP與EPS的底盤一體化控制技術研究[7],工況識別：從傳感器信號中獲得踏板開度信號 α（α >0為驅動，α Δμs-s（Δμs-s 為控制策略中制定的門限值），那么車輛處于分離系數(shù)路面上；如果制動踏板開度α < αs-s（αs-s 為控制策略中制定的門限值），那么駕駛員正在進行強制動的操作。,,控制前,控制后,關鍵問題和解決方案——NO.1,s

10、ource of figures:基于ESP與EPS的底盤一體化控制技術研究[7],5.1.2 低附路面大轉向,工況識別：從傳感器信號在狀態(tài)觀測層得到車輪與路面間的附著系數(shù)μ。如果μ<μs-l（μs-l為控制策略中制定的門限值），那么車輛處于低附路面上。,縱向力產生的回正力矩,側向力產生的回正力矩,垂向力產生的回正力矩,輪胎產生的總回正力矩,關鍵問題和解決方案——NO.1,source of figures:基于ESP與EPS的底

11、盤一體化控制技術研究[7],5.1.2 常規(guī)工況,工況識別：從傳感器信號在狀態(tài)觀測層得到車輪與路面間的附著系數(shù)μ。如果μs-l<μ（μs-l控制策略中制定的門限值），那么車輛處于常規(guī)中高附路面上。,關鍵問題和解決方案——NO.2,關鍵問題和解決方案——NO.2,,本課題研究對象為四輪獨立驅動的電動汽車，建模時需要考慮車輛的側向和橫擺運動對車輛穩(wěn)定性影響，本文選用八自由度整車模型(車身橫向、縱向、橫擺、四個車輪旋轉以及轉向盤轉角)，

12、以轉向盤轉角和估車速為模型輸入，并假設[16]：＃汽車質心與固結于汽車上的運動坐標系的原點重合；＃忽略了懸架的作用，假設汽車沒有垂向運動；＃汽車的俯仰角和側傾角為0；＃各個輪胎的機械特性相同。,,整車模型,,,,三自由度車體動力學模型,,,轉向系模型,輪胎模型,輪轂電機模型,,電動輪車輪旋轉動力學模型,關鍵問題和解決方案——NO.3,三自由度車體動力學模型source of figtures：Coordinated Vehi

13、cle Dynamics Control with ControlDistribution[17],電動輪車輪旋轉動力學模型source of figures：輪轂電機驅動電動汽車的電子穩(wěn)定 控制研究[4],輪轂電機模型source of figures:電動輪驅動汽車動力學仿真模型及試驗驗證[18],轉向系模型source of figures:基于ESP與EPS的底盤一體化控制技術研究[7],關鍵問題和解決方案——N

14、O.3,,,線性最優(yōu)控制,A,,非線性滑?？刂?B,引言：由于人們還缺乏有效的手段來規(guī)范化、系統(tǒng)地處理集成控制系統(tǒng)下個子系統(tǒng)的功能與作用，因此在控制算法的應用上還主要以線性最優(yōu)控制以及簡單的非線性滑?？刂茷橹鱗8]。措施：隨著研究的不斷深入，在兩者之間做最優(yōu)選取。,關鍵問題和解決方案——NO.4,聯(lián)合仿真流程圖,關鍵問題和解決方案——NO.5,01,基于電動輪汽車平臺，將DYC與EPS進行集成控制技術研究。,02,針對不同典型工況，設

15、計與之對應的集成控制方法。,課題創(chuàng)新點,CarSim是專門針對車輛動力學的仿真軟件，CarSim模型在計算機上運行的速度比實時快3-6倍，可以仿真車輛對駕駛員，路面及空氣動力學輸入的響應，主要用來預測和仿真汽車整車的操縱穩(wěn)定性、制動性、平順性、動力性和經濟性，被廣泛地應用于現(xiàn)代汽車控制系統(tǒng)的開發(fā)。,CarSim界面,聯(lián)合仿真實例圖,試驗方案與試驗過程——Page1,Matlab/dSPACE集成開發(fā)環(huán)境,dSPACE實時仿真系統(tǒng)是由德國

16、dSPACE公司開發(fā)的一套基于MATLAB/Simulink的控制系統(tǒng)開發(fā)及半實物仿真的軟硬件工作平臺，實現(xiàn)了和MATLAB/Simulink的完全無縫連接，具有實時性強，可靠性高，擴充性好等優(yōu)點。本課題將利用dSPACE對集成控制系統(tǒng)進行閉環(huán)實時半實物仿真，對其進行測試。,試驗方案與試驗過程——Page2,工作計劃,[1] SPERLING D, GORDON D. Two billion cars: driving toward s

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