【摘 要】
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进入21世纪以来,化石燃料的燃烧带来的环境污染日益严重,导致的大气污染如雾霾等严重影响人类健康,同时伴随着化石燃料的巨量消耗,以石油为主的化石能源日益枯竭。所以电动汽车顺应着时代的发展越来越多的出现在人们的视野中,而分布式驱动电动车以其独有的优势站在电动汽车的前列,它无需变速箱、传动轴等传统的传动结构,节省了更多的车身空间,同时得益于能够独立控制四个车轮,为车辆稳定性控制提供了更丰富、更直接的方式
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进入21世纪以来,化石燃料的燃烧带来的环境污染日益严重,导致的大气污染如雾霾等严重影响人类健康,同时伴随着化石燃料的巨量消耗,以石油为主的化石能源日益枯竭。所以电动汽车顺应着时代的发展越来越多的出现在人们的视野中,而分布式驱动电动车以其独有的优势站在电动汽车的前列,它无需变速箱、传动轴等传统的传动结构,节省了更多的车身空间,同时得益于能够独立控制四个车轮,为车辆稳定性控制提供了更丰富、更直接的方式。但分布式驱动电动车辆有四个驱动单元,增加了故障的风险,对于车容错控制也提出了挑战。本文在南京理工大学国际交流合作项目“基于轮胎非线性模型的电动车辆最优扭矩分配方法研究”的资助下,针对分布式电动车辆横摆稳定性、以及容错扭矩分配算法问题展开研究,深入挖掘了控制算法在实时性方面的能力。本文主要研究内容如下:首先,针对于本文所要研究的四轮独立驱制动的电动汽车,对其进行车身动力学建模、悬架动力学建模、轮胎及车轮动力学建模。并与Car Sim车辆模型响应进行了对比实验验证。然后分析了车辆稳定性指标,针对车辆横摆稳定性设计了基于滑模的横摆稳定性控制器,以适应在某些复杂驾驶工况下车身某些参数也会不断变化的情况。由于横摆稳定性控制器所需的质心侧偏角无法通过传感器获得,因而设计了了基于无迹卡尔曼滤波的质心侧偏角观测器。由横摆稳定性控制器得到目标横摆力矩后,设计了基于粒子群算法的扭矩分配控制器。粒子群算法以最小轮胎利用率为适应度函数,考虑到了轮胎垂向载荷转移的影响,并且以纵向力需求以及横摆力矩需求为约束,首先保证了轮胎力工作在可靠范围内,其次满足了驾驶员对车速响应以及转向的需求。在此整车控制框架的基础上提出了基于模糊控制的电机主动故障检测的方法,并分析了不同的失效模式,提出了针对性控制方法,实验表明控制响应迅速、效果较好。最后,本研究了进行了基于NI PXI的硬件在环试验。将Simulink模型中的横摆稳定性控制器生成了嵌入式C代码,并手写了扭矩分配控制器部分的粒子群算法代码,针对车辆控制的实时性性能要求确定了粒子群算法的参数,改善了常规二次规划计算量大、实时性差的缺点,最终验证了本文控制算法的有效性。
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