分布式驅動電動汽車狀態(tài)參數(shù)估計與側向穩(wěn)定性魯棒控制研究.pdf

1、與集中式驅動電動汽車相比，分布式驅動電動汽車使用輪轂電機直接驅動四個車輪，以線控系統(tǒng)(X-by-wire，X代表驅動、制動等)取代傳統(tǒng)的機械傳動鏈接，在大幅簡化底盤結構、提高傳動效率的同時，可實現(xiàn)各車輪轉矩的獨立控制與快速響應，為車輛動力學控制提供了獨特的優(yōu)勢（例如，容易產生需要的橫擺力矩)，更易實現(xiàn)車輛底盤側向動力學主動安全系統(tǒng)（前輪主動轉向系統(tǒng)AFS、直接橫擺力矩控制系統(tǒng)DYC等）的集成控制，將極大地改善車輛操縱舒適性和緊急轉向工況

2、下車輛側向穩(wěn)定性。然而，準確而實時地獲得電動汽車行駛過程中的狀態(tài)參數(shù)信息是實現(xiàn)車輛底盤側向動力學主動安全控制的前提與必要條件，同時先進的控制技術是發(fā)揮分布式驅動電動汽車獨立驅動優(yōu)勢實現(xiàn)車輛底盤動力學側向穩(wěn)定性控制的關鍵。本文以分布式輪轂驅動電動汽車為研究對象，圍繞電動汽車側向動力學系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)非線性估計和側向穩(wěn)定性魯棒控制策略等問題展開研究，論文的研究主要內容如下:
　　(1)深入研究三階球面-相徑容積準則求解貝葉斯濾波中的“非

3、線性函數(shù)×高斯密度”問題，將全新高斯域貝葉斯非線性濾波框架下的容積卡爾曼濾波理論引入車輛動力學系統(tǒng)狀態(tài)估計中，利用分布式驅動電動汽車提供的標準車載信息測量量，設計車輛縱向速度、側向速度、質心側偏角等車輛狀態(tài)容積卡爾曼濾波估計算法，在CarSim/Matlab環(huán)境中開發(fā)了高保真的分布式輪轂驅動電動汽車CaiSim和Simulink聯(lián)合仿真平臺，仿真驗證了容積卡爾曼濾波理論在車輛動力學系統(tǒng)狀態(tài)估計中的可行性與適應性。
　　(2)為實時

4、估計車輛行駛過程中的車身側傾角等側傾狀態(tài)及輪胎與路面之間相互作用的輪胎側向力、路面附著系數(shù)等參數(shù)，采用非穩(wěn)態(tài)效應的Dugoff動態(tài)輪胎模型刻畫輪胎瞬時力學特性，設計分布式驅動電動汽車雙容積卡爾曼濾波車輛狀態(tài)參數(shù)聯(lián)合估計理論框架，其中第一個容積卡爾曼濾波估計器估計車輛運行的速度、車輛車身側傾角、輪胎側向力等狀態(tài)，另一個串聯(lián)的容積卡爾曼濾波估計器估計路面附著系數(shù);同時，為有效地提高雙CKF狀態(tài)參數(shù)聯(lián)合估計的實時性、精度和穩(wěn)定性，在CKF估計

5、過程中直接以協(xié)方差矩陣的平方根進行迭代更新，推導了平方根雙容積卡爾曼濾波的車輛狀態(tài)參數(shù)聯(lián)合估計的算法流程，仿真驗證雙CKF估計算法能對車輛狀態(tài)參數(shù)進行在線估計，且具有較高的估計精度。
　　(3)利用相平面法分析車輛橫擺動力學系統(tǒng)的非線性運動穩(wěn)定性，將車輛的橫擺運動張成質心側偏角-橫擺角速度的相空間，構建了以非穩(wěn)定平衡點-鞍點為臨界穩(wěn)定邊界的相平面穩(wěn)定域來分析車輛橫擺穩(wěn)定性，考察路面附著系數(shù)、方向盤轉角、車輛縱向速度等重要因素對車輛

6、橫擺運動穩(wěn)定性的影響。針對分布式驅動電動汽車側向動力學系統(tǒng)的不確定性問題，將能應對參數(shù)攝動的不確定魯棒H∞控制技術引入車輛側向動力學系統(tǒng)，發(fā)展了面向電動汽車AFS和DYC集成系統(tǒng)定向控制的不確定車輛側向動力學模型，構建了基于動態(tài)誤差變量的不確定電動汽車側向動力學橫擺運動增廣系統(tǒng)，推導了車輛閉環(huán)系統(tǒng)漸近穩(wěn)定的H∞反饋控制器的成立條件，完成了AFS和DYC系統(tǒng)的魯棒H∞集成控制器設計，仿真驗證了魯棒控制器能利用左右輪轂電機轉矩差提高車輛行駛

7、過程中的側向穩(wěn)定性。
　　(4)為提高車輛轉向操縱過程中的側傾穩(wěn)定性，根據(jù)定義的車輛載荷參數(shù)、車輛車身側傾角和臨界側向加速度組合的側傾穩(wěn)定指標對車輛橫擺角速度名義值進行修正，發(fā)展了面向主動側傾穩(wěn)定性定向控制的不確定電動汽車側傾動力學系統(tǒng)模型?？紤]執(zhí)行器飽和特性，在抗飽和問題廣義H∞控制系統(tǒng)的統(tǒng)一框架下，采用Lyapunov理論設計了車輛主動側傾穩(wěn)定性抗飽和魯棒控制器，根據(jù)Finsler遞歸定理推導了車輛主動側傾穩(wěn)定性抗飽和魯棒反饋

8、控制器存在的條件，使電動汽車主動側傾動力學閉環(huán)系統(tǒng)滿足漸近穩(wěn)定且具有期望的控制性能指標，仿真驗證了抗飽和主動側傾魯棒控制的車輛在轉向過程中具有較大的側傾穩(wěn)定裕度，能避免車身姿態(tài)側傾過大導致的車輛不安全甚至失穩(wěn)。
　　(5)對分布式驅動輪轂電動汽車進行實車路面試驗研究，在低速下采用J轉向和蛇形試驗對車輛狀態(tài)參數(shù)的估計進行了驗證試驗，采用半圜轉向和兩種長時間歷程的連續(xù)激烈轉向試驗對車輛側向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)進行驗驗證，試驗結果表明，設計的