分布式驱动汽车的爆胎稳定性控制研究

摘要

汽车在高速驾驶的过程中如果发生爆胎是非常危险的，爆胎后常见的情况有车辆跑偏撞上交通设施和其他车辆，车辆轮辋触地导致车辆侧翻，这些情况都会造成巨大的财产损失甚至危害到人的生命安全。因此各大汽车厂商都逐步为车辆配备了胎压监测系统，对轮胎胎压和胎温异常的情况进行预警，防患于未然。同时建立针对爆胎情况的车辆主动安全控制系统也是非常必要的，即在车辆爆胎后通过车辆的多种执行器对车辆进行控制，保证其稳定行驶。 本文在国内外学者关于爆胎的研究基础之上，进行了进一步的深入探究，并在分布式驱动电动汽车平台上展开车辆爆胎控制的研究，旨在充分利用分布式驱动汽车在车辆稳定性控制方面的优势以实现对爆胎车辆的稳定性控制。全文围绕爆胎轮胎力学建模、爆胎车辆动力学建模、分布式驱动汽车爆胎稳定性控制等方面进行了研究，全文内容包括以下部分： 1）研究了爆胎轮胎的力学特性，并建立了爆胎轮胎的力学模型。对比分析了爆胎前后各轮胎参数的变化，并讨论了轮胎参数和车辆参数变化对于车辆爆胎后的动力学响应（运动状态）的影响。 2）对爆胎车辆的动力学模型进行了详细阐述，包括轮胎侧向力、纵向力，以及由于侧向力和纵向力引起的附加横摆力矩，对于纵向力的分析介绍了“爆胎制动效应”，对于侧向力的分析提出了“爆胎侧倾效应”。 3）使用CarSim建立了车辆模型，并设定了爆胎工况。对车辆爆胎进行了多种工况的仿真，包括：直行工况前车轮爆胎、直行工况后车轮爆胎、转弯工况前外侧车轮爆胎、转弯工况前内侧车轮爆胎、转弯工况后外侧车轮爆胎、转弯工况后内侧车轮爆胎。考虑了经验不足的驾驶员操控车辆的爆胎车辆动力学响应，论证了没有经验的驾驶员对于车辆的错误操作会导致车辆失稳的观点。 4）设计了基于轮速的间接爆胎监测方法。以直接横摆力矩控制作为核心思想，提出了基于分布式驱动的等转矩分配控制策略，并使用模糊控制算法进行反馈控制。将等转矩分配控制策略和模糊控制算法进行结合，构成了整车的爆胎稳定性控制器，通过仿真实现了多种工况以及有驾驶员干预的爆胎稳定性控制，结果显示控制器及控制策略效果优异。 5）设计了爆胎车辆主动制动系统，在爆胎车辆实现稳定性控制之后，对车辆进行了制动操作，在制动的过程中爆胎稳定性控制器继续工作。仿真结果表明主动制动系统和稳定性控器协调控制，在爆胎车辆维持稳定后逐渐将车辆减速至停下，效果优异 6）设计并制作了分布式驱动（四轮独立驱动）汽车实验平台，该平台可支持大部分的车辆动力学实验；同时该平台配备主动转向系统，而电机控制器可实现电子刹车，因此该平台也可支持智能驾驶（无人驾驶）的研究。 本文内容主要创新点有： 1）提出了“爆胎侧倾效应”，详细分析了爆胎后轮胎外倾侧向力对于爆胎车辆的动力学响应的影响。 2）其他学者的研究都提出了没有经验的驾驶员在爆胎后的错误操作会导致车辆失稳发生交通事故，但大多没有对此观点进行论证，本文建立了单点预瞄驾驶员模型，通过参数设定使得驾驶员在较高速以及紧急情况下对于车辆操控能力较差，然后通过CarSim/Simulink的联合仿真将驾驶员模型应用于爆胎车辆，论证了此观点。 3）提出了基于分布式驱动的爆胎稳定性控制策略，其他学者的控制方法大多通过差动制动实现。分布式驱动控制策略区别于差动制动，其控制更加精准、高效，并且避免了过大制动可能导致车辆进一步失稳的潜在危险。 4）大部研究在车辆爆胎后实现了稳定性控制，但车辆依然保持一个较高的车速继续行驶，这是不安全且考虑不完善的。本文设计了爆胎车辆主动制动系统，在车辆的稳定性控制实现后，对车辆进行了制动操作，将车由高速行驶变为停下。

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