分布式驱动电动汽车的转矩分配控制研究

作     者：孙男 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：殷德军

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：分布式驱动电动汽车 车辆操纵动力学 直接横摆力矩控制 无迹卡尔曼滤波 转矩分配 硬件在环试验 

摘      要：由于整车布置、动力性和操纵性上的优势,分布式驱动电动汽车被誉为未来电动汽车的终极形式,但是目前的电子稳定控制程序不能充分发挥分布式驱动电动汽车在操纵稳定性上存在的优势。因此本文依托于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,基于直接横摆力矩控制系统结构,针对分布式驱动电动汽车,提出了一种改善车辆操纵稳定性的转矩分配控制策略,该策略深度挖掘了轮胎侧向力对整车横摆力矩的贡献。首先,本文在Simulink中建立了十四自由度的车辆模型,主要包括轮胎模型、车身运动模型、悬架模型以及车轮转动模型。其次,本文基于分布式驱动电动汽车的特点,设计了轮胎力观测器和车辆质心侧偏角观测器。轮胎力观测器基于车轮转动模型、整车平动动力学估计了轮胎纵向力、侧向力和垂向力。车辆质心侧偏角观测器基于无迹卡尔曼滤波,直接将轮胎力状态观测器中得到的轮胎力作为状态方程的输入量,不需要复杂的轮胎模型,不仅能有效地观测出整车质心侧偏角,而且简化了质心侧偏角观测器。之后基于分层控制的结构,本文设计了转矩分配控制器。上层的横摆运动控制器基于滑模运动控制方法,以横摆角速度和质心侧偏角为联合控制变量,计算整车目标横摆力矩;下层为转矩分配策略,基于最优化理论,充分考虑了轮胎侧向力对整车横摆力矩的贡献,提出了以“纵向力产生的横摆力矩占整车横摆力矩最小为目标的转矩分配方法。最后,为了证明转矩分配控制器的有效性和实时性,本文进行了硬件在环试验。为了解决最优化问题计算量大、求解时间长的问题,本文将非线性目标优化问题转化为基于前馈神经网络的输入-输出拟合问题,有效地改善了转矩分配策略的实时性。