四轮轮毂电机横摆力矩模糊控制.docx

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1、四轮轮毂电机横摆力矩模糊控制针对四轮轮毂电机电动车横摆力矩控制问题，论文确定了整车横摆力矩分层控制构造，基于模糊控制理论设计了附加横摆力矩决策控制器，利用四轮驱动力矩独立可控的优势，采用规则驱动力分配方法对四轮驱动力矩进行分配。通过选取低附着、变车速、方向盘转角为增幅正弦输入的开环实验工况，基于CarSim与Matlab/Simulink联合仿真，对控制方法进行了验证，并与PID控制效果进行了比照分析。仿真结果表明：所研究的模糊控制方法能够提高车辆行驶稳定性，且比PID控制能更有效地提高汽车的行驶稳定性。关键词：电动车；轮毂电机；横摆力矩控制；模糊控制；行驶稳定性汽车电子稳定性控制系统ESC是

2、车辆目前重要的主动安全控制系统，而直接横摆力矩控制DYC是该系统的重要组成部分，对于提高汽车的主动安全性具有重要意义1。传统内燃机汽车横摆力矩控制主要采用车轮差动制动方式实现2-4，四轮轮毂电机电动车具有四轮驱动力矩独立可控的优势，在汽车横摆力矩控制方面能够通过四轮驱动力控制实现。由于轮毂电机转矩、转速易于控制且响应速度快，因而四轮轮毂电机电动车通过四轮驱动力分配实现横摆力矩控制能够更好提高行驶稳定性和乘坐舒适性5-6。在控制领域中，PID控制具有构造简单、可靠性好等特点7，但汽车行驶工况非常复杂，横摆力矩控制受车辆构造参数、路面附着系数、行驶速度和方向盘转角输入等多种因素影响，常规PID控制

3、很难适应各种工况，其应用也遭到了限制。模糊控制具有不依靠被控制对象、鲁棒性强、能适应变化工况等优点7-8，因而基于模糊控制理论，进行了四轮轮毂电机电动车横摆力矩控制研究，确定了整车横摆力矩分层控制构造，设计了附加横摆力矩决策模糊控制器，通过驱动力规则分配方法对四轮驱动力进行分配，应用CarSim与Matlab/Simulink联合仿真对控制方法进行了验证。2横摆力矩控制构造横摆力矩控制采用分层控制构造，如图1所示。包括信号处理层、横摆力矩决策层、控制分配层和执行层4部分。信号处理层参考模型根据驾驶员的方向盘转角输入和车速计算出横摆角速度期望值，横摆力矩决策层根据横摆角速度实际值和横摆角速度期望

4、值决策出实现汽车稳定性控制所需的附加横摆力矩，控制分配层根据驾驶员目的驱动力矩和附加横摆力矩对四轮驱动力进行合理分配，执行层控制四轮驱动力实现横摆稳定性控制。3横摆力矩决策控制器设计3.1参考模型线性二自由度车辆模型9运动响应能够较好地反映车辆稳定行驶状态，而且具有实时性好的特点，因而控制系统多项选择用其作为参考模型。根据整车基本参数建立线性二自由度模型，将其横摆角速度值作为期望值进行控制。线性二自由度模型的横摆角速度值可表示。3.2模糊控制器设计模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的智能控制方法11。在控制中不需要建立准确的被控对象数学模型，其构造简单，鲁莽性强。模糊控制

5、系统的基本原理，如图2所示。其中，模糊控制器由模糊化接口、知识库、推理机、解模糊接口四个基本单元组成。模糊控制器的输入是期望的横摆角速度d和实际横角速度的偏差e以及偏差变化率ec，输出是附加横摆力矩M。在无控制时，横摆角速度的误差变化范围为-8，8，误差变化率为-20，20，设定量化因子都为1，因而其论域分别为-8，8和-20，20；附加横摆力矩的模糊论域为-52，52。为了保证控制的精度，使其在各种工况下都能很好地跟踪控制，根据反复试验，最终将误差分为9个等级，模糊集为NVB，NB，NM，NS，0，PS，PM，PB，PVB；将误差变化率分为七个等级，模糊集为NB，NM，NS，0，PS，PM，

6、PB；输出的附加横摆力矩分为9个等级，分别为NVB，NB，NM，NS，0，PS，PM，PB，PVB；从属函数均选用三角形从属函数，如图3图5所示。模糊控制规则选取经历为：当横摆角速度误差e为正时，应为车辆施加一个正的横摆力矩以跟踪期望的横摆角速度；当横摆角速度误差e为负时，应为车辆施加一个负的横摆力矩，详细的模糊控制规则，如表1所示。4驱动力分配器设计横摆力矩决策层所计算出的横摆力矩最终通过驱动力分配实现。四轮轮毂电机电动汽车四轮驱动力可通过控制各轮轮毂电机转矩实现。附加横摆力矩通过左右侧车轮驱动力规则分配实现，为了提高车轮的稳定裕度，详细分配上前后轴各产生所需附加横摆力矩的1/2。同时保证四

7、轮驱动力矩之和为驾驶员所需的总的目的驱动力矩。根据附加横摆力矩和横摆角速度符号对车辆状态进行判定12。当车辆处于左转缺乏转向或右转过度转向时，适当增大右侧车轮驱动力矩，减小左侧车轮驱动力矩，使每个车轮产生正的1/4附加横摆力矩；当车辆处于右转缺乏转向或左转过度转向时，适当增大左侧车轮驱动力矩，减小右侧车轮驱动力矩，使每个车轮产生负的1/4附加横摆力矩。5仿真试验验证为了验证控制方法有效性，进行CarSim与Matlab/Simulink联合仿真试验，在附着系数为0.2路面上进行开环实验，方向盘转角为增幅正弦输入，车速为变车速4565km/h。整车模型部分参数，如表2所示。汽车方向盘转角输入变化

8、，如图6所示。仿真结果，如图7图12所示。PID控制和模糊控制都能够控制汽车横摆角速度较好跟踪期望值，而模糊控制相对于PID控制跟踪较好，如图7所示。由图8图9可知，汽车无控制时会出现较大侧滑，而控制后汽车能够保持良好行驶稳定性，且模糊控制汽车质心侧偏角整体小于PID控制，讲明模糊控制后汽车的稳定性要优于PID控制。两种控制方法对应的附加横摆力矩变化，如图10所示。PID控制和模糊控制四轮驱动力矩变化，如图11、图12所示。四轮驱动力矩变化与附加横摆力矩变化趋势一样。1根据四轮轮毂电机电动汽车四轮驱动力矩独立可控的优势，基于模糊控制理论，设计了附加横摆力矩决策控制器，并通过四轮驱动力规则分配实现附加横摆力矩控制。2CarSim与Matlab/Simulink联合仿真试验验证了横摆力矩模糊控制相对于汽车无控制能提高汽车行驶稳定性，且相对于PID控制更能有效的提高汽车稳定性。