分布式驱动电动汽车稳定性控制仿真与试验

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｈａｎｄｌｉｎｇａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓ，ａｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ ｗｉｔｈｔｈｒｅｅｌａｙｅｒｓｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌｉｎｇｌａｙｅｒｃａｌｃｕｌａｔｅｓｔｈｅａｃｔｕａｌｖａｌｕｅａｎｄｄｅｓｉｒｅｄｖａｌｕｅｏｆｖａｒｉａｂｌｅｓ． Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｔｏｒｑｕｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｌａｙｅｒｃｏｍｂｉｎｅｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｅｘｔｅｎｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｓｅｔｓ ｕｐｔｈｅａｄａｐｔｉｖｅｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｗｅｉｇｈｔｉｎｇｓｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｃｏｍｐｅｎｓａ ｔｉｎｇｔｏｒｑｕｅｓ．Ｗｈｉｌｅｗｈｅｅｌｔｏｒｑｕｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌａｙｅｒａｐｐｌｉｅｓｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｔｏｒｑｕｅｓａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｓｔｈｅｍ ｔｏｆｏｕｒｗｈｅｅｌｈｕｂｍｏｔｏｒｓ．ＳｏｆｔｗａｒｅＣａｒｓｉｍａｎｄＳｉｍｕｌｉｎｋａｒｅｕｓｅｄｔｏｂｕｉｌｄｔｈｅｍｏｄｅｌａｎｄｃｏｎｄｕｃｔｃｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｈａｓｇｏｏｄｒｅａｌｔｉｍｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ， ａｒａｐｉｄｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇｔｅｓｔｉｓａｌｓｏｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ，ｗｈｉｃｈｖｅｒｉｆｉｅｓｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙａｄｏｐｔｅｄａｃｈｉｅｖｅｓｔｈｅｄｅｓｉｒｅｄｇｏａｌ ｏｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇｖｅｈｉｃｌｅｓｔａｂｉｌｉｔｙ．
关键词：分布式驱动电动汽车；可拓控制；滑模控制；联合仿真；实车试验
ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＴｅｓｔｏｆＳｔａｂｉｌｉｔｙＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＤｒｉｖｅＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅｓ
ＬｉｕＺｈｉｑｉａｎｇ＆ ＬｉｕＧｕａｎｇ
ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇｓｈａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０１１４
达到提高车辆稳定性的目的，此类控制方法易于实 现但车辆转向角过大时无法满足稳定性要求。文 献 ［８］中 的 稳 定 性 控 制 器 以 二 次 最 优 模 型 为 基 础 ， 加入前馈和反馈因子，然后通过试验对算法进行了 验证 ，此 方 法 适 用 于 一 般 工 况 ，复 杂 工 况 下 的 实 时 性有待提高。
［摘要］ 为提高电动汽车的操纵稳定性，建立了 ３层的控制策略。动力学建模层计算变量实际值和期望值； 补偿力矩确定层结合可拓控制与滑模控制的优势，建立自适应滑模算法，协调各参数控制的权重并确定合适的补偿 力矩；车轮转矩分配层对补偿力矩提供约束后将其分配给 ４个轮毂电机。采用 Ｃａｒｓｉｍ和 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件进行模型搭 建和联合仿真。仿真结果表明，整车控制策略的实时性和自适应性好。最后，在样车上进行快速原型试验也验证了 所采用的控制策略达到了改善车辆稳定性的预期目标。
２０１９年（第 ４１卷）第 ７期 ｄｏｉ：１０．１９５６２／ｊ．ｃｈｉｎａｓａｅ．ｑｃｇｃ．２０１９．０７．０１０
汽 车 工 程 ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２０１９（Ｖｏｌ．４１）Ｎｏ．７
分布式驱动电动汽车稳定性控制仿真与试验
刘志强，刘 广
（长沙理工大学汽车与机械工程学院，长沙 ４１０１１４）
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｄｒｉｖｅｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ；ｅｘwk.baidu.comｅｎｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌ；ｃｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ； ｒｅａｌｖｅｈｉｃｌｅｔｅｓｔ
前言
日渐严重的生态污染与能源枯竭问题，加速了 分 布 式 电 驱 动 汽 车 的 研 究 进 展 ［１］。 相 比 于 内 燃 机 车辆 ，此 类 汽 车 取 消 了 冗 长 的 传 动 链 ，直 接 将 控 制 施加在各 车 轮 处，为 动 力 学 控 制 带 来 了 新 的 实 现 方式。
国家自然科学基金（１１５７２０５５）资助。 原稿收到日期为 ２０１８年 １２月 １３日，修改稿收到日期为 ２０１９年 ３月 １４日。 通信作者：刘志强，副教授，博士，Ｅｍａｉｌ：ｌｚｑ０２２８＠１２６．ｃｏｍ。
２０１９（Ｖｏｌ．４１）Ｎｏ．７
刘志强，等：分布式驱动电动汽车稳定性控制仿真与试验
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在新能源车辆操纵稳定性的研究领域，各国高
校和企业已经开展了诸 多 研 究。文 献 ［２］中 综 述 了分布式电驱动汽车动力学控制的关键问题，通过 对比分析指出滑模变结构控制器有良好的鲁棒性 和 控 制 效 果 ，应 用 时 要 注 意 其 抖 动 现 象 。 文 献 ［３］ 中应用增益比例调节算法来确定补偿力矩。这种 控制方式计算和调整方便，但当路面附着情况改变 时自适应能 力下降 ，控 制 效 果 不 理 想。 文 献 ［４］～ 文 献 ［７］中 的 补 偿 力 矩 由 设 计 的 模 糊 算 法 得 到 ，再 通过具体驱动力分配方式将之分配给 ４个车轮以
针对稳定性控制方法自适应性和实时性能不佳 的缺点，本文中在前期研究的基础上改进了控制器 并构建了相关参数的估计模块，控制策略分为 ３层： 动力学建模层计算变量期望值；补偿力矩确定层结 合可拓控制与滑模变控制的优势，协调各参数控制 的权重并制定合适的补偿力矩；车轮转矩分配层为 补偿力矩提供约束并将其适当分配给 ４个电机。模 型搭建和算法仿真采用 Ｃａｒｓｉｍ和 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件进行 模型搭建和联合仿真。最后，将稳定性策略施加在 分布式电驱样车上，验证其有效性。