基于滑模变结构控制的电动汽车稳定性控制系统研究

论文摘要

电动汽车稳定性控制系统是一种汽车主动安全技术,它通过抑制汽车过多转向和严重不足转向趋势,提高汽车的操纵稳定性,减少交通事故。本文对电动汽车转向稳定性控制算法和硬件在环试验台进行了研究。以双后轮独立驱动电动汽车为研究对象。采用直接横摆力矩控制方法(DYC),设计了基于滑模变结构理论的车辆操纵稳定性控制策略,提高电动汽车的操纵稳定性。给出了车辆操纵稳定性控制系统硬件在环试验台的总体结构方案,并在所建立的试验台上进行了稳定性控制系统硬件在环试验。本文以H.B.Pacejka轮胎模型(魔术公式)为基础建立了电动汽车二自由度系统动力学模型与理想的线性二自由度模型。选择质心侧偏角和横摆角速度作为稳定性控制系统的主要控制变量,深入分析了两种控制变量与稳定性的关系。为改善电动汽车的操纵稳定性,本文采用直接横摆力矩控制提高车辆极限工况下弯道加速(或弯道制动)行驶能力。运用滑模变结构控制理论,采用质心侧偏角和横摆角速度这两个控制变量分别研究了三种具有针对性的控制策略——质心侧偏角滑模变结构控制、横摆角速度滑模变结构控制、质心侧偏角和横摆角速度联合控制。在Matlab/Simulink仿真平台上,对具有稳定性控制器和没有稳定性控制器的电动汽车模型进行了仿真研究;对不同工况下电动汽车稳定性控制策略的具体应用、控制参数对控制品质的影响、滑模变结构控制理论中抖振现象的消除等问题进行了研究。仿真结果证明了所设计的电动汽车稳定性控制算法的有效性和鲁棒性。以dSPACE为基础,本文开发了电动汽车稳定性控制系统硬件在环试验平台,在该试验平台上对电动汽车稳定性控制系统进行了试验研究。结果表明本文所设计的控制算法具有一定的精度和实用性,为进行实车试验奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景、目的和意义
• 1.2 电动汽车操纵稳定性控制的研究现状
• 1.3 稳定性控制系统开发方法
• 1.3.1 传统开发方法
• 1.3.2 现代开发方法
• 1.4 本文内容
• 第二章 二自由度系统动力学模型的建立
• 2.1 车辆运动的分解
• 2.2 轮胎模型的建立
• 2.3 整车动力学模型的建立
• 2.4 线性二自由度车辆模型
• 2.5 本章小节
• 第三章 电动汽车稳定性控制系统设计
• 3.1 车辆运动状态与稳定性的关系
• 3.1.1 车辆失稳原因的初步探讨
• 3.1.2 控制变量的选择
• 3.1.3 横摆角速度与稳定性的关系
• 3.1.4 质心侧偏角与稳定性的关系
• 3.2 稳定性控制方法与控制策略
• 3.2.1 稳定性控制的基本思想
• 3.2.2 直接横摆力矩控制
• 3.2.3 DYC中的滑模变结构控制
• 3.3 滑模变结构控制的基本原理
• 3.3.1 滑模变结构控制的定义
• 3.3.2 滑动模态的存在性
• 3.3.3 滑模运动到达条件
• 3.3.4 滑模变结构控制系统的抖振问题
• 3.4 稳定性控制系统的设计
• 3.4.1 质心侧偏角（β）控制
• 3.4.2 横摆角速度（γ）控制
• 3.4.3 β和γ联合控制
• 3.5 本章小结
• 第四章 电动汽车稳定性控制系统的仿真研究
• 4.1 电动汽车稳定性控制系统的仿真模型
• 4.2 电动汽车稳定性控制系统的效果
• 4.2.1 低附着路面（μ=0.1、μ=0.2）上控制系统的效果
• 4.2.2 中等附着路面（μ=0.4）上控制系统的效果
• 4.2.3 高附着路面（μ=0.8）上控制系统的效果
• 4.3 联合控制参数对稳定性控制器控制效果的影响
• 4.4 电动汽车稳定性控制策略的选择
• 4.4.1 低附着路面上控制策略的选择
• 4.4.2 中等附着路面上控制策略的选择
• 4.4.3 高附着路面上控制策略的选择
• 4.5 结论
• 4.6 抖振的消除
• 4.7 本章小结
• 第五章 电动汽车稳定性控制系统硬件在环试验研究
• 5.1 dSPACE概述
• 5.1.1 dSPACE软件介绍
• 5.1.2 dSPACE软件环境介绍
• 5.2 硬件在环试验平台研制
• 5.2.1 利用dSPACE构建快速开发系统
• 5.2.2 快速开发系统组成
• 5.2.3 快速开发系统设计思路
• 5.3 硬件在环试验研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结与研究展望
• 6.1 本文的研究内容总结
• 6.2 本文的创新点
• 6.3 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录