具有差速约束的轮边电驱动汽车横摆稳定控制方法研究

In-wheel motor structure is an important driving structure for new energy vehicle and yaw stability control is one of active safety control methods to enhance vehicle safety. Unlike traditional fuel vehicle, the controller of in-wheel motor vehicle must maintain the speed differential condition of left and right wheels in cornering situation, which is not considered in references of yaw stabibility control. Therefore, a yaw stability controller is designed in the project, which is to adjust vehicle states through controlling wheel driving torque and taking speed differential codition as time-varying constraint. Firstly, the cornering speed differential constraint and other constraints relating to vehicle yaw stability control are deduced from data in experiments and simulations and analysis of vehicle dynamics. Then, a vehicle yaw dynamics model for control are abstracted and the uncertainties in the model are analyzed. After that, the yaw stability controller meeting speed differential constraint is designed. Meanwhile, in order to make the controller applicable in different roads, the road adhesion coefficient under wheel is estimated. To solve the above engineering problems, two scientific problems of control theory are abstracted, which are control problem with constraints and uncertainties, and parameter identification problem with data. So the project has engineering significance and theoretical significance.

轮边电驱动是新能源汽车重点研究的驱动结构，横摆稳定控制是提高其行驶安全性的主动安全控制方法之一。不同于传统燃油汽车，轮边电驱动汽车转向时需通过控制器保证左、右车轮转速满足转向差速条件，而在现有横摆稳定控制文献中对此并未考虑，因此本项目通过将转向差速条件处理为时变约束研究横摆稳定控制方法，控制驱动扭矩，调节汽车转向状态。首先根据实车测试和仿真数据、汽车动力学关系研究汽车转向差速约束及其它横摆稳定控制相关的约束问题；进而，建立面向控制的横摆动态模型，分析模型中的不确定性，设计满足差速约束的横摆稳定控制器；并且，为了使控制器适用于复杂路况，研究车轮所处路面附着系数估计方法。为了解决上述工程问题，提炼出两个控制领域科学问题，即具有约束和不确定性的非线性控制器设计问题和基于数据的参数辨识问题。因此，本项目的研究兼具工程意义和理论意义。

轮毂驱动汽车作为一种新形式动力驱动构型，是当前汽车领域的研究热点，其控制具有非线性、不确定性的特点。本项目针对轮毂驱动汽车控制的关键技术，提取科学问题，提出了参数辨识、估计和控制方法，完成了的研究内容为：(1) 针对轮毂驱动汽车非线性动力学建模问题，提出了基于粒子群优化的轮毂驱动汽车参数辨识方法，以获取车身惯性参数、车轮参数和线性轮胎模型参数；(2) 针对轮毂驱动汽车状态估计和道路估计问题，提出了一种轮毂驱动汽车纵向车速和道路坡度估计方法，以用于轮毂驱动汽车驱动防滑、横摆稳定控制；(3) 为防止车辆在低附着系数路面行驶时车轮打滑、车辆跑偏，提出了一种轮毂驱动汽车驱动防滑控制方法； (4) 为提高车辆操控性和安全性，提出了一种基于预测控制的轮毂驱动汽车横摆稳定控制方法，通过分配电机扭矩，调整车身转向状态，同时控制车辆纵向速度跟踪驾驶员期望值，防止出现传统燃油车在横摆稳定控制时车速降低问题；(5) 为了提高轮毂驱动汽车的行驶安全性，提出了一种基于Unscented Kalman Filter方法的轮毂驱动汽车驱动系统故障诊断方法；(6) 面向智能汽车控制问题，提出了一种基于模型预测控制的轮毂驱动汽车轨迹跟踪控制方法。. 本项目基于轮毂驱动汽车硬件在回路仿真平台，对上述算法进行了全面测试，在测试场地中通过实车道路测试验证了驱动防滑控制算法、横摆稳定控制算法、驱动系统故障诊断算法，分析了算法性能。. 本项目为轮毂驱动汽车控制提出了一系列创新性方法，取得了一定的研究成果，完成了项目计划中规定的研究内容，且对原定的研究内容进行了扩展，为未来轮毂驱动汽车、智能汽车控制奠定了基础。