電動(dòng)輪汽車(chē)eps與dyc集成控制系統(tǒng)研究開(kāi)題報(bào)告

1、電動(dòng)輪汽車(chē)EPS與DYC集成控制系統(tǒng)研究Research on integrated control technology of EPS and DYC for electric wheel truck,姓 名：蘇 健學(xué) 號(hào)： S1404004學(xué)位等級(jí)：碩 士學(xué)科專(zhuān)業(yè)：車(chē) 輛 工 程,1,,課題研究背景,2,,研究現(xiàn)狀,3,,研究的目的和意義,4,,研究的主要內(nèi)容,5,

2、,關(guān)鍵問(wèn)題和解決方案,6,,創(chuàng)新點(diǎn),目,錄,7,試驗(yàn)方案與試驗(yàn)過(guò)程,輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)（電動(dòng)輪汽車(chē)）是把輪轂式電機(jī)直接裝在汽車(chē)車(chē)輪來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛，是未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)的發(fā)展方向。電動(dòng)輪汽車(chē)具有以下優(yōu)勢(shì)[1,2]：,優(yōu) 勢(shì),輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)（電動(dòng)輪汽車(chē)）是把輪轂式電機(jī)直接裝在汽車(chē)車(chē)輪來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛，為未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)的發(fā)展方向。電動(dòng)輪汽車(chē)具有以下優(yōu)勢(shì)[1,2]：,課題研究背景——電動(dòng)輪汽車(chē),?摒棄了液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力機(jī)構(gòu)；?環(huán)保、

3、節(jié)能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；?使汽車(chē)有更好地轉(zhuǎn)向性能；......,,優(yōu)點(diǎn),＃不能實(shí)現(xiàn)變傳動(dòng)比控制和主動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)；＃EPS無(wú)法解決好低附著路面系數(shù)的操縱路感和回正性能；＃車(chē)輛轉(zhuǎn)向時(shí)就會(huì)存在失穩(wěn)問(wèn)題，特別是高速大轉(zhuǎn)角等緊急情況下，需要加入穩(wěn)定性控制；＃傳統(tǒng)EPS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想并沒(méi)有考慮到對(duì)操縱穩(wěn)定性的影響[3]。,,不足,課題研究背景——EPS,汽車(chē)電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）source of figures：image.baidu.co

4、m,EPS機(jī)構(gòu)示意圖source of figures：image.baidu.com,DYC系統(tǒng)控制效果圖source of figures：布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)直接橫擺力矩控制研究[4],DYC是什么？直接橫擺力矩控制（Direct Yaw moment Control, DYC），是一種利用左右側(cè)車(chē)輪縱向力的差異，即對(duì)汽車(chē)一側(cè)車(chē)輪增加驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)轉(zhuǎn)矩?T，另一側(cè)減小?T，產(chǎn)生橫擺力矩，改善車(chē)輛操縱穩(wěn)定性的方法，是一種控制車(chē)輛穩(wěn)定性

5、的主動(dòng)安全系統(tǒng)。,,,試驗(yàn)證明，DYC 系統(tǒng)的控制作用要比基于轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性控制系統(tǒng)更加可靠和有效，因?yàn)檐?chē)輛在失穩(wěn)或?qū)⒁Х€(wěn)時(shí)，由于車(chē)輪附著力的下降，車(chē)輛的方向控制已經(jīng)變得非常困難[4,5]。,課題研究背景——DYC,,,,,,,很好的底盤(pán)控制技術(shù)應(yīng)用平臺(tái),試驗(yàn)證明是一種很可靠和有效的車(chē)輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng),擁有很多優(yōu)點(diǎn)，但是需要加入穩(wěn)定性控制，特別是緊急工況,,,,課題研究背景——小結(jié),電動(dòng)輪汽車(chē)EPS與DYC集成控制系統(tǒng)研究,研究現(xiàn)狀——

6、國(guó)內(nèi),研究現(xiàn)狀——國(guó)外,車(chē)輛處于緊急工況時(shí)，車(chē)輛的側(cè)向加速度、車(chē)身側(cè)偏角和橫擺角速度都比較大，此時(shí)輪胎的側(cè)向受力已經(jīng)趨于飽和，它的側(cè)向力和側(cè)偏角已經(jīng)處于高度的非線(xiàn)性關(guān)系，單純依靠車(chē)輛的四輪轉(zhuǎn)向已經(jīng)不能增加車(chē)輛的側(cè)向力從而提高車(chē)輛的側(cè)向操縱穩(wěn)定性了。（需要DYC協(xié)調(diào)控制）,針對(duì)車(chē)輛的底盤(pán)集成控制，現(xiàn)今集成控制算法有:二次最優(yōu)控制、模糊控制、非線(xiàn)性預(yù)測(cè)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、滑模控制、魯棒H2 和 H∞控制等。（可以借鑒選?。?考慮到現(xiàn)今EPS

7、技術(shù)成熟，在改善操縱穩(wěn)定性性能方面效果很好，所以選取分層-監(jiān)督控制結(jié)構(gòu)作為集成控制結(jié)構(gòu)，使各個(gè)子系統(tǒng)仍然保留完整的系統(tǒng)，一方面對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的工作進(jìn)行了充分的協(xié)調(diào)，另一方面不需要設(shè)計(jì)統(tǒng)一的控制器，靈活性較好。,研究現(xiàn)狀——現(xiàn)狀小結(jié),,,,以電動(dòng)輪汽車(chē)為平臺(tái)，針對(duì)對(duì)開(kāi)路面強(qiáng)制動(dòng)與低附著路面大轉(zhuǎn)向，高速大轉(zhuǎn)向等工況，以改善電動(dòng)輪汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性為主要目標(biāo)，進(jìn)行EPS與DYC集成控制技術(shù)研究。,目的,電動(dòng)輪汽車(chē)是未來(lái)汽車(chē)發(fā)展趨勢(shì)，所以電動(dòng)輪汽車(chē)

8、EPS與DYC的集成控制技術(shù)研究具有較高的實(shí)用價(jià)值。,意義,研究的目的和意義,,1,Step one,工況識(shí)別及模型的搭建,2,Step two,針對(duì)不同工況設(shè)計(jì)其分層—監(jiān)督集成控制方法,3,Step three,基于CarSim搭建整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型,4,Step four,匹配EPS與DYC的集成控制算法，基于simulink搭建集成控制模型,5,Step five,聯(lián)合仿真研究,研究的主要內(nèi)容,5.1.1 對(duì)開(kāi)路面強(qiáng)制動(dòng),控制前,控制

9、后,關(guān)鍵問(wèn)題和解決方案——NO.1,source of figures:基于ESP與EPS的底盤(pán)一體化控制技術(shù)研究[7],工況識(shí)別：從傳感器信號(hào)中獲得踏板開(kāi)度信號(hào) α（α >0為驅(qū)動(dòng)，α Δμs-s（Δμs-s 為控制策略中制定的門(mén)限值），那么車(chē)輛處于分離系數(shù)路面上；如果制動(dòng)踏板開(kāi)度α < αs-s（αs-s 為控制策略中制定的門(mén)限值），那么駕駛員正在進(jìn)行強(qiáng)制動(dòng)的操作。,,控制前,控制后,關(guān)鍵問(wèn)題和解決方案——NO.1,s

10、ource of figures:基于ESP與EPS的底盤(pán)一體化控制技術(shù)研究[7],5.1.2 低附路面大轉(zhuǎn)向,工況識(shí)別：從傳感器信號(hào)在狀態(tài)觀測(cè)層得到車(chē)輪與路面間的附著系數(shù)μ。如果μ<μs-l（μs-l為控制策略中制定的門(mén)限值），那么車(chē)輛處于低附路面上。,縱向力產(chǎn)生的回正力矩,側(cè)向力產(chǎn)生的回正力矩,垂向力產(chǎn)生的回正力矩,輪胎產(chǎn)生的總回正力矩,關(guān)鍵問(wèn)題和解決方案——NO.1,source of figures:基于ESP與EPS的底

11、盤(pán)一體化控制技術(shù)研究[7],5.1.2 常規(guī)工況,工況識(shí)別：從傳感器信號(hào)在狀態(tài)觀測(cè)層得到車(chē)輪與路面間的附著系數(shù)μ。如果μs-l<μ（μs-l控制策略中制定的門(mén)限值），那么車(chē)輛處于常規(guī)中高附路面上。,關(guān)鍵問(wèn)題和解決方案——NO.2,關(guān)鍵問(wèn)題和解決方案——NO.2,,本課題研究對(duì)象為四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)，建模時(shí)需要考慮車(chē)輛的側(cè)向和橫擺運(yùn)動(dòng)對(duì)車(chē)輛穩(wěn)定性影響，本文選用八自由度整車(chē)模型(車(chē)身橫向、縱向、橫擺、四個(gè)車(chē)輪旋轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角)，

12、以轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角和估車(chē)速為模型輸入，并假設(shè)[16]：＃汽車(chē)質(zhì)心與固結(jié)于汽車(chē)上的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合；＃忽略了懸架的作用，假設(shè)汽車(chē)沒(méi)有垂向運(yùn)動(dòng)；＃汽車(chē)的俯仰角和側(cè)傾角為0；＃各個(gè)輪胎的機(jī)械特性相同。,,整車(chē)模型,,,,三自由度車(chē)體動(dòng)力學(xué)模型,,,轉(zhuǎn)向系模型,輪胎模型,輪轂電機(jī)模型,,電動(dòng)輪車(chē)輪旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型,關(guān)鍵問(wèn)題和解決方案——NO.3,三自由度車(chē)體動(dòng)力學(xué)模型source of figtures：Coordinated Vehi

13、cle Dynamics Control with ControlDistribution[17],電動(dòng)輪車(chē)輪旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)模型source of figures：輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的電子穩(wěn)定 控制研究[4],輪轂電機(jī)模型source of figures:電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力學(xué)仿真模型及試驗(yàn)驗(yàn)證[18],轉(zhuǎn)向系模型source of figures:基于ESP與EPS的底盤(pán)一體化控制技術(shù)研究[7],關(guān)鍵問(wèn)題和解決方案——N

14、O.3,,,線(xiàn)性最優(yōu)控制,A,,非線(xiàn)性滑模控制,B,引言：由于人們還缺乏有效的手段來(lái)規(guī)范化、系統(tǒng)地處理集成控制系統(tǒng)下個(gè)子系統(tǒng)的功能與作用，因此在控制算法的應(yīng)用上還主要以線(xiàn)性最優(yōu)控制以及簡(jiǎn)單的非線(xiàn)性滑模控制為主[8]。措施：隨著研究的不斷深入，在兩者之間做最優(yōu)選取。,關(guān)鍵問(wèn)題和解決方案——NO.4,聯(lián)合仿真流程圖,關(guān)鍵問(wèn)題和解決方案——NO.5,01,基于電動(dòng)輪汽車(chē)平臺(tái)，將DYC與EPS進(jìn)行集成控制技術(shù)研究。,02,針對(duì)不同典型工況，設(shè)

15、計(jì)與之對(duì)應(yīng)的集成控制方法。,課題創(chuàng)新點(diǎn),CarSim是專(zhuān)門(mén)針對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)的仿真軟件，CarSim模型在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的速度比實(shí)時(shí)快3-6倍，可以仿真車(chē)輛對(duì)駕駛員，路面及空氣動(dòng)力學(xué)輸入的響應(yīng)，主要用來(lái)預(yù)測(cè)和仿真汽車(chē)整車(chē)的操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性、平順性、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代汽車(chē)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。,CarSim界面,聯(lián)合仿真實(shí)例圖,試驗(yàn)方案與試驗(yàn)過(guò)程——Page1,Matlab/dSPACE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境,dSPACE實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)是由德國(guó)

16、dSPACE公司開(kāi)發(fā)的一套基于MATLAB/Simulink的控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及半實(shí)物仿真的軟硬件工作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了和MATLAB/Simulink的完全無(wú)縫連接，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性高，擴(kuò)充性好等優(yōu)點(diǎn)。本課題將利用dSPACE對(duì)集成控制系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)實(shí)時(shí)半實(shí)物仿真，對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。,試驗(yàn)方案與試驗(yàn)過(guò)程——Page2,工作計(jì)劃,[1] SPERLING D, GORDON D. Two billion cars: driving toward s

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