考虑悬架K&C特性的轮毂电动车横摆稳定控制方法研究

摘要

轮毂电动车具有车轮扭矩独立驱动、结构紧凑等优点，是当前重点研究与开发的电动车类型。轮毂电动车利用车轮扭矩独立驱动的特征，改变了传统车辆的横摆稳定控制方式，使得横摆稳定控制技术发生变革。本文针对轮毂电动车横摆稳定控制进行研究，具有理论与实际意义。目前轮毂电动车横摆稳定控制的研究局限于侧向运动，忽略了车辆垂、纵向运动与侧向运动的耦合关系。极限工况下，会导致侧向运动控制性能下降甚至恶化。与目前普遍采用的研究思路和方法不同，本文考虑了车辆垂向运动对侧向运动的影响，并从悬架 K&C特性的角度，分析车辆垂、侧和纵向运动耦合特性及其横摆稳定控制方法，以提高车辆侧向运动的控制性能。
　　本研究分析了悬架K&C特性对车辆侧向动力学的影响，将悬架K&C特性的影响归结为车轮定位参数前束角和外倾角引起的车轮侧偏角变化以及附加的外倾角扭矩。为了减小悬架K&C特性参数计算代价，本文进而分析了悬架 K&C特性对侧向动力学的影响的主要参数，建立了一种考虑悬架 K&C特性的车辆侧向动力学模型。高精度车辆动力学软件veDYNA中的仿真结果表明本文建立的模型具有更高的精度。针对不足转向工况的横摆稳定控制问题，指出不足转向产生的原因在于轮胎侧向力饱和，使得侧向力不足而无法实现期望横摆率跟踪控制。为此，在考虑悬架 K&C特性的车辆侧向动力学模型基础上，根据纵侧向耦合动力学特性，提出了一种纵侧向耦合动力学一体化控制的思路和方法。将单一的侧向运动控制问题拓展为考虑悬架 K&C特性的纵侧向运动控制问题，并给出了一种解决不足转向的横摆稳定滑模控制器设计方法。仿真结果验证了提出的控制方法的可行性和有效性。考虑到悬架 K&C特性参数变化非线性强，在线计算困难的问题，采用数据建模方法对悬架 K&C特性表达方式进行了改进，构建了前束角和外倾角的MAP模型，建立了考虑车辆纵、侧、垂向耦合的机理/MAP混合动力学模型。在此基础上采用一种非线性控制方法设计了横摆稳定控制器，得到了由稳态控制、参考动态前馈控制和反馈控制组合的控制律。仿真表明设计的控制器能有效改善车辆低附着系数路面的转向性能。