四輪輪轂電動(dòng)車操縱穩(wěn)定性控制方法研究.pdf

1、四輪輪轂電動(dòng)車具有整備質(zhì)量輕，機(jī)械傳動(dòng)損耗低，行駛特性靈活等特點(diǎn)，已經(jīng)逐漸成為研究熱點(diǎn)之一。目前四輪輪轂電動(dòng)車整車的基本控制研究已經(jīng)日趨完善，但是針對(duì)操縱穩(wěn)定性的研究較少，尤其在路況工況變化以及在干擾的情況下的操縱穩(wěn)定性控制極少涉及，因此操縱穩(wěn)定性已逐漸成為四輪輪轂電動(dòng)車整車控制的關(guān)鍵問題之一。本文主要解決四輪輪轂電動(dòng)車在車輛參數(shù)及運(yùn)行條件變化，以及車輛在干擾情況下的操縱穩(wěn)定性問題。本文所取得的創(chuàng)新性成果如下：
　　1.為了解決在

2、車輛參數(shù)和路面摩擦系數(shù)未知的情況下的操縱穩(wěn)定性問題，本文提出了一種基于自適應(yīng)控制的橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角的控制策略。在分析了橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角對(duì)四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車操縱穩(wěn)定性的影響的基礎(chǔ)上。為了使車輛適應(yīng)不同路面摩擦系數(shù)，設(shè)計(jì)了一種基于線性模型的四輪輪轂電動(dòng)車橫擺角速度自適應(yīng)控制器；鑒于車輛自身參數(shù)的漂移，設(shè)計(jì)了基于質(zhì)心側(cè)偏角的橫擺角速度動(dòng)態(tài)調(diào)整策略，實(shí)現(xiàn)了四輪輪轂電動(dòng)車在不同路況和自身參數(shù)變化的情況下橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角的控制，提高了

3、車輛的操縱穩(wěn)定性。
　　2.在第1點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的研究了車輛的加速性和安全性。一方面考慮到四輪輪轂電動(dòng)車操縱穩(wěn)定性和加速性能，本文提出了一種基于改進(jìn)型變速積分的矢量控制策略。另一方面考慮到四輪輪轂電動(dòng)車操縱穩(wěn)定性和安全性，以電動(dòng)車坡道起步為例進(jìn)行研究，本文設(shè)計(jì)了一種基于龍伯格狀態(tài)觀測(cè)器的坡道起步策略，在車輛起步之前采用龍伯格狀態(tài)觀測(cè)器進(jìn)行坡道角度估計(jì)，在保證沖擊度滿足車輛起步要求的同時(shí)最大的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行起步。
　　3.由

4、于四輪輪轂電動(dòng)車的四個(gè)輪子均采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方式，因此存在轉(zhuǎn)矩分配問題，即將可保證車輛操縱穩(wěn)定性的總轉(zhuǎn)矩經(jīng)過合理分配到四個(gè)輪子上。而目前所采用的平均分配方式在平行兩輪所處于不同工況以及故障的情況下效果并不理想，故本文設(shè)計(jì)了一種以車輛穩(wěn)定性為目標(biāo)的目標(biāo)優(yōu)化轉(zhuǎn)矩分配策略。該策略先根據(jù)電機(jī)故障控制策略，確定參與目標(biāo)優(yōu)化的輪胎力；然后將駕駛員期望驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩、駕駛員期望橫擺轉(zhuǎn)矩和前輪側(cè)向力比重作為約束條件；最后策略根據(jù)當(dāng)前電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，確定了車輪縱

5、向輪胎力和側(cè)向輪胎力的權(quán)重系數(shù)，結(jié)合四輪輪轂電動(dòng)車的約束條件得出以車輛穩(wěn)定性為優(yōu)化目標(biāo)的轉(zhuǎn)矩分配方法，為輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供控制期望值。
　　4.考慮到干擾對(duì)四輪輪轂電動(dòng)車操縱穩(wěn)定性的影響，本文從以下三個(gè)方面的干擾為例進(jìn)行研究。第一，考慮到網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)延遲會(huì)造成車輛控制產(chǎn)生偏差，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)箍刂瓢l(fā)散，為了保證網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)延遲干擾條件下的操縱穩(wěn)定性，本文針對(duì)車輛網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)延時(shí)干擾設(shè)計(jì)了一種基于H∞魯棒控制的隨機(jī)干擾抑制策略。該策略的主要研

6、究工作為：使用泰勒方法建立包含隨機(jī)延時(shí)的整車模型，設(shè)計(jì)H∞魯棒控制控制器，使用LMI優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，求解出控制規(guī)律。保證了在網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)干擾情況下，電動(dòng)車仍可以按照要求正常的完成指定工況，提高了四輪輪轂電動(dòng)車的操縱穩(wěn)定性。第二，考慮到電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)諧波對(duì)車輛輸出會(huì)造成轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速脈沖的問題，為了保證諧波干擾條件下的操縱穩(wěn)定性，本文提出了一種基于低通濾波器的諧波抑制策略。該策略使用諧波注入的方式進(jìn)行諧波抑制，具體對(duì)電機(jī)產(chǎn)生主要影響的五次諧波和七次諧波

7、分別設(shè)計(jì)低通濾波器，將計(jì)算得到的控制電壓疊加到基波的控制電壓上，從而達(dá)到抑制五次和七次諧波的目的。第三，考慮到轉(zhuǎn)矩干擾對(duì)車輛操縱穩(wěn)定性的影響，本文針對(duì)電動(dòng)車負(fù)載轉(zhuǎn)矩突變問題設(shè)計(jì)了一種基于系統(tǒng)逆的轉(zhuǎn)矩干擾控制器。該策略將外部的干擾及模型參數(shù)的變化造成的實(shí)際對(duì)象與名義模型輸出的差異統(tǒng)統(tǒng)等效為控制輸入端，及等效出干擾，在控制中引入等量的補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的完全抑制。本文設(shè)計(jì)的三種干擾抑制算法保證了電動(dòng)車在干擾條件下的正常運(yùn)行，提高了操縱穩(wěn)定性。