电动汽车AFS与DYC集成控制_策略研究毕业论文

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目 录

摘要 ....................................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................................... II 第一章 绪 论 ................................................................................................................................. - 1 -

1.1研究意义与背景 ................................................................................................................ - 1 - 1.2研究现状 ............................................................................................................................ - 3 -

1.2.1国外研究现状 .......................................................................................................... - 3 - 1.2.2国内研究现状 .......................................................................................................... - 4 - 1.3 本文的研究内容 ............................................................................................................... - 4 - 第二章 控制理论 ................................................................................................................................ 1

2.1 滑模控制的原理 .................................................................................................................... 1

2.2.1滑模变结构定义 ........................................................................................................... 1 2.2.2滑动模态的存在性 ....................................................................................................... 2 2.2.3滑模运动到达条件 ....................................................................................................... 3 2.2.4滑模运动的趋近律 ....................................................................................................... 4 2.2 滑模控制的优点 .................................................................................................................... 4 第三章 控制器的设计 ........................................................................................................................ 6

3.1汽车线性动力学模型 ............................................................................................................. 6

3.1.1 汽车二自由度线性模型 .............................................................................................. 6 3.1.2车辆理想参考模型 ....................................................................................................... 7 3.2AFS控制器设计 ..................................................................................................................... 8 3.3DYC控制器设计 .................................................................................................................. 10 3.4 控制分配算法 ...................................................................................................................... 11 3.5 集成控制器设计 .................................................................................................................. 12 第四章 仿真结果与分析 .................................................................................................................. 14

4.1 Matlab/Simulink仿真软件简介........................................................................................... 14 4.2 仿真结果分析 .................................................................................................................... 14

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第五章 总结与展望 .......................................................................................................................... 20

5.1 全文总结 .............................................................................................................................. 20 5.2 研究展望 .............................................................................................................................. 20 参考文献 ............................................................................................................................................ 22 致谢 .................................................................................................................................................... 24

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第一章 绪 论

1.1研究意义与背景

随着社会节拍的加快、交通条件的改善和车辆技术的不断进步，现代交通车辆的行驶速度得到了很大的提高。但随之而来的风险也在逐步增加，有关研究机构对大量交通事故进行了统计分析后发现，与车速有关的交通事故的发生概率超过了80%。在对这些交通事故发生的原因进行调查后，人们又发现车速在80km/h到100km/h之间行驶的汽车发生的交通事故，大约40%是与汽车侧向失稳有关。汽车行驶速度越高，失稳引发的交通事件的比例越高，当车速超过 160km/h 时，几乎每起交通事故都是因为侧向失稳而产生的[1]。

汽车的操纵稳定性是决定汽车高速行驶安全的关键性能，是以，如何提高车辆行驶操纵稳定性是当代车辆研究的主要课题。随着电子技术的成熟，控制技术的进步，跟多的的电子控制单元被安装在汽车上。以用来提高汽车的稳定性。20世纪七八十年代，防抱死系统(ABS)开始被应用于汽车上，这种装置能让汽车的滑移率保持在0.1-0.2范围内，提升了轮胎与地面间的附着力，改良了车俩制动时的侧向稳定性。而在20世纪九十年代，又有人提出了多种车辆稳定性理念[2]。其中比较成功的是BOSCH公司的VDC概念，Benz公司的ESP概念，丰田公司的VSC概念。

直到上世纪九十年代末，通过对汽车控制理论的分析和进一步研究后，为了提高车辆的行驶安全性，许多汽车公司，例如奔驰和宝马，提出了诸如或类似前轮主动转向（Active Front Steering, AFS)和直接横摆力矩控制（Direct Yaw Control, DYC)等直接对汽车的横摆运动进行控制的概念。

现阶段虽然前轮主动转向（AFS)和直接横摆力矩控制（DYC)方式都可以独自改善车辆的操纵稳定性，但是车辆在极限工况下行驶时，AFS和DYC会造成相互干预、相互影响的结果，从而导致它们的长处未能同时发挥作用，是以，为了进一步提升汽车的稳定性，可以根据汽车实际状况的不同对AFS和DYC进行分层控制以发挥各自的长处；同时，随着电动汽车技术的提高，AFS和DYC控制方法有了更加灵活、有效的实现平台，所以，联合电动汽车的优势，对AFS/DYC集成控制策略的研宄有利于进一步提升汽车的稳定性。

随着轮毂电机技术的进步，独立驱动/制动及主动悬架在单个轮毂电机车轮中被合为一体，如图1.1。基于此，四轮独立驱动电动轮汽车能实现主动悬架的集成控制。四轮独立驱动轮毂电机电动汽车相对于传统汽车具有更好的可控自由性和灵活性，是研究新一代汽车控制

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技术、探索汽车最优动力学性能的理想载体。

图 1.1 Protean 轮毂电机总成

在稳定性控制方面，轮毂电机电动汽车相对于传统汽车具有以下一些优点：（1）四轮转矩可以被相互独立改变且更容易测量，相对于传统的动力传递系统其响应速度更快，对于汽车稳定性控制，特别是对于AFS和DYC联合控制的应用有更好的效果。（2）传统汽车，就算是四轮驱动汽车对于各个车轮的纵向力只能按照几个固定的比值分配，而轮毂电机电动汽车因每个车轮都有独立的驱动装置，则可以实现对每个车轮的纵向力进行以任意数值的分配，这跟有利于AFS和DYC联合控制的实现。（3）通过对于汽车底盘集成控制性能潜力的挖掘，现已出现了独立制动/驱动/主动悬架于一体的轮毂电机总成，如图 1.2 所示，该系统通过对车轮各向力的整体控制，可以保证汽车各子系统之间工作互不干扰，更加方便了AFS和DYC对于汽车的联合控制，提高汽车正常行驶的舒适性和极限工况下的主动安全性以及转弯时的稳定性。

本文正是基于车辆行驶稳定性和安全性的要求，在现有AFS和DYC控制方式的基础上，通过分层控制结构对其建立集成控制方法，充分利用其的优点，提升汽车的操纵稳定性。并充分挖掘轮毂电机电动车性能潜力将其优势与汽车稳定控制的要求相结合，以设计出一种能克服传统 AFS和DYC单独控制方式的缺点的控制方案。

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