过驱动电动汽车底盘稳定性协调控制.pdf
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1、2023 年第 10 期汽车工程师 Automotive Engineer【摘要】为了充分发挥分布式驱动电动汽车电机扭矩响应迅速及力矩独立可控的特点,采用底盘稳定性协调控制方法,通过电子稳定性系统与扭矩矢量控制单元的协调控制处理各类工况下车辆的稳定性需求,即通过扭矩矢量控制单元(TVCU)单独控制提高车辆处于稳定条件下的动态性能,通过电子稳定性控制(ESC)系统保证车辆趋于不稳定时的动力性及稳定性,并基于实车验证了该稳定性协调控制方法的鲁棒性。关键词:分布式驱动轮毂电机稳定性控制协调控制中图分类号:U461文献标志码:ADOI:10.20104/ki.1674-6546.20230347Cha
2、ssis Stability Coordination Control of Over-Actuated Electric VehicleWan Zhengyu1,Li Zebin1,Zhao Yue2,Sun Guozheng1,Ding Zongyang1(1.Dongfeng Motor Corporation Technical Center,Wuhan 442021;2.Dongfeng Commercial Vehicle Technology Center,Wuhan 442021)【Abstract】In order to give full pay to the advant
3、ages of rapid torque response and independent controllable torque of thedistributed driven electric vehicle,this paper adopted the chassis stability coordination control method,through thecoordinated control of the electronic stability control system and the torque vector control unit to deal with t
4、he stabilityrequirements of the vehicle under various working conditions-improve the dynamic performance of the vehicle under stableconditions through TVCU independent control,ensures the power and stability of the vehicle by ESC when it tends to beunstable.The robustness of the stability coordinati
5、on control method was verified based on a real vehicle.Key words:Distributed driven,Dub motor,Stability control,Coordinated control【引用格式】万正宇,李泽彬,赵月,等.过驱动电动汽车底盘稳定性协调控制J.汽车工程师,2023(10):1-5.WAN Z Y,LI Z B,ZHAO Y,et al.Chassis Stability Coordination Control of Over-Actuated Electric VehicleJ.Automotive
6、Engineer,2023(10):1-5.过驱动电动汽车底盘稳定性协调控制万正宇1李泽彬1赵月2孙国正1丁宗阳1(1.东风汽车集团有限公司技术中心,武汉 442021;2.东风商用车技术中心,武汉 442021)1前言轮毂电机驱动技术因其更快的响应速度、更好的控制性能及更高的控制精度等优点,更具电控的潜力和智能化的优势,更易实现先进底盘动力学协调控制1-2。李胜琴等3提出整车横摆稳定性控制和轮毂电机转矩分配控制策略,通过对轮毂电机输出转矩的控制实现了车辆横摆稳定性控制。褚文博等4从驱动系统多动作耦合及制约问题入手,提出了2种多轮驱动转矩协调控制策略。张志勇等5基于鲁棒控制理论,设计了基于状态
7、观测的H车辆稳定性控制器,将差动制动与差动驱动相结合,提出了基于横摆力矩的转矩分配控制策略。在车辆实际运行过程中,不同的控制策略切换可能会引起控制输出的剧烈变化,无法保证平稳过渡,且由于电动汽车底盘执行器电子元件较多,容易出现失效故障。现有的研究大多集中在单控制器稳定性控制方面,而没有考虑底盘独立控制器的协调控制,本文基于某前轴单电机集中驱动+后轴轮毂电机驱动底盘,利用分布式驱动电动汽车电机力矩响应迅速及力矩独立可控的特点,通过电子稳定性控制中国汽车工程学会年会优秀论文(选登)1汽 车 工 程 师万正宇,等:过驱动电动汽车底盘稳定性协调控制(Electronic Stability Contr
8、oller,ESC)系统与整车控制单元(Vehicle Control Unit,VCU)及扭矩矢量控制单元(Torque Vector Vontrol Unit,TVCU)的协调控制,保证各类工况下车辆的动态性能及稳定性,并基于实车进行验证。2系统仿真模型2.1联合仿真模型基于CarSim软件构建车身及车辆部分子系统的联合仿真模型,如图1所示。使用Simulink轮毂电机模型取代原有动力传动系统,并在后续研究中将轮毂电机视为整体,采用直接转矩控制方式对理想电机模型进行建模。最后通过S函数将CarSim中所 建 立 的 四 轮 独 立 线 控 电 动 汽 车 模 型 导 入Simulink,组
9、成完整的动力学控制模型,用于验证所提出的稳定性协调控制策略的有效性。MATLAB/Simulink稳定性协调控制器MATLAB/Simulink轮毂电机模型CarSim转向制动车身轮胎路面图1联合仿真模型结构2.2电机特性模型基于某现有前轴单电机集中驱动+后轴轮毂电机分布式驱动底盘所搭载轮毂电机的实测结果,得到电机特性模型,如图2所示。806040200转矩/Nm转速/rmin-11 00050005001 0001 500效率/%30706080828486889192907060图2轮毂电机特性MAP图3基于PID的底盘稳定性协调控制根据系统结构,搭建了如图 3所示的基于 PID的控制系统
10、模型。其中:二自由度参考模型通过转向盘转角 及实际车速 Vx可以识别出整车的期望质心侧偏角d及期望横摆角速度d;质心侧偏角观测器通过实车状态计算出车辆实际质心侧偏角;失稳程度参数计算模块通过实车质心侧偏角和横摆角速度计算出整车的失稳程度参数 并根据标定阈值进入稳定性协调控制模块,计算出车辆所需轮缸压力及四轮期望转矩。ESC系统VCU+TVCU前轴单电机集中驱动+后轴轮毂电机分布式驱动电动汽车2自由度车辆参考模型质心侧偏角观测器失稳程度参数计算稳定性控制模块横摆力矩计算液压/扭矩分配车辆状态判断模块VCU/TVCU1+2分配模式TVCU扭矩矢量控制ESC系统接管扭矩控制四轮期望扭矩四轮轮缸压力、
11、Vx、各轮期望转矩各轮实际转矩1122d、d图3控制系统结构3.1二自由度车辆参考模型车辆的质心侧偏角和横摆角速度对汽车操纵稳定性影响较为明显,因此在车辆行驶过程中需要严格控制两者的大小以防止车辆失稳。以二自由度车辆模型为基础,可计算出期望质心侧偏角及期望横摆角速度:d=kf+krmVxd+()lfkf-lrkrmV2x-1 d-kfmVxf d=lfkf-lrkrIzd+lf2kf+lr2krIzVxd-lfkfIzf+MzIz(1)式中,kf、kr分别为前、后轮侧偏刚度;f为前轮转角;lf、lr分别为质心到前、后轴的距离;Iz为横摆转动惯量;m为整车质量;Mz为附加横摆力矩。3.2质心侧偏
12、角观测器当前,车辆质心侧偏角估计方法包括直接积分法6、动力学方法7等,考虑到成本及车辆控制的实时性,基于运动学方法设计质心侧偏角观测器:=ayVx-axVx-(2)式中,ax为车辆纵向加速度;ay为车辆侧向加速度;为车辆实际横摆角速度。该方法主要利用 ESC内置的三轴向传感器及22023 年第 10 期万正宇,等:过驱动电动汽车底盘稳定性协调控制车速估计模块,对车辆参数、路面附着系数及驾驶操作带来的整车动力学响应具有较好的鲁棒性。在传感器信号精确的情况下,对处于线性区和非线性区的质心侧偏角都具有较高的估计精度。3.3失稳程度参数计算通过失稳程度参数计算模块判断整车进入何种控制模式。在车辆的稳定
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