轮毂电动车转向工况的失稳边界分析及稳定性控制方法研究

摘要

与传统集中式驱动方式相比，分布式驱动的轮毂电动车结构简单、四轮扭矩独立可控、节约能源，已经成为电动汽车研究重点和发展方向。对于转向工况，改善转向性能和提高稳定性是两大目标。目前主要通过直接横摆扭矩控制(DYC)协调四轮电机扭矩跟踪期望横摆，达到改善性能的目的。由于路面最大附着力的限制和轮胎的非线性特性，在很多极限工况下，车辆转向时极易发生严重侧滑导致失稳。另一方面，转向时，后驱比前驱具有更好的转向性能，但后驱的转向稳定性较差，易产生失稳现象。本文针对轮毂驱动电动车的前后轴扭矩分配的问题，分析车辆转向失稳的原因，和前后轴扭矩分配导致车辆失稳的边界，给出了基于前后轴扭矩分配的横摆稳定控制方法，实现改善转向性能和保障稳定性的目标。
　　本研究通过仿真，描述了前后轴扭矩分配对转向加速工况性能的改善和产生车辆失稳的现象。进而，结合车辆动力学模型，分析了车辆转向失稳的机理和主要原因。结合车辆失稳时的动力学特征，提出了一种确定失稳边界的方法。本文给出的方法利用车速、横摆率和侧向加速度信息，对车辆状态信息依赖较小，便于应用。基于给出的车辆失稳边界确定方法，本文提出了一种轮毂驱动电动车前后轴扭矩分配方法。该方法一方面充分利用各车轮的附着率，以提高车轮侧向力，达到提高转向性能的目的。同时，结合失稳边界，约束后轴扭矩分配比例，保证车辆转向的稳定性。最后，在前后轴扭矩分配的基础上进行了横摆稳定控制研究。为实现期望横摆率的跟踪，首先对期望横摆率的设计方法进行了分析，然后给出了一种横摆率跟踪模型预测控制（Model Predictive Control，MPC）控制器设计方法，硬件在环实验结果检验了本文方法的可行性。

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景及研究意义

1.2国内外研究现状及分析

1.3论文主要研究内容

第2章 前后轴扭矩分配对橫摆影响及转向失稳分析

2.1引言

2.2车辆动力学建模

2.3前后轴扭矩分配对于橫摆性能的改善

2.4车辆转向失稳分析

2.5本章小结

第3章 转向失稳的界定与前后轴扭矩分配方法

3.1引言

3.2转向失稳的界定

3.3防失稳的前后轴扭矩分配方法

3.4仿真验证分析

3.5本章小结

第4章 基于前后轴扭矩分配的橫摆稳定控制

4.1引言

4.2期望横摆率设计

4.3橫摆稳定控制稳定性约束

4.4 MPC控制器的设计

4.5仿真验证分析

4.6基于dSPACE的硬件在环仿真实验

4.7本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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致谢