基于车辆状态估计的电动汽车横纵向稳定性控制研究

作     者：费明哲 

作者单位：山东交通学院 

学位级别：硕士

导师姓名：王健;于蓬

授予年度：2024年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：分布式驱动电动汽车 车辆状态估计 稳定性控制器 滑模观测器 

摘      要：由于汽车保有量的增加,环境污染、资源匮乏和交通安全等问题愈发受到公众关注。在这一背景下,新能源汽车因其行驶安全性高,传动效率高,节能环保等特点,特别是基于轮毂电机驱动的分布式驱动电动汽车,成为目前汽车行业发展的主要方向。为了提高车辆行驶过程中的稳定性,需要对车辆进行稳定性控制。本文以分布式驱动电动汽车为研究对象,通过Matlab/Simulink和Carsim联合仿真平台搭建其动力学模型,针对车辆行驶过程中的状态估计和车辆的横纵向稳定性控制等相关问题进行研究分析。具体研究内容如下: (1)建立分布式驱动电动汽车动力学模型。在Matlab/Simulink中搭建七自由度车辆动力学模型、二自由度车辆模型、电机模型等,其中轮胎力通过滑模观测器进行估计。通过与Car Sim中的车辆仿真模型进行联合仿真,验证了所搭建模型的有效性,为后续的研究内容提供依据。 (2)基于无迹卡尔曼滤波算法搭建可以同时估计车身质量参数和运动状态的双重无迹卡尔曼滤波车辆状态参数估计器。为了保证求解不被中断,对估计器中常规的Cholesky分解进行优化,提高了估计器的稳定性。通过Matlab中内置的仿真工况进行了仿真,验证了所搭建估计器的有效性。 (3)对车辆行驶过程中的稳定性进行分析,并采用分层控制器结构搭建车辆纵向稳定性控制器。上层控制器通过模型预测控制产生期望加速度,下层控制器根据加速度产生的期望转矩控制车速,同时采用简化二次规划求解算法减少了计算时间,并通过仿真验证了控制器的可行性。介绍了车辆转向过程中的侧向失稳判定,并通过分层控制策略搭建车辆横向稳定性控制器,上层直接横摆力矩控制器基于模型预测控制计算附加横摆力矩,下层控制器基于最优分配理论对附加横摆力矩进行四轮独立分配,令车辆横向稳定性控制器在高附着路面双移线工况,低附着路面双移线工况,高附着路面转向角正弦输入工况三种工况下进行了仿真分析,分析结果表明所建立的车辆横纵向稳定性控制器具有一定有效性。