考虑不确定性的电动汽车横摆稳定性自适应反推跟踪控制

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随着社会的发展,汽车在给我们提供便利的同时也带来了一系列的问题,比如环境污染、交通安全和能源危机等,这也刺激了人们对新型能源汽车的研究兴趣。电动汽车作为一种清洁能源汽车,在近几年得到了大力发展,其中电动汽车的安全性也是人们重点关注的一个问题,因为当电动汽车高速行驶在低附着系数的路面上,轮胎侧滑会更加容易而导致发生交通事故,直接横摆力矩控制是提高车辆行驶稳定性的一种有效方法,其通过计算得到期望的附加横摆力矩能够减小质心侧偏角和横摆率的输出响应,确保车辆在各种工况下的驾驶安全。车辆侧向动力学模型中的非线性和参数不确定性对系统性能和鲁棒性的影响不可忽略,自适应反推控制方法可以有效应对上述挑战,在保证车辆性能的同时提高其控制鲁棒性。本文针对某型电动汽车侧向动力学模型,开发了一类基于自适应反推技术的轨迹跟踪控制器。主要内容如下:(1)建立了两种电动汽车侧向动力学模型,分别为考虑侧倾运动的三自由度参考模型,用于集中式驱动电动汽车;以及四轮驱动二自由度参考模型,用于分布式驱动电动汽车。以此两个参考模型为基础,为后续的控制器开发提供了便利。(2)提出了一种复合自适应反推鲁棒跟踪控制器,该方法在考虑模型不确定参数和外部干扰的情况下能够提高电动汽车的侧向稳定性和操纵性能。首先,基于所建立的三自由度电动汽车参考模型,在Lyapunov稳定性理论框架下,基于反推方法和动态表面控制技术来开发自适应控制律,得出了设计此类控制器的充分条件,以保证其渐近稳定性。最后,进行了 CarSim-Simulink联合仿真,以验证所提出的控制器在单变道操纵和J-turn操纵下的有效性。(3)为提高分布式驱动电动汽车的横摆稳定性,在二自由度参考模型的基础上,提出了基于BLF的自适应反推跟踪控制器作为上层控制器,用来生成期望的附加横摆力矩,并结合Lyapunov稳定性理论保证系统的稳定性;以两种不同的扭矩分配算法作为下层控制器,把附加横摆力矩分配至各个轮胎;此外,质心侧偏角由设计的观测器进行估计,开发了基于投影型的自适应率来估计模型不确定参数。最后,在CarSim-Simulink环境下进行了控制器的联合仿真。
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