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极限工况下AFS与DYC可拓协调控制

机械设计与制造 2024年第6期400卷 163-169页

作者：冯樱江子旺乔宝山邓召文湖北汽车工业学院汽车工程学院湖北十堰442002

主动前轮转向系统(AFS)和直接横摆力矩控制(DYC)集成控制可提高商用货车的操纵稳定性。由于主动前轮转向在轮胎非线性区作用效果有限,与直接横摆力矩控制简单叠加的控制效果不一定能达到预期,为此这里设计了可拓协调控制系统。该系统分... 详细信息

主动前轮转向系统(AFS)和直接横摆力矩控制(DYC)集成控制可提高商用货车的操纵稳定性。由于主动前轮转向在轮胎非线性区作用效果有限,与直接横摆力矩控制简单叠加的控制效果不一定能达到预期,为此这里设计了可拓协调控制系统。该系统分为上、中、下三层,上层为AFS与DYC协调切换控制层。采用试验法得到前轮临界转角,根据线性二自由度车辆模型反推临界转角下的稳态质心侧偏角,结合车辆实际质心侧偏角及其速度的相平面稳定域将相平面图分区,设计了3种不同协调控制策略;中层是基于指数趋近律设计的AFS与DYC滑模控制器,可得到前轮附加转角和附加横摆力矩;附加横摆力矩由下层控制器根据车辆实时状态进行制动力分配。采用TruckSim、Matlab/Simulink建立联合仿真平台,在极限工况下进行仿真验证可拓协调控制系统。仿真结果得到最优可拓协调策略,该协调控制弥补了AFS/DYC单一控制的缺陷,可保证车辆的操纵稳定性和行驶安全性。

关键词：操纵稳定性主动前轮转向直接横摆力矩相平面前轮临界转角可拓协调控制

分布式驱动电动汽车主动后轮转向与直接横摆力矩协调控制研究

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分布式驱动电动汽车主动后轮转向与直接横摆力矩协调控制研究

作者：黄文军江西理工大学

学位级别：硕士

分布式驱动电动汽车节能环保、传动高效的优势,且其各个车轮转矩独立可控,为整车操纵稳定性控制提供了有利的硬件条件。但极限工况下,低附着路面系数、大侧偏角转向以及电机转出转矩限制,轮胎力容易达到饱和状态,导致单一的直接横摆力... 详细信息

分布式驱动电动汽车节能环保、传动高效的优势,且其各个车轮转矩独立可控,为整车操纵稳定性控制提供了有利的硬件条件。但极限工况下,低附着路面系数、大侧偏角转向以及电机转出转矩限制,轮胎力容易达到饱和状态,导致单一的直接横摆力矩控制(Direct Yaw-Moment Control,DYC)方式难以充分保证车辆动力学稳定性。主动后轮转向(Active Rear-Wheel Steering,ARS)控制可以进一步改善轮胎的地面附着性能,有效降低危险工况下车辆的甩尾或侧倾。为此,本文以分布式驱动电动汽车为研究对象,设计集成主动后轮转向与直接横摆力矩协调控制控制策略,主要工作内容如下:建立分布式驱动电动汽车三自由度动力学数学模型,采用魔术轮胎模型对轮胎力学特性进行估计。在此基础上,通过线性化处理,建立车辆二自由度参考模型,在Car Sim软件中进行车辆动力学模型的动力传动系统和转向系统设置,构建具有后轮转向的分布式驱动电动汽车模型,并在Matlab/Simulink软件中分别建立电机驱动控制器、后轮转向控制器和整车动力学控制器,最后搭建分布式驱动电动汽车动力学控制联合仿真平台。分析横摆角速度与质心侧偏角两个状态变量对车辆操纵稳定性的影响机制。设计主动后轮转向模型预测控制策略,开展双移线和蛇形两种工况仿真分析研究。通过与传统的前轮转向控制和基于LQR的主动后轮转向对比,结果表明:在一定的工况下,所设计的主动后轮转向MPC策略能提供车辆稳定性控制的横向纠摆力矩,并能有效约束车辆质心侧偏角,改善车辆稳定性和操纵性,但在低附着路面和高速大转向等危险工况下,轮胎侧偏力快速达到饱和状态使得主动后轮转向的控制能力有限。研究基于相平面理论的车辆操纵稳定性判定方法,将车辆动力学控制区域划分为稳定区、非稳定区和协调控制区,采用分层结构设计主动后轮转向和直接横摆力矩集成协调控制系统。上层协调控制器中,采用模糊控制算法获得协调控制区的边界系数,从而为稳定性控制器的介入提供准确依据,进而决策出主动后轮转向与直接横摆力矩的控制权重。下层控制器中,采用滑模控制算法计算出附加横摆力矩,最后,根据上层分配的控制权重,对后轮转向角和直接横摆力矩进行协调。联合仿真实验结果分析表明:所提出的协调控制能够实现对理想横摆角速度的精确跟踪,减小了纵向速度对稳定性的影响,充分发挥了主动后轮转向与直接横摆力矩两种控制方式各自的优势,提高了车辆稳定性控制裕度。

关键词：分布式驱动电动汽车主动后轮转向直接横摆力矩模型预测控制协调控制

分布式驱动纯电动旅游客车直接横摆力矩控制策略研究

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分布式驱动纯电动旅游客车直接横摆力矩控制策略研究

作者：李嘉轩长安大学

学位级别：硕士

分布式驱动纯电动客车具有电机扭矩响应快、独立可控等优点,在改善车辆操纵性和行驶稳定性等方面有显著优势。本文以基于轮毂电机的分布式驱动纯电动旅游客车为研究对象,针对客车在低附着路面上的横向失稳设计直接横摆力矩控制策略,改... 详细信息

分布式驱动纯电动客车具有电机扭矩响应快、独立可控等优点,在改善车辆操纵性和行驶稳定性等方面有显著优势。本文以基于轮毂电机的分布式驱动纯电动旅游客车为研究对象,针对客车在低附着路面上的横向失稳设计直接横摆力矩控制策略,改善了客车低附着路面转向时的横向稳定性。基于对纯电动客车动力系统的分析研究,利用Simulink搭建了基于BP神经网络的自适应PI车速控制驾驶员模型及客车动力系统模型,结合Truck Sim中的转向控制驾驶员模型和动力学模型,在稳定转向工况下对Truck Sim/Simulink纯电动客车模型的有效性进行了仿真验证,以满足客车横向稳定性研究要求。基于纯电动客车模型进行极限转向工况下的仿真试验,对客车行驶稳定性影响因素展开研究,建立了客车低附着路面横向失稳的判断方法。为提高直接横摆力矩控制策略介入时机精确性,设置车速为50-100km/h、附着系数为0.1-0.5的工况,在客车空载和满载时进行转向仿真试验,确定客车横向失稳时横摆角速度差值及侧向加速度差值的阈值;考虑车速、附着系数对失稳阈值的影响,建立了空载和满载状态下的低附着路面横向失稳判断模型。针对客车载荷变化影响低附着路面失稳判断的问题,基于加权递推最小二乘法设计质量估计算法,仿真结果表明客车起步后以一定车速匀速直行时,算法能快速准确识别客车质量,估计误差在70kg以内。设计直接横摆力矩控制策略改善客车在低附着路面转向时的横向稳定性。基于低附着路面的失稳判断设计启停控制,实现了直接横摆力矩控制策略的主动介入与退出;基于自适应LQR设计了上层控制器,求解维持车辆横向稳定所需的附加横摆力矩;基于轮胎负荷率优化设计了下层控制器,计算电机期望输出扭矩。基于Simulink与Truck Sim对直接横摆力矩控制策略的有效性进行联合仿真验证,仿真结果表明控制策略能够实现主动介入和自动退出,在控制过程中,质心侧偏角的误差均方根在0.6°内,横摆角速度误差均方根在2.3°/s内。为验证控制策略的实时性,基于d SPACE、Simulink和USB转CAN设备搭建实时仿真试验平台,进行了正弦输入试验和角阶跃输入试验,仿真结果表明控制策略能够保证对理想横摆角速度和质心侧偏角的实时跟踪控制,满足设计要求。

关键词：分布式驱动客车失稳判断直接横摆力矩线性二次型调节

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基于直接横摆力矩的四轮转向/驱动滑模控制

华南理工大学学报（自然科学版） 2015年第8期43卷 69-74,81页

作者：赵立军邓宁宁罗念宁刘昕晖哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院山东威海264209 吉林大学机械科学与工程学院吉林长春130025

针对四轮独立转向/驱动车辆的转向稳定性问题,提出一种基于直接横摆力矩的滑模变结构控制算法.根据Ackerman转向模型计算车辆前后轮转向角之间的关系,并根据零质心侧偏角控制目标计算车辆各轮的转向角;设计以横摆角速度和质心侧偏角为... 详细信息

针对四轮独立转向/驱动车辆的转向稳定性问题,提出一种基于直接横摆力矩的滑模变结构控制算法.根据Ackerman转向模型计算车辆前后轮转向角之间的关系,并根据零质心侧偏角控制目标计算车辆各轮的转向角;设计以横摆角速度和质心侧偏角为控制目标的滑模变结构控制算法,对各轮转向角和驱动力矩进行控制.运用Lyapunov方法证明了该算法的稳定性,最后利用Matlab/Simulink仿真软件对控制算法进行仿真分析.结果表明,该控制算法可以将质心侧偏角和横摆角速度控制在理想范围内,从而有效提高车辆转向稳定性.

关键词：四轮转向四轮驱动转向稳定性直接横摆力矩滑模变结构

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车辆主动前轮转向与直接横摆力矩自适应控制

交通运输工程学报 2016年第3期16卷 91-99页

作者：桑楠魏民祥南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 常州工学院机械与车辆工程学院江苏常州213002

基于Lyapunov理论提出车辆主动前轮转向与直接横摆力矩的集成控制方法,在二自由度车辆模型的基础上设计了自适应控制器,对轮胎刚度进行自适应估计以补偿轮胎侧向力的非线性,基于MATLAB和CarSim软件搭建了车辆闭环仿真模型,在路面上进行... 详细信息

基于Lyapunov理论提出车辆主动前轮转向与直接横摆力矩的集成控制方法,在二自由度车辆模型的基础上设计了自适应控制器,对轮胎刚度进行自适应估计以补偿轮胎侧向力的非线性,基于MATLAB和CarSim软件搭建了车辆闭环仿真模型,在路面上进行了正弦输入仿真试验。仿真结果表明:附着系数为0.8、车速为100km·h^(-1)时,前轴侧向力最大误差为210N,约占前轴实际侧向力的8.1%,后轴侧向力最大误差为296N,约占后轴实际侧向力的8.5%;附着系数为0.3、车速为80km·h^(-1)时,前轴侧向力最大误差为146N,约占前轴实际侧向力的8.5%,后轴侧向力最大误差为142N,约占后轴实际侧向力的9.8%。车辆主动前轮转向与直接横摆力矩集成控制的效果优于主动前轮转向和直接横摆力矩单独控制的效果。

关键词：汽车工程集成控制 Lyapunov理论自适应控制主动前轮转向直接横摆力矩

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四轮转向车辆的直接横摆力矩控制

东南大学学报（自然科学版） 2004年第4期34卷 451-454页

作者：祁永宁陈南李普东南大学机械工程系南京210096

将横摆力矩控制 (DYC)与四轮转向 ( 4WS)系统相结合 ,建立侧偏角和横摆角速度具有最佳输出响应的车辆理想模型 .采用前馈和反馈控制相结合跟踪理想模型的控制策略 ,设计出最优控制器 ,并分别在低速和高速下进行仿真分析 .结果表明 :四... 详细信息

将横摆力矩控制 (DYC)与四轮转向 ( 4WS)系统相结合 ,建立侧偏角和横摆角速度具有最佳输出响应的车辆理想模型 .采用前馈和反馈控制相结合跟踪理想模型的控制策略 ,设计出最优控制器 ,并分别在低速和高速下进行仿真分析 .结果表明 :四轮转向模型与横摆力矩控制相结合 ,采用跟踪理想模型的控制策略能够有效地同时控制汽车转向侧偏角和横摆角速度 ,得到较好的瞬态及稳态响应 ,有效地减轻驾驶员操纵负担 ,提高了车辆操纵稳定性 .尤其在高速行驶时 ,仍能获得较好的输出响应。

关键词：操纵稳定性直接横摆力矩四轮转向模型跟踪仿真

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四轮转向直接横摆力矩鲁棒集成控制仿真研究

系统仿真学报 2008年第16期20卷 4264-4268页

作者：殷国栋陈南东南大学机械工程学院江苏南京210096

将四轮转向与直接横摆力矩相结合,考虑模型摄动优化权函数抑制外扰,基于模型跟踪设计μ综合鲁棒集成控制器。采用J-turn操纵方式高速下验证控制器的鲁棒性,比较前轮转向直接横摆力矩,四轮转向与四轮转向直接横摆力矩三种车辆控制系统的... 详细信息

将四轮转向与直接横摆力矩相结合,考虑模型摄动优化权函数抑制外扰,基于模型跟踪设计μ综合鲁棒集成控制器。采用J-turn操纵方式高速下验证控制器的鲁棒性,比较前轮转向直接横摆力矩,四轮转向与四轮转向直接横摆力矩三种车辆控制系统的操纵性能,仿真表明设计的四轮转向直接横摆力矩集成μ综合控制器更能有效地提高车辆闭环系统的鲁棒性,抵制外部扰动的鲁棒稳定性,且避免了H∞控制器的保守性。

关键词：四轮转向直接横摆力矩 μ综合鲁棒控制

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汽车主动前轮转向与直接横摆力矩协调控制

南京理工大学学报 2018年第6期42卷 655-661页

作者：桑楠刘润乔赵万忠常州工学院机械与车辆工程学院江苏常州213032 南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

为充分利用路面的纵横向附着力,改善车辆的操纵稳定性,提出基于自抗扰解耦技术的主动前轮转向(AFS)与直接横摆力矩(DYC)集成控制方法。基于仿真实验确定发生侧滑时的车辆前轮转向临界角,并用来划分AFS与DYC各自的工作区域。对AFS与DYC... 详细信息

为充分利用路面的纵横向附着力,改善车辆的操纵稳定性,提出基于自抗扰解耦技术的主动前轮转向(AFS)与直接横摆力矩(DYC)集成控制方法。基于仿真实验确定发生侧滑时的车辆前轮转向临界角,并用来划分AFS与DYC各自的工作区域。对AFS与DYC的控制进行加权,使AFS控制的退出与DYC控制的介入渐变进行。基于线性二自由度车辆模型设计了AFS与DYC的自抗扰(ADR)集成控制器。在CarSim中建立车辆模型,由Simulink的控制模型进行控制,进行了高低附着路面的双移线实验。AFS与DYC集成控制相对于AFS、DYC分别单独作用,在高附着路面,其横摆角速度最大值分别下降20%和11.8%,质心侧偏角最大值分别下降28.1%和17.9%,侧向加速度最大值分别下降26.1%和20.7%;在低附着路面,其横摆角速度最大值分别下降14.5%和13.3%,质心侧偏角最大值分别下降6.7%和1.4%,侧向加速度最大值分别下降9.7%和3.5%。实验结果表明,该文协调控制策略及集成控制方法能够提高车辆在高低附着路面行驶的稳定性。

关键词：汽车主动前轮转向直接横摆力矩线性二自由度模型自抗扰控制

分布式驱动电动汽车直接横摆力矩控制策略与仿真验证

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甘肃农业大学学报 2018年第4期53卷 159-167,176页

作者：张一西马建唐自强刘晓东贺伊琳长安大学汽车学院陕西西安710064 上汽集团技术中心上海201800

【目的】改善分布式驱动电动汽车复杂行驶工况下的操纵稳定性.【方法】提出了一种分布式驱动电动汽车直接横摆力矩双层控制策略,上层根据参考模型和车辆实际状态参数,基于模糊控制规则决策出维持车辆稳定所需的附加横摆力矩,并基于Carsi... 详细信息

【目的】改善分布式驱动电动汽车复杂行驶工况下的操纵稳定性.【方法】提出了一种分布式驱动电动汽车直接横摆力矩双层控制策略,上层根据参考模型和车辆实际状态参数,基于模糊控制规则决策出维持车辆稳定所需的附加横摆力矩,并基于Carsim中无控制双移线工况仿真结果,确定了模糊控制变量的基本论域范围;下层以提高操纵稳定性为目标,引入HSRI轮胎模型,并充分考虑电机和路面附着极限等约束条件将所需的横摆力矩进行优化分配,在Matlab/Simulink-Carsim联合仿真环境下建立控制策略,通过正弦迟滞和双移线工况仿真验证控制策略的性能.【结果】仿真结果表明,相比于等转矩分配,正弦迟滞工况和双移线工况下横摆角速度和质心侧偏角的跟踪滞后时间缩短,且最大跟踪误差分别减小了约98%、97%.【结论】直接横摆力矩双层控制策略能够有效地实现横摆力矩优化分配,提高了车辆的操纵稳定性和行驶安全性.

关键词：分布式驱动直接横摆力矩模糊控制优化分配