面向转向特性改善的四轮驱动电动汽车扭矩分配控制研究

摘要

能源危机和环境污染作为当今世界面临的两大难题，严重制约着人类社会的持续高速发展。针对交通运输领域，我国政府在《国民经济和社会发展第十二个五年规划》及《节能与新能源汽车发展规划》中明确指出，电动车辆将是未来国际车辆节能减排的最佳选择，是我国战略性新兴产业。
　　电动汽车四轮驱动结构从控制角度看属于过驱动系统，不仅能够实现诸如车道保持、倒车辅助、自动驻车等驾驶辅助功能，还能实现防抱死控制、牵引力控制和车身稳定控制等主动安全控制，从而最大限度提高车辆的操纵稳定性。本文研究对象为四轮驱动电动汽车，以改善车辆动态转向特性为目标来开展多执行器扭矩分配控制研究，提出了一种新颖的过驱动系统扭矩分配控制策略。
　　首先，使用MATLAB/Simulink软件建立整车十四自由度数学模型。在典型工况下，基于车辆动力学专业软件CarSim提供的高精度车辆模型验证该数学模型的准确性，为后续控制策略开发与验证提供模型基础。
　　接着为本文扭矩分配控制系统开发了车辆行驶状态观测器，包括汽车质心侧偏角、车速、实时轮胎力和路面附着系数等重要参数，并基于CarSim-Simulink联合仿真平台验证了观测器的有效性。
　　然后采用分层控制结构，设计面向转向特性改善的扭矩分配控制策略。其中，上层横摆运动控制器以二自由度车辆模型输出的横摆角速度和质心侧偏角为联合控制目标，采用滑模控制方法得到期望横摆力矩值。下层扭矩分配控制器将该期望值作为控制目标，以电机的扭矩作为输入量，提出了一种充分考虑轮胎特性的纵向力分配机制。通过与现有扭矩分配算法进行仿真和实验对比，说明了本文方法的有效性和优越性。
　　为了确保上述控制系统完整性，本文还针对电机执行层提出了一种底层车轮防滑控制策略。该方法基于车身数据融合计算四轮参考加速度，并从抑制车轮加速度角度着手进行车轮防滑。通过仿真验证了参考加速度的可靠性以及该防滑方法的有效性。
　　最后，对本文提出的面向转向特性改善的扭矩分配控制策略进行半物理仿真实验。以相同工况下的仿真结果作为参考，深入分析实验结果。客观评价本文开发的四轮驱动电动车半物理仿真实验平台，并从多个角度对实验效果影响因素加以分析总结，为今后四轮驱动电动车实验系统开发奠定基础。