关键词：电动汽车;;四轮独立驱动/转向;;路面附着系数估计;;协同控制;;容错控制
摘 要：在资源和环境的双重压力之下,电动汽车的研究与发展已经成为一种不可逆转的趋势。具有四轮独立驱动、独立转向功能的电动汽车比一般电动汽车有更多的可控自由度,为车辆的节能性控制、稳定性控制、主动安全性控制等提供了更多的可能性,被认为是未来电动汽车发展的重要方向。本文以提高车辆在极限工况下的操纵稳定性和驱动电机失效后的主动安全性为目标,针对四轮独立驱动/转向电动汽车展开了相关的研究,具体内容包括:(1)建立了车辆动力学仿真模型。仿真模型包括七自由度整车动力学模型,魔术轮胎模型,驱动和制动模型,转向模型等,最后利用商业软件Carsim验证了所建模型的正确性。(2)设计了路面附着系数估计算法。选取归一化的Dugoff轮胎模型作为估计模型,以路面附着系数为状态变量,以纵、横向加速度,横摆角加速度为观测量建立系统的状态方程和观测方程,然后运用扩展卡尔曼滤波理论对其进行线性化处理,计算出系统的雅克比矩阵,最后对滤波器的有效性和准确性进行仿真验证。(3)设计了分层式纵、横向力协同控制策略。上层滑模控制器用于保证车辆实现期望行驶状态,中层控制分配器以最小化轮胎负荷率平方和为目标函数,在充分考虑相关约束条件的前提下,实现各轮纵、横向力的最优分配,下层执行层通过车轮动力学模型和轮胎侧偏特性逆模型将纵、横向力转化为电机转矩和车轮转角输出,最后对协同控制进行仿真验证。(4)设计了驱动电机失效后的容错控制策略。首先分析了驱动电机的各种失效情形并划分了失效模式,然后设计了基于规则的容错控制策略,针对其不足,又设计了基于控制分配的容错控制策略,最后对所提出的容错控制策略进行了仿真验证。
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