考慮通信時(shí)滯和傳感器噪聲的四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車多狀態(tài)感知及控制.pdf

1、相比于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車擁有更多的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，能更方便的調(diào)節(jié)每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)矩，從而更有效的控制車輛運(yùn)動(dòng)。因此，其整車協(xié)調(diào)控制已成為汽車行業(yè)近年來關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。為了實(shí)現(xiàn)整車的協(xié)調(diào)控制，現(xiàn)代汽車廣泛采用車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行控制單元之間的數(shù)據(jù)通信。整個(gè)車輛控制系統(tǒng)不再是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的中央控制系統(tǒng)，而是分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠顯著的降低導(dǎo)線成本，減輕導(dǎo)線重量并增加整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性。但是，采用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信也會(huì)不可

2、避免的導(dǎo)致信息傳輸?shù)臅r(shí)間滯后。對(duì)于四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車，所需傳遞的信息更多，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載也更大。這樣的時(shí)間滯后可能會(huì)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)生不利影響。同時(shí)，控制器計(jì)算需要時(shí)間，傳感器采集到的信號(hào)也含有一定程度的噪聲。本文針對(duì)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車多狀態(tài)感知問題進(jìn)行了研究，解決了反饋回路時(shí)滯和傳感器噪聲問題。通過CarSim Simulink聯(lián)合仿真，對(duì)感知方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。本文的工作主要包括如下幾個(gè)部分:
　　(1)根據(jù)車輛動(dòng)力學(xué)理論，建立了四

3、輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)的簡單數(shù)學(xué)模型，為之后的研究提供基礎(chǔ)。該模型考慮了整車的縱向運(yùn)動(dòng)、側(cè)向運(yùn)動(dòng)、橫擺運(yùn)動(dòng)，四個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，直流無刷電機(jī)與電機(jī)控制器特性。
　　(2)具體分析了四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的電氣電子架構(gòu)和控制器局域網(wǎng)的通信協(xié)議，在此基礎(chǔ)上計(jì)算了網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)時(shí)性指標(biāo)，即網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率和最長延遲時(shí)間，以及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的延時(shí)。
　　(3)基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和無跡卡爾曼濾波器設(shè)計(jì)了四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的多狀態(tài)感知系統(tǒng)

4、。該方法理論基礎(chǔ)來源于認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)中對(duì)人類運(yùn)動(dòng)感覺系統(tǒng)的研究。人類的運(yùn)動(dòng)知覺不是單一依賴于時(shí)滯和含噪聲的傳感信號(hào)，而是綜合利用了傳感信號(hào)與自已的預(yù)測。預(yù)測能力可以從過去與世界的互動(dòng)中學(xué)習(xí)獲得。本文采用先進(jìn)的遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與訓(xùn)練方法學(xué)習(xí)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的動(dòng)力學(xué)模型，并通過無跡卡爾曼預(yù)測器將先驗(yàn)信息與傳感信號(hào)進(jìn)行融合，形成運(yùn)動(dòng)知覺，從而補(bǔ)償時(shí)滯與噪聲。
　　(4)通過狀態(tài)感知方法與二階滑動(dòng)模態(tài)變結(jié)構(gòu)控制器對(duì)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的