考慮單電機(jī)故障的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車穩(wěn)定性控制研究.pdf

1、輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車具有更加高效、節(jié)能、空間大、控制靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)。而相比傳統(tǒng)底盤的汽車設(shè)計(jì)，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車在四輪系統(tǒng)內(nèi)集成了輪轂電機(jī)，增加了執(zhí)行器的數(shù)量和系統(tǒng)的復(fù)雜性，其故障頻發(fā)率也隨之顯著提高。對于輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車，單輪電機(jī)故障是一種頻發(fā)率極高的轉(zhuǎn)矩輸出故障，會(huì)對車輛穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，危及整車行駛安全。故本文依據(jù)電動(dòng)輪汽車驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩獨(dú)立可控的特點(diǎn)，重點(diǎn)考慮單電機(jī)故障，對輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車穩(wěn)定性控制進(jìn)行了研究。
　　首先，根據(jù)輪轂

2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)，利用Carsim/Simulink建立輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車動(dòng)力學(xué)模型。并在此基礎(chǔ)上定義了本文主要研究的單輪電動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩輸出故障，建立了此故障狀態(tài)下的車輛動(dòng)力學(xué)模型。
　　然后對單電機(jī)故障狀態(tài)下的穩(wěn)定性控制決策進(jìn)行了研究。根據(jù)控制思想的不同，劃分出了轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償和整車控制分配的兩種穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，接著搭建了輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車故障診斷觀測器，并依據(jù)此觀測器與車載傳感器系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了兩者的應(yīng)用決策，完成了穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的總體構(gòu)

3、架的建立。
　　對于轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償控制，首先，根據(jù)非線性三步法控制理論，將輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車的穩(wěn)定性控制問題細(xì)化為穩(wěn)態(tài)、前饋、反饋三個(gè)控制層面，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)故障觀測控制、前饋控制、誤差PI反饋控制，整合開發(fā)了基于三步法的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償控制器。然后，針對控制器設(shè)計(jì)過程中的模型估計(jì)誤差與模型預(yù)測誤差開展了魯棒性分析，證明了三步法控制器的輸入狀態(tài)穩(wěn)定性ISS(Input-to-state stability)。最后通過仿真分析驗(yàn)證了三步法控制的控

4、制效果。
　　對于控制規(guī)則與整車控制分配，首先，考慮故障輪的驅(qū)動(dòng)位置，設(shè)計(jì)了上層規(guī)則化控制策略，然后根據(jù)控制策略，設(shè)計(jì)了下層執(zhí)行控制器，其由轉(zhuǎn)矩跟蹤控制器與轉(zhuǎn)矩最優(yōu)分配穩(wěn)定性控制器兩部分構(gòu)成。前者能夠令車輛快速擺脫故障狀態(tài)，并且結(jié)構(gòu)簡單、控制響應(yīng)快。后者則能夠有效維持整車的穩(wěn)定性，并令車輛保有一定的行駛應(yīng)對能力。最后在不同速度的J-turn工況下進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果證明該控制系統(tǒng)能夠能夠通過穩(wěn)定性控制，降低單輪電動(dòng)輪故障狀態(tài)下