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四轮独立驱动小车的动力学控制系统仿真研究:国外很多研究机构和汽车生产厂开始研究采用四轮独立驱动系统作为电动汽车的驱动系统。四轮独立驱动系统驱动力可单独控制, 为改善汽车的动力性、稳定性及安全性提供了更大的技术潜力。另外, 这种驱动系统可以采用体积和功率较小的电动机及其驱动器, 既有利于汽车的总布置, 又有利于保证离地间隙最高, 改善了通过性。美国新一代的悍马军用汽车即采用了这种驱动系统。5200
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动力学控制是改善汽车稳定性与安全性的一项新技术。传统动力学控制主要集中于ICEV, 而基于电动汽车四轮独立驱动的动力学控制可获得更好的性能, 且其控制系统与传统ICEV有很大不同。
国内专业人士提出了四轮独立驱动电动汽车的新动力学控制方法。该方法利用前轮转向角和车速的前馈控制与基于质心侧偏角和横摆角速度的误差反馈控制相结合来控制车辆运动状态, 并通过最优控制的方法确定了反馈系数。建立了整车数学模型, 并利用MATLAB/Simulink 软件生成系统的仿真模型, 对所述控制系统进行了仿真研究。结果表明: 前馈与反馈相结合的控制系统在各种路面条件下均可明显改善汽车的动力学性能[5]。
利用MATLAB/Simulink 软件建立了前述数学模型的计算机仿真模型, 并利用其最优化工具箱确定式 所述的反馈增益系数。为便于对比, 对一种输入同时进行了车辆的无动力学控制、前馈控制( FFC) 和前馈+ 反馈控制( FBC) 三项仿真。
通过这三项仿真而得出三个重要的结论:
( 1) 前馈控制可以得到良好的横摆角速度响应, 但为消除非线性因素影响及外界干扰输入, 应采用前馈+ 反馈控制器, 即FBC 控制。
( 2) FBC 控制器使车辆的横摆响应与转向角更好地保持线性关系且使响应速度得到提高, 同时使汽车的动力学响应对路面变化的敏感性降低, 有效地改善了汽车的动力学特性。
( 3) 当车辆在低附着路面上行驶时, FBC 控制器与TCS 控制系统相结合才能保持车辆行驶稳定性。
2)四轮驱动小车的防滑研究:
基于四轮独立驱动电动汽车的上述特点, 国内外众多学者和研究机构提出了多种防滑控制策略,并开发了算法。但是, 由于电动汽车技术还远未涉及到安全技术领域, 目前的研究主要以仿真研究为主, 较少进行实验研究, 尤其在国内, 针对四轮独立驱动电动汽车的驱动防滑实车道路试验还是空白,这主要是由于缺乏一套可行的试验方案和有效的评价体系。为此, 以同济大学研制的“春晖”系列轮毂电机四轮独立驱动电动汽车第三代样车为试验车 , 对自行开发的电动汽车驱动防滑控制算法进行了试验验证, 探索了一整套适用于四轮独立驱动电动汽车实车驱动防滑试验的方案和简单的评价体系, 并在此框架内进行了试验。从驱动防滑的基本原理出发, 结合四轮驱动小车的特点, 提出了驱动防滑试验的具体方案和结果分析及评价方法:
1) 选择合适的试验路面。为了能够模拟打滑现象, 选择了不锈钢板模拟低附着系数路面并放置在坡道上, 同时应用试验车本身测出了附着系数和坡度。
2) 选择典型工况进行试验。选择了低附着系数路面加速,由高附着系数路面驶向低附着系数路面、对开路面加速3种典型工况, 囊括了汽车可能发生的各种打滑现象。
3) 在试验结果中选取最有价值的数据进行分析,选取了无防滑控制时车轮能发生稳定滑转的转速 ,进一步计算的出加速度值进行分析。
4) 科学的评价方法。选取附着率作为评价指标, 既可以相对的比较有控制和无控制的试验结果, 又可以与路面附着系数进行比较来绝对的评价防滑效果。在定量评价的同时, 综合考虑各方面的因素( 如轮胎的各项异性等) 进行定性评价, 解释试验中的一些偶然现象, 为防滑控制技术的进一步开发提供思考依据。