基于控制分配的纯电动汽车驱动力/制动力容错控制研究

【摘要】：四轮毂独立驱动电动汽车(4WID'=EV)作为纯电动汽车领域一个新的发展方向,以创新的结构布局和特有的四轮单独控制方式引发了国内外科研机构、学者的研究热潮。本论文以东南大学车辆实验室研发的四轮独立驱动电动汽车(4WIDEV)为研究对象,进行以下几个方面的研究：1.根据四轮独立电动汽车的各部分变量之间的关系,建立整车动力学模型,并且搭建整车动力学仿真的框架。由于四轮独立驱动电动汽车的驱动器存在冗余,可以通过在线调整控制分配矩阵来解决电机故障问题,而不需要改变原来的控制策略。因此将控制器分为上下两层,上层控制器的设计主要目的就是计算跟随车辆的理想轨迹所需要的力和力矩,为了保证整个闭环系统的鲁棒性,我们分别采用PI控制和滑模控制的方法。下层控制就是将跟随理想轨迹所需要的力和力矩分配给各个轮毂电机,通过电机模型将其转化各个电机的驱动的扭矩,控制分配的目标就是使实现驱动力的最优化分配。而且我们假设电机发生了故障后,不需要改变上层控制器的控制设计,而只需要通过下层控制中控制分配矩阵的调整实现电机故障的容错控制。然后利用Simulink和Carsim联合仿真来验证控制策略的有效性。2.通过仿真我们发现了滑模控制存在在颤振问题,高频颤振在实际的控制系统中可能导致实际的控制系统的不稳定。并且在上述的控制策略未能考虑车辆建模过程中的不确定因素,因此将上层控制器利用鲁棒控制来实现,鲁棒控制根据系统的反馈线性化,利用LMI不等式得到鲁棒控制器,下层控制器利用新的控制分配的方法来实现控制分配,并且考虑轮胎约束。最终通过仿真所提出的容错控制方法的有效性。 【关键词】：鲁棒控制 轮毂电机控制分配 纯电动汽车 容错控制
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景9
• 1.2 现代电动汽车的国内外研究现状9-10
• 1.3 控制分配国内外研究现状10-12
• 1.3.1 横摆稳定性控制10-11
• 1.3.2 轮毂电机驱动系统11
• 1.3.3 防止侧倾系统11
• 1.3.4 四轮独立驱动电动汽车系统11-12
• 1.4 四轮独立驱动容错控制研究现状及发展12-13
• 1.5 本文的主要工作内容13-15
• 第二章 四轮驱动电动汽车动力学建模与分析15-27
• 2.1 二自由度车辆动力学模型15-16
• 2.2 三自由度车辆模型16-20
• 2.3 轮胎模型20-22
• 2.4 电机和车轮动力学模型22-23
• 2.5 车辆S-ulink开环仿真模型23-24
• 2.6 车辆系统S-ulink开环仿真分析24
• 2.7 车辆Carsim模型24-26
• 2.8 本章小结26-27
• 第三章 四轮独立驱动电动汽车控制分配研究27-46
• 3.1 问题的提出27-30
• 3.2 控制分配30-37
• 3.2.1 控制分配问题30-31
• 3.2.2 控制分配问题的数值解法31
• 3.2.3 现有的控制分配算法31-33
• 3.2.4 基于L_2-范数的控制分配方法33-37
• 3.2.5 基于二次规划的控制分配策略37
• 3.3 控制分配解析算法37-42
• 3.4 控制再分配策略的研究42-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 基于H-鲁棒控制四轮独立驱动控制分配方法研究46-58
• 4.1 问题的提出46-48
• 4.2 车辆的动力学模型48-52
• 4.2.1 鲁棒控制器的设计50-52
• 4.3 扭矩分配策略52-54
• 4.4 控制分配的仿真结果54-56
• 4.4.1 移线仿真54-55
• 4.4.2 车辆的J-turn仿真55-56
• 4.5 本章小结56-58
• 第五章 总结和展望58-60
• 5.1 全文总结58
• 5.2 论文中的不足之处58
• 5.3 展望58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-63

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