分布式驅(qū)動(dòng)汽車(chē)控制策略的仿真分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u5536分布式驅(qū)動(dòng)汽車(chē)控制策略的仿真分析案例 1192111.1整車(chē)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1268721.2雙移線工況仿真分析 2173011.2.1雙移線工況的設(shè)置 225011.2.2仿真結(jié)果分析 270551.3方向盤(pán)轉(zhuǎn)角正弦輸入實(shí)驗(yàn) 5178721.3.1實(shí)驗(yàn)工況的設(shè)置 5169311.3.2仿真結(jié)果分析 6199901.4低附著路面實(shí)驗(yàn) 843291.4.1低附著實(shí)驗(yàn)仿真條件設(shè)置 861701.4.2低附著實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果 8為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的分層控制器的有效性，本文采用Carsim和Matlb/Simulink聯(lián)合的方式進(jìn)行仿于車(chē)輛真驗(yàn)證，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。評(píng)價(jià)車(chē)輛穩(wěn)定性的一般采用橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角、滑移率等狀態(tài)量來(lái)評(píng)價(jià)車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)工況有雙移線實(shí)驗(yàn)、蛇形繞樁實(shí)驗(yàn)、魚(yú)鉤實(shí)驗(yàn)、穩(wěn)態(tài)圓周實(shí)驗(yàn)等。本文的工況選擇了雙移線實(shí)驗(yàn)與蛇形繞樁實(shí)驗(yàn)，并在較高路面附著系數(shù)與低路面附著系數(shù)上分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該方法在保證精確跟蹤上層控制器輸出的附加橫擺力矩的前提下，將輪胎的滑移率限制在了規(guī)定的范圍內(nèi)，防止車(chē)輛出現(xiàn)打滑的情況。1.1整車(chē)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本文所建立的仿真結(jié)構(gòu)如1.1所示，圖中所包括的主要內(nèi)容有：基于Carsim建立的車(chē)輛模型，基于Simulink建立的電機(jī)模型，采用滑模變結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)的上層控制器，采用模型預(yù)測(cè)控制設(shè)計(jì)的下層轉(zhuǎn)矩分配控制器，不同模塊之間通過(guò)數(shù)據(jù)接口連接。圖1.1控制策略仿真結(jié)構(gòu)圖1.2雙移線工況仿真分析雙移線工況模擬的是在高速下的超車(chē)情況，可以很好的檢驗(yàn)車(chē)輛的快速響應(yīng)以及路徑跟蹤能力，適用于評(píng)價(jià)車(chē)輛的操縱穩(wěn)定性。1.2.1雙移線工況的設(shè)置雙移線工況是在Carsim中設(shè)置完成的，具體的路徑設(shè)置如圖1.2所示。仿真實(shí)驗(yàn)的車(chē)速設(shè)置為80km/h，路面附著系數(shù)為0.85。路面水平。圖1.2雙移線工況路徑1.2.2仿真結(jié)果分析為了驗(yàn)證算法的有效性，本節(jié)采用了未施加控制的傳統(tǒng)油車(chē)和施加控制的分布式驅(qū)動(dòng)輪轂電機(jī)汽車(chē)進(jìn)行比較。比較二者在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，操縱穩(wěn)定性的好壞，即橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角等表征穩(wěn)定性的狀態(tài)參量與理想值的偏離程度。具體結(jié)果如圖1.3所示。(a)質(zhì)心側(cè)偏角(b)行駛軌跡(c)車(chē)速(d)橫擺角速度(e)左前輪滑移率(f)左后輪滑移率(g)右前輪滑移率(h)右后輪滑移率圖1.3雙移線工況實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)分析仿真實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，可以看出圖（a）為車(chē)輛的質(zhì)心側(cè)偏角變化圖，通過(guò)施加控制與未施加控制的車(chē)輛進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)未施加控制的車(chē)輛質(zhì)心側(cè)偏角的數(shù)值明顯高于穩(wěn)定性控制下的數(shù)值，通過(guò)本文設(shè)計(jì)的控制器使質(zhì)心側(cè)偏角在幅值處減小了大約0.02rad，對(duì)整車(chē)的穩(wěn)定性有了一定的改善。綜合穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角的變化曲線，可以看出，MPC控制相比于無(wú)穩(wěn)定性控制，不僅使橫擺角速度更接近于理想值而且減小了質(zhì)心側(cè)偏角，因此，設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性控制策略在雙移線工況下能夠有效改善車(chē)輛的穩(wěn)定行駛能力（圖中的“MPC穩(wěn)定性控制”表示本文設(shè)計(jì)控制策略控制下的曲線，“未施加控制”表示無(wú)穩(wěn)定性控制下的曲線）。圖（b）、圖（c）分別為車(chē)輛行駛軌跡的變化與車(chē)速的變化圖，可以看出在施加了MPC轉(zhuǎn)矩分配控制后，相較于未施加控制的車(chē)輛，能更好的貼合理想路徑，雖然車(chē)輛的速度有了一定的波動(dòng)，但是誤差在3%以內(nèi)，可以忽略。圖（d）為車(chē)輛橫擺角速度變化曲線，從圖可知，沒(méi)有穩(wěn)定性控制的情況下橫擺角速度在峰值處超出理想值較多，MPC控制下的橫擺角速度能夠更好的跟隨理想值變化，尤其在橫擺角速度的峰值附近減小0.1rad/s，能明顯減小橫擺角速度的數(shù)值。圖（e）到圖（h）分別是四個(gè)車(chē)輪的滑移率，從圖中可以看出，在高速高路面附著系數(shù)的工況下，兩種情況的滑移率都比較理想，均在3%以下，但是施加了穩(wěn)定性控制的分布式驅(qū)動(dòng)輪轂電機(jī)汽車(chē)的滑移率均小于傳統(tǒng)車(chē)輛，車(chē)輛具有更好的抓地性。1.3方向盤(pán)轉(zhuǎn)角正弦輸入實(shí)驗(yàn)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角正弦輸入實(shí)驗(yàn)是評(píng)價(jià)車(chē)輛操縱穩(wěn)定性的重要試驗(yàn)，它可以檢測(cè)車(chē)輛的急速轉(zhuǎn)向能力，體現(xiàn)車(chē)輛的靈活性。1.3.1實(shí)驗(yàn)工況的設(shè)置方向盤(pán)轉(zhuǎn)角正弦輸入實(shí)驗(yàn)是在Carsim中建立的，通過(guò)改變方向盤(pán)轉(zhuǎn)角的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)的車(chē)速設(shè)置為80km/h，路面附著系數(shù)設(shè)置為0.85，路面平坦。方向盤(pán)轉(zhuǎn)角的設(shè)置如圖1.4所示。圖1.4方向盤(pán)轉(zhuǎn)角輸入1.3.2仿真結(jié)果分析本節(jié)對(duì)分布式驅(qū)動(dòng)輪轂電機(jī)汽車(chē)與傳統(tǒng)燃油車(chē)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后將二者的狀態(tài)量進(jìn)行對(duì)比，具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1.5所示。圖(a)質(zhì)心側(cè)偏角圖(b)橫擺角速度圖(c)左前輪滑移率圖(d)左后輪滑移率圖(e)右前輪滑移率圖(f)右后輪滑移率通過(guò)分析圖1.4的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們可以得到與雙移線工況類似的結(jié)論。即施加了力矩矢量控制的分布式驅(qū)動(dòng)輪轂電機(jī)汽車(chē)質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角速度的值均小于未施加控制車(chē)輛，更加貼近于理想值。各個(gè)車(chē)輪的滑移率也控制在約束的范圍內(nèi)，且滑動(dòng)成分更少。減小了輪胎的磨損，提高了車(chē)輛的行駛穩(wěn)定性，再一次驗(yàn)證了MPC控制器的優(yōu)越性。1.4低附著路面實(shí)驗(yàn)1.4.1低附著實(shí)驗(yàn)仿真條件設(shè)置為了測(cè)試在路面附著系數(shù)較低的情況下本文所研究的控制算法的可行性，仍采用雙移線工況實(shí)驗(yàn)，但是將路面附著系數(shù)設(shè)置為0.2，車(chē)速設(shè)置為60km/h，其余條件與上述實(shí)驗(yàn)相同，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。結(jié)果如圖1.6所示。1.4.2低附著實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果(a)質(zhì)心側(cè)偏角（b）橫擺角速度(c)左前輪滑移率（d）左后輪滑移率(e)右前輪滑移率(f)右后輪滑移率圖1.5低附著路面實(shí)驗(yàn)通過(guò)觀察仿真得到的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)圖（a）、圖（b）分別是是車(chē)輛的質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度，在地路面附著系數(shù)的條件下，傳統(tǒng)的燃油汽車(chē)質(zhì)心側(cè)偏角的值迅速增大，表示此時(shí)車(chē)輛已經(jīng)失去了控制，雖然是駕駛員閉環(huán)實(shí)驗(yàn)。但是駕駛員已經(jīng)無(wú)法操控車(chē)輛。相比于施加了轉(zhuǎn)矩控制策略的分布式驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，雖然行駛軌跡偏離了理想的軌跡，但是車(chē)輛在附著系數(shù)為0.2的路面上依然在駕駛員的控制范圍內(nèi)，極限工況下的操縱穩(wěn)定性有了很大的改善。圖（c）到圖（f）分別是四個(gè)車(chē)路的滑移率，可以看