纯电动汽车复合制动与主动悬架协同控制研究

摘要

随着汽车保有量的持续增长，能源与环境问题日益凸显。为应对能源紧张和环境污染，纯电动汽车成为当前汽车产业发展的重要趋势之一。纯电动汽车在传统车辆底盘基础上增加了制动能量回收功能，由于该功能的加入使得底盘制动子系统与悬架子系统之间的协同控制问题面临新挑战。为提高纯电动汽车底盘综合性能，本文以复合制动与主动悬架协同控制作为研究对象，力图在保证主动悬架控制性能的同时，通过增加轮胎垂向力提高纯电动汽车在低附工况下的制动回收能量及高附工况下的制动安全性。论文主要研究工作如下： 首先，基于平板式轮胎试验台完成了轮胎纵向力学特性试验，准确获取了反映低附路面和高附路面下轮胎垂直载荷对轮胎纵向力学特性影响的试验数据。在此基础上，进一步利用 ADMAS 软件对轮胎魔术公式模型进行了参数辨识，根据辨识结果建立了较为准确的轮胎纵向力学模型，为后续纯电动汽车复合制动与主动悬架耦合机理分析奠定了重要基础。 其次，进行了纯电动汽车复合制动与主动悬架集成动力学建模，在前述轮胎模型的基础上，进一步建立了路面输入模型、复合制动模型、主动悬架模型以及电池模型。对子模型之间的力和运动耦合关系进行了深入分析，基于模型仿真结果定量分析了制动过程中能量回收的主要影响因素，同时掌握了轮胎垂向力变化对制动能量回收及悬架控制性能的影响规律。 再次，设计了纯电动汽车复合制动与主动悬架模糊协同控制策略，通过模糊控制器分别求解出低附工况及高附工况下主动悬架所需提供的最优垂向补偿力，从而针对性提高制动回收能量及制动安全性，进而在此基础上分别设计复合制动模糊子控制器和主动悬架模糊子控制器，保证子系统控制性能。 最后，通过Carsim和Simulink联合仿真进行协同控制性能验证。仿真数据显示，低附路面轻度制动时，协同控制后的制动回收能量提升了13.11%，电池SOC上升了9.96%，悬架二次型综合性能指标均方根值上升了8.61%；高附路面紧急制动时，协同控制后的制动距离减小了9.08%，悬架二次型综合性能指标均方根值上升了5.93%。研究结果表明，本文设计的协同控制策略在牺牲较小部分悬架性能的基础上，使得复合制动性能得到了较大幅度提升，改善了电动汽车底盘综合性能。

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