关键词：纯电动汽车;;极限工况;;电子稳定控制;;差动制动;;ESC控制策略
摘 要：作为一种新型环保的代步工具,纯电动汽车具有较大的发展潜力。随着汽车高速化、车流密集化日趋明显,纯电动汽车的操纵稳定性和行驶安全性备受关注。在高速大转向、高速移线、侧向风干扰等极限工况下,纯电动汽车的轮胎极易工作于非线性区域,车辆质心侧偏角迅速增大,横摆角速度响应呈非线性变化,导致车辆偏离预定的行驶轨迹甚至出现失控状态。车辆电子稳定控制(ESC)系统可以控制极限工况下汽车的横摆力矩,限制轮胎侧偏角在一定范围内,并在大侧向加速度、大侧偏角的极限工况下对汽车的行驶状态进行主动干预,防止汽车在极限工况下失控。因此,本文以提高纯电动汽车的操纵稳定性和行驶安全性为出发点,对纯电动汽车在极限工况下的ESC控制问题进行研究,其主要研究工作如下:(1)分析纯电动汽车整车建模方法,根据纯电动汽车ESC控制研究的需要,综合考虑建模精度及效率、仿真运行速度及精度等因素,基于MATLAB/Simulink软件平台,采用理论建模法分别建立10自由度整车动力学模型、“魔术公式”轮胎模型、驱动电机及其控制器模型以及3自由度车辆参考模型。(2)在整车及关键零部件动力学建模的基础上,对纯电动汽车ESC系统控制进行具体的分析。确定ESC系统的控制参考量,设计基于EKF算法的质心侧偏角状态观测器,并分别制定各个控制参考量的控制准则对车辆运行状态进行判定;选取差动制动方法作为本文ESC系统研究的控制方法,在此基础上,通过单侧车轮制动方式实现各车轮制动器制动力的分配控制。(3)针对ESC系统的横摆力矩决策问题,基于模糊控制原理、LQG最优控制理论、PID控制方法和人群搜索算法,分别制定纯电动汽车ESC系统的模糊控制策略、LQG控制策略以及基于人群搜索算法优化的PID控制策略,并对比分析三种ESC控制策略各自的优缺点。(4)为了验证极限工况下纯电动汽车ESC控制策略的控制效果,选取方向盘角阶跃输入工况、ISO 3888紧急双移线工况进行MATLAB/Simulink离线仿真,并在FMVSS126法规常用的正弦停滞试验工况、侧向风干扰工况下,开展CarSim和MATLAB/Simulink的联合仿真分析,仿真结果表明,制定的ESC控制策略能够合理控制纯电动汽车横摆角速度及质心侧偏角,有效地抑制车辆的过多转向状态,减小车辆的侧向位移量,保证车辆良好的轨迹保持性和侧向稳定性,提高极限工况下纯电动汽车的操纵稳定性和行驶安全性。
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