关键词：分布式驱动;;电动汽车;;转矩分配;;状态估计;;卡尔曼;;综合优化
摘 要：分布式驱动电动汽车具有四个响应快速可独立精确控制的驱动电机,在节能减排、结构布置和整车动力学控制等方面具有突出的优势是电动汽车未来发展的重要方向。由于行驶中的汽车具有参数时变非线性动力学特性,而且分布式驱动也给车辆状态和路面附着估计带来了困难。因此,根据不同行驶工况精确协调分配各轮的转矩,才能充分发挥驱动多自由度在整车性能控制方面的优势。针对上述问题,展开了如下研究工作:为实现分布式驱动电动汽车动力学控制建立了车辆模型。通过对轮胎力进行线性化处理,获得二自由度参考模型。采用非线性轮胎模型,建立纵向、侧向、横摆3自由度车辆模型。在Carsim软件中建立除驱动系统以外的车辆模型,利用MATLAB/Simulink搭建驱动电机模型,再进行联合构建完整的分布式驱动电动汽车动力学模型。通过与传统汽车对比分析,结果表明,分布式电动汽车在响应速度上更优。针对车辆状态参数信息对车辆各性能的控制具有重要作用,进行了车辆行驶状态和路面附着系数估计。基于非线性车辆动力学模型,设计外部输入向量及输出向量,并以车辆纵向加速度、前轮转角传感器信号推算出包含噪声的纵向车速、横摆角速度及质心侧偏角为状态向量,建立非线性系统的状态方程和观测方程。为克服车辆行驶时不确定测量噪声对状态估计精度的影响,在无迹卡尔曼滤波中引入模糊推理动态调整观测噪声协方差的值,以提高其对观测噪声的自适应性。通过双移线和角阶跃仿真试验结果表明,所提出的估计方法比扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波具有更高的精度。利用上述估计方法,设计了一种基于峰值附着系数的路面辨识方法,在高低附着系数路面上进行仿真试验验证了方法的有效性。基于综合优化目标的转矩分配控制研究,提出了一种以提高轮胎附着裕量和改善驱动性能的转矩分配策略。设计了整车转矩分配控制系统,包括驾驶员动力需求、车辆横摆稳定要求的决策层和转矩优化分配层。建立了包含轮胎利用率和纵向驱动力2个性能的综合目标函数,基于广义横摆力矩决策依据,并在驱动防滑、电机失效、最大驱动转矩和路面附着的约束条件下,应用全局序列二次规划法求解目标函数。在联合控制模型下进行了对开路面和驱动电机失效工况的仿真试验,结果表明:该分配策略在保证车辆稳定性的前提下改善了车辆的动力性能,提高了车轮附着裕量。
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