電動(dòng)輪汽車(chē)轉(zhuǎn)向的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制及人車(chē)閉環(huán)仿真研究.pdf

1、隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益加劇，各國(guó)政府和各大汽車(chē)廠商開(kāi)始致力于推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，以期解決傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)面臨的能源和環(huán)境問(wèn)題。同時(shí)，電動(dòng)輪汽車(chē)作為一種采用全新動(dòng)力驅(qū)動(dòng)形式的汽車(chē)，以輪轂電機(jī)或輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，給整車(chē)提供動(dòng)力。較傳統(tǒng)汽車(chē)而言，電動(dòng)輪汽車(chē)具有更多的可控自由度，更加適合于底盤(pán)集成控制技術(shù)。便于采用一體化方式分配車(chē)輛轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行器動(dòng)作，使得整車(chē)性能達(dá)到最優(yōu)。因此，將電動(dòng)輪汽車(chē)與底盤(pán)集成控制技術(shù)相結(jié)合，可以進(jìn)

2、一步提升汽車(chē)的安全性能，具有更加廣闊的發(fā)展前景。
　　就車(chē)輛穩(wěn)定性控制而言，采用底盤(pán)集成控制系統(tǒng)是目前公認(rèn)的有效途徑。而如何處理好轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)之間的協(xié)同問(wèn)題，建立統(tǒng)一的控制結(jié)構(gòu)是解決底盤(pán)集成控制問(wèn)題的關(guān)鍵。針對(duì)該問(wèn)題，本文以四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向的電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)為研究對(duì)象，提出了一種車(chē)輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，并基于分層控制結(jié)構(gòu)，對(duì)轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)協(xié)同控制問(wèn)題、輪胎縱向力分配問(wèn)題以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器/觀測(cè)器延時(shí)問(wèn)題進(jìn)行了研究。
　　主要研究工作分述如

3、下：
　　首先，建立了八自由度非線性車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型，為車(chē)輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證提供仿真平臺(tái)。在車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型的輪胎建模部分，為便于理論分析，選用了能夠反映輪胎非線性特性以及物理含義清晰、形式簡(jiǎn)潔的Dugoff輪胎模型。
　　其次，基于分層控制結(jié)構(gòu)提出了一種車(chē)輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)分為三層，第一層為期望規(guī)劃層，主要是基于駕駛員熟悉的車(chē)輛線性模型，選用了能夠表征駕駛員操縱和穩(wěn)定意圖的參考模型；第二層為協(xié)調(diào)規(guī)劃層，采用

4、滑模變結(jié)構(gòu)方法設(shè)計(jì)了四輪轉(zhuǎn)向控制器和橫擺力矩控制器，并實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向和橫擺的協(xié)同控制；第三層為分配控制層，基于車(chē)輛操縱性和駕駛舒適性設(shè)計(jì)了輪胎縱向力動(dòng)態(tài)分配策略；同時(shí)，還針對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器/觀測(cè)器的延時(shí)問(wèn)題設(shè)計(jì)了Smith預(yù)估控制器。所設(shè)計(jì)的輪胎縱向力動(dòng)態(tài)分配策略，能夠在借助車(chē)輛穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性輔助車(chē)輛轉(zhuǎn)向的同時(shí)，兼顧駕駛員的縱向駕駛意圖，減小輪胎縱向力分配過(guò)程對(duì)車(chē)輛縱向速度的影響。并針對(duì)該車(chē)輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，進(jìn)行了開(kāi)環(huán)仿真研究。仿真試驗(yàn)結(jié)果

5、表明，本文設(shè)計(jì)的車(chē)輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)滿足了設(shè)計(jì)要求，能夠很好地實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性控制。
　　然后，為進(jìn)行人車(chē)閉環(huán)仿真研究，對(duì)駕駛員模型的預(yù)瞄和決策機(jī)理進(jìn)行了研究，提出了方向預(yù)瞄駕駛員模型，用于獲得駕駛員在車(chē)輛轉(zhuǎn)向過(guò)程中的方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角，從而為車(chē)輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的人車(chē)閉環(huán)仿真研究提供有效的駕駛員模型。
　　最后，建立了基于車(chē)輛穩(wěn)定性控制的人車(chē)閉環(huán)控制系統(tǒng)，并進(jìn)行了閉環(huán)仿真研究。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，本文給出的基于分層控制結(jié)構(gòu)的車(chē)輛穩(wěn)