FSEC电动方程式赛车电液复合ESP协调控制策略研究

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目前,电动方程式赛车稳定性控制研究主要集中在纯液压ESP或DYC的单一控制,对电液复合协调控制方面的研究关注较少。本文以中北大学知行号FSEC赛车为研究平台,以提升赛车行驶稳定性为目的,对赛车电液复合ESP协调控制策略进行了研究,主要研究内容如下:首先,从极限工况下电液复合ESP协调控制的可行性与必要性出发,通过对电液复合ESP系统的复合优化机理的分析和研究,说明了电液复合对电动方程式赛车行驶稳定性的改善效果,并以此提出了赛车的电液复合ESP协调控制策略思路,为后续电液复合分层控制策略的制定和仿真验证提供理论支撑。其次,针对FSEC赛车实际质心侧偏角估算,提出基于无迹卡尔曼滤波的预估方法,设计了对应的质心侧偏角估算器,并通过两种极限工况下的仿真试验,证明了该估算器在极限工况下对质心侧偏角进行估算的有效性。然后,对电液复合ESP协调控制策略展开研究。基于分层控制理论,以减少系统的目标重叠、优化冗余分配为目的,将质心侧偏角和横摆角速度作为控制变量对控制策略进行设计。上层控制器为决策层,采用滑模变结构算法;下层控制器为转矩分配层,采用基于最小轮胎使用率的力矩二次分配法,将轮毂电机转矩与液压力分配至各轮以实现差动制动。最后,采用CarSim和Simulink进行联合仿真,建立知行号FSEC赛车的车辆动力学模型与控制系统模型。针对低附着系数的道路状况,采用连续正弦函数模拟方向盘的转角输入,对赛车的单移线和紧急双移线两种极限工况进行了仿真,研究赛车的行驶轨迹、横摆角速度、质心侧偏角等因素对稳定性的影响。通过对电液复合ESP协调控制与纯电机DYC控制以及纯液压ESP控制的实际控制效果进行对比分析,结果表明:在极限工况下,与单一系统控制策略相比,本文设计的电液复合ESP协调控制策略可以有效的改善赛车操控性能。
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