四轮驱动电动汽车转向稳定性控制研究

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多轮独立驱动是电动汽车采用电机牵引带来的独特优势。特别是电动轮技术,使汽车摆脱了复杂的机械机构,这种创新性的车辆结构及牵引方式,为电动汽车在性能上全面超越传统汽车提供了空间,同时也使传统的底盘控制方法难以适应。多轮驱动电动汽车在简单的机械结构下,需要更多地依赖先进的控制策略实现车辆操控。本文以四轮驱动电动汽车为对象,研究汽车的动态控制方案。一方面通过多电机牵引控制和差速控制,使车辆行驶路径跟踪驾驶指令;另一方面针对汽车在不同操纵工况下,行驶过程受车辆非线性影响难以动态保持最佳行驶姿态的问题,采用模型跟踪自适应控制结构与鲁棒控制策略相结合的方法,动态纠正驾驶路径和车辆姿态,改善车辆行驶的稳定性和操控性,进而提升汽车的安全性。从车辆动力学的本质及电动汽车的系统结构出发,建立了三自由度的整车动力学模型,采用Pacejka模型作为车辆的轮胎模型,并在Matlab/Simulink和Carsim两个不同仿真环境下,通过对同一操纵工况下的仿真结果进行对比分析,证明了整车动力学模型的正确性及可行性。采用直接转矩控制为永磁同步牵引电机的控制策略,Ackermann-Jeantand模型作为电动汽车转向差速模型,实现四轮独立驱动控制,并在Matlab/Simulink仿真平台下,对车辆直行与转向过程的差速及牵引性能进行了验证。针对汽车在极限操纵工况行驶过程中难以保持稳定的问题,以车辆的姿态为控制目标,横摆角速度和车身侧偏角为姿态参数,模型跟踪控制为控制结构,构建车辆稳定性控制系统。理想模型采用线性状态下具有轻微不足转向的车辆模型输出,控制器则以线性矩阵不等式的鲁棒性问题为理论基础,设计控制器。通过鱼钩测试(fish-hook)及J-turn两种不同的工况下车辆的闭环仿真,证明本文的鲁棒模型跟踪控制策略可以显著提高车辆在非线性工况下的稳定性及安全性,系统对车辆的参数的非线性具有很好的鲁棒性。最后,采用双轮驱动模型车进行了差速实验,该模型车以单片机控制,通过独立控制的两个直流电机驱动后轮,并采用独立控制的舵机实现转向,实验获得了很好的差速性能。
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