转向制动过程中四轮独立驱动电动汽车纵侧向集成控制

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1、硕士学位论文转向制动过程中四轮独立驱动电动汽车纵侧向集成控制INTEGRATEDLONGITUDINALANDLATERALCONTROLOFFOUR-WHELL-INDEPENDENT-DRIVINGELECTRICVEHICLEDURINGCORNERINGBRAKE田广丰哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP273学校代码：10213国际图书分类号：681.511密级：公开工程硕士学位论文转向制动过程中四轮独立驱动电动汽车纵侧向集成控制硕士研究生：田广丰导师：井后华申请学位：工程硕士学科：控制工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予

2、学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP273U.D.C:681.511DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringINTEGRATEDLONGITUDINALANDLATERALCONTROLOFFOUR-WHELL-INDEPENDENT-DRIVINGELECTRICVEHICLEDURINGCORNERINGBRAKECandidate：TianGuangfengSupervisor：JingHouhuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineerin

3、gSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要近些年来，由传统燃油车引起的环境污染与能源危机愈发严重，电动汽车因其节能环保的特点而备受关注。四轮独立驱动电动汽车，采用轮毂/轮边驱动型式，极大简化车辆结构，可以分别调节各个车轮的电机力矩和液压制动力矩来实现车辆运动控制，具有

4、明显的过驱动特性，可以追求更高的控制目标，提高车辆能效性、安全性、操控性。本文针对四轮独立驱动电动汽车转向制动过程中纵、侧向集成控制问题，分别从模型与系统结构、车轮力矩分配、上层规划控制展开研究。首先对车辆的结构及功能特点进行分析，基于仿真软件veDYNA仿真得出不同力矩分配方式会影响车辆的能效性及安全性，以及进行制动控制与力矩矢量控制可以明显改善车辆的转弯性能。基于对控制系统的分析，引入纵向力和横摆力矩作为虚拟控制量，设计了分层控制结构，上层为虚拟控制量的规划控制，下层为车轮力矩的控制分配。车轮力矩分配是整个控制系统的基础，为了实现纵、侧向集成控制，并且综

5、合处理能效、操控、稳定等目标，提出了基于分步优化的力矩分配方法。先考虑能效目标，采用静态优化方法进行预分配，由于电机效率MAP存在非凸特性，该过程通过离线优化完成，适用于稳定行驶工况；而后是考虑滑移率约束、车轮动态，针对安全性与操控性目标进行动态优化分配。对于有约束的多目标优化问题，采用模糊控制计算权重系数，并通过模型预测控制(ModelPredictiveControl，MPC)方法进行优化求解。该方法通过分步处理满足不同工况下的主要控制需求，可以避免复杂的在线优化，易于应用。鉴于特殊工况下，单一的纵向与侧向控制无法满足控制需求，本文提出一种纵、侧向集成控

6、制方法。首先，对控制可行域及期望动态进行规划。控制可行域基于车辆的转向约束及侧滑约束，对速度与最大曲率的关系进行研究并对期望速度进行规划；进而，考虑纵侧向运动间的耦合，提出一种滑模控制方法，计算得到纵向力和横摆力矩，结合车轮力矩优化控制分配，极限工况下车辆的安全性明显提高；最后，通过硬件在回路(Hardware-in-the-Loop，HIL)仿真，结合不同的工况对控制器进行了验证。仿真结果表明，本文提出的控制方法有效提高车辆转向制动操作的安全性及操控性能。I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文关键词：四轮独立驱动电动汽车；纵侧向集成控制；控制分配；模型预测控制；

7、硬件在回路仿真II哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInrecentyears,energycrisisandenvironmentalpollutionthattraditionalfuelvehiclesbroughtaboutareincreasinglyserious.Electricvehiclehaveattractedmuchattentionbecauseofenergy-savingandenvironment-friendly.Thefour-wheel-independent-drivingelectricvehicle(F

8、WIDEV),whichadoptsin-wheel