本文關(guān)鍵詞： 四輪獨立驅(qū)動 四輪獨立轉(zhuǎn)向 車輛操縱穩(wěn)定性 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 變參數(shù)LQR控制 協(xié)調(diào)控制　出處：《吉林大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：基于輪轂電機與轉(zhuǎn)向電機的四輪獨立驅(qū)動、四輪獨立轉(zhuǎn)向(Four-wheel independent driving and Four-wheel independent steering,4WID-4WIS)電動汽車是一種全新的電動汽車形式。與傳統(tǒng)汽車相比,該種類型的電動汽車在車輛節(jié)能控制、操縱穩(wěn)定性控制等方面具有無可比擬的優(yōu)勢。同時,這也意味著4WID-4WIS電動汽車動力學(xué)控制系統(tǒng)需要全新的研究與設(shè)計,設(shè)計的優(yōu)劣將對整車性能產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。本文以4WID-4WIS電動汽車為研究對象,基于改善汽車操縱穩(wěn)定性的前提,針對四輪轉(zhuǎn)向(Four-wheel steering,4WS)系統(tǒng)、4WIS系統(tǒng)、4WID系統(tǒng)的控制方法以及4WID系統(tǒng)與4WIS系統(tǒng)的協(xié)調(diào)策略進行深入研究。具體研究內(nèi)容包括以下幾個方面:(1)搭建了包括車體動力學(xué)模型、GIM輪胎模型、驅(qū)動系統(tǒng)模型以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型在內(nèi)的4WID-4WIS電動汽車動力學(xué)仿真模型,同時提出了一種基于橫擺角度跟蹤的駕駛員模型。針對整車動力學(xué)模型進行測試分析,驗證模型的合理性,為后文中控制策略的研究奠定基礎(chǔ)。(2)針對4WS系統(tǒng),利用收斂速度快、不易陷入局部極小的徑向基函數(shù)(Radial basis function,RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),設(shè)計了4WS系統(tǒng)的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器。針對設(shè)計的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器,分別采用 直接離線訓(xùn)練‖和 離線訓(xùn)練在線修正‖兩種不同方法進行訓(xùn)練。直接離線訓(xùn)練中提出了一個“前饋+反饋”訓(xùn)練數(shù)據(jù)采集單元,用于訓(xùn)練數(shù)據(jù)的采集。離線訓(xùn)練在線修正法中設(shè)計了一個閉環(huán)訓(xùn)練系統(tǒng)和一個RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識器,前者用于離線訓(xùn)練,后者用于在線修正。仿真試驗表明,RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器在汽車質(zhì)心側(cè)偏角的控制方面具有較好的控制效果,而對于橫擺角速度的控制卻有所欠缺,這與4WS系統(tǒng)的控制輸出單一,無法同時很好地滿足兩個控制指標(biāo)的本質(zhì)有關(guān)。(3)為克服4WS系統(tǒng)的缺陷,進行了4WIS系統(tǒng)的研究。利用線性二次型(Linear-quadratic regulator,LQR)最優(yōu)控制理論,設(shè)計4WIS系統(tǒng)的模型跟蹤LQR控制器。隨后,從車輛動力學(xué)角度出發(fā),分析4WIS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向動力學(xué)特性,以提高輪胎側(cè)向力利用率為前提,提出一種基于車輛轉(zhuǎn)向狀態(tài)的4WIS系統(tǒng)車輪轉(zhuǎn)角分配策略。利用LQR控制參數(shù)與控制輸出之間的對應(yīng)關(guān)系,將4WIS系統(tǒng)車輪轉(zhuǎn)角分配策略映射為LQR控制參數(shù)調(diào)整策略。借助專家控制思想與遺傳優(yōu)化算法,設(shè)計了基于專家控制和遺傳優(yōu)化的LQR參數(shù)調(diào)節(jié)器;借助模糊控制邏輯,設(shè)計了基于模糊控制的LQR參數(shù)調(diào)節(jié)器。將設(shè)計的兩個參數(shù)調(diào)節(jié)器分別與模型跟蹤LQR控制器結(jié)合,構(gòu)造變參數(shù)LQR(Varying parameter LQR,VLQR)控制系統(tǒng)。仿真試驗表明,設(shè)計的兩個VLQR控制系統(tǒng)均能在4WIS系統(tǒng)中取得良好的控制效果,可同時滿足質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度兩項指標(biāo),且對于強側(cè)向風(fēng)一類側(cè)向干擾也具有很好的抑制能力。(4)設(shè)計了包括車速控制功能和輔助轉(zhuǎn)向功能的4WID控制系統(tǒng),并針對4WID系統(tǒng)與4WIS系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)策略進行了研究。對于4WID系統(tǒng)與4WIS系統(tǒng)可能相互干涉的轉(zhuǎn)向工況,依據(jù)4WIS系統(tǒng)的車輪轉(zhuǎn)角分配策略,提出了一種既不影響4WIS系統(tǒng)性能也不影響行駛車速的輔助轉(zhuǎn)向附加轉(zhuǎn)矩分配策略,實現(xiàn)4WID系統(tǒng)輔助轉(zhuǎn)向功能的同時,完成4WID系統(tǒng)與4WIS系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)控制。此外,對于汽車的驅(qū)動防滑問題,設(shè)計了一個基于滑移率門限值的驅(qū)動防滑控制器,進一步完善了4WID-4WIS協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)功能。仿真試驗結(jié)果表明,4WID-4WIS協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在汽車穩(wěn)定性提高、極限工況車道保持、驅(qū)動防滑等方面均能取得很好的控制效果,對于車輛行駛安全性的提升效果顯著。(5)搭建了包括NI PXI實時系統(tǒng)硬件、交流伺服電機及其驅(qū)動器、角度傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、加速/制動踏板、方向盤、光電編碼器以及上位PC機在內(nèi)的硬件在環(huán)試驗平臺。針對搭建的硬件在環(huán)仿真試驗平臺以及設(shè)計的4WID-4WIS協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行測試,結(jié)果表明試驗平臺運行良好,可用于4WID-4WIS電動汽車動力學(xué)控制方法、系統(tǒng)的實時環(huán)境仿真試驗分析。設(shè)計的4WID-4WIS協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在實時環(huán)境下依然具有較好的控制效果,能夠有效地改善汽車的操縱穩(wěn)定性和行車安全。
[Abstract]:鍩轟簬杞瘋鐢墊満涓庤漿鍚戠數(shù)鏈虹殑鍥涜疆鐙珛椹卞姩,鍥涜疆鐙珛杞悜(Four-wheel independent driving and Four-wheel independent steering,4WID-4WIS)鐢?shù)鍔ㄦ苯铻R鏄竴縐嶅叏鏂扮殑鐢?shù)鍔ㄦ苯铻R褰㈠紡.涓庝紶緇熸苯杞︾浉姣，

本文編號：1502874