1、电动轮汽车EPS与DYC集成控制系统研究Research on integrated control technology of EPS and DYC for electric wheel truck,姓 名：苏 健学 号： S1404004学位等级：硕 士学科专业：车 辆 工 程,1,课题研究背景,2,研究现状,3,研究的目的和意义,4,研究的主要内容,5,关键问题和解决方案,6,创新点,目,录,7,试验方案与试验过程,轮毂电机驱动汽车（电动轮汽车）是把轮毂式电机直接装在汽车车轮来驱动汽车行驶，是未来电动汽车驱动的发展方向。电动轮汽车具有以下优势1,2：,优 势,轮毂电机驱动汽车（电动轮汽
2、车）是把轮毂式电机直接装在汽车车轮来驱动汽车行驶，为未来电动汽车驱动的发展方向。电动轮汽车具有以下优势1,2：,课题研究背景电动轮汽车,摒弃了液压助力转向系统的助力机构；环保、节能、结构简单；使汽车有更好地转向性能；.,优点,不能实现变传动比控制和主动转向干预；EPS无法解决好低附着路面系数的操纵路感和回正性能；车辆转向时就会存在失稳问题，特别是高速大转角等紧急情况下，需要加入稳定性控制；传统EPS系统的设计思想并没有考虑到对操纵稳定性的影响3。,不足,课题研究背景EPS,汽车电动助力转向系统（EPS）source of figures：,EPS机构示意图source of figures：,
3、DYC系统控制效果图source of figures：布式驱动电动汽车直接横摆力矩控制研究4,DYC是什么？直接横摆力矩控制（Direct Yaw moment Control, DYC），是一种利用左右侧车轮纵向力的差异，即对汽车一侧车轮增加驱动或制动转矩T，另一侧减小T，产生横摆力矩，改善车辆操纵稳定性的方法，是一种控制车辆稳定性的主动安全系统。,试验证明，DYC 系统的控制作用要比基于转向的稳定性控制系统更加可靠和有效，因为车辆在失稳或将要失稳时，由于车轮附着力的下降，车辆的方向控制已经变得非常困难4,5。,课题研究背景DYC,很好的底盘控制技术应用平台,试验证明是一种很可靠和有效的车
4、辆稳定性控制系统,拥有很多优点，但是需要加入稳定性控制，特别是紧急工况,课题研究背景小结,电动轮汽车EPS与DYC集成控制系统研究,研究现状国内,研究现状国外,车辆处于紧急工况时，车辆的侧向加速度、车身侧偏角和横摆角速度都比较大，此时轮胎的侧向受力已经趋于饱和，它的侧向力和侧偏角已经处于高度的非线性关系，单纯依靠车辆的四轮转向已经不能增加车辆的侧向力从而提高车辆的侧向操纵稳定性了。（需要DYC协调控制）,针对车辆的底盘集成控制，现今集成控制算法有:二次最优控制、模糊控制、非线性预测控制、人工神经网络、滑模控制、鲁棒H2 和 H控制等。（可以借鉴选取）,考虑到现今EPS技术成熟，在改善操纵稳定性
5、性能方面效果很好，所以选取分层-监督控制结构作为集成控制结构，使各个子系统仍然保留完整的系统，一方面对各个子系统的工作进行了充分的协调，另一方面不需要设计统一的控制器，灵活性较好。,研究现状现状小结,以电动轮汽车为平台，针对对开路面强制动与低附着路面大转向，高速大转向等工况，以改善电动轮汽车的操纵稳定性为主要目标，进行EPS与DYC集成控制技术研究。,目的,电动轮汽车是未来汽车发展趋势，所以电动轮汽车EPS与DYC的集成控制技术研究具有较高的实用价值。,意义,研究的目的和意义,1,Step one,工况识别及模型的搭建,2,Step two,针对不同工况设计其分层监督集成控制方法,3,Step
6、 three,基于CarSim搭建整车动力学模型,4,Step four,匹配EPS与DYC的集成控制算法，基于simulink搭建集成控制模型,5,Step five,联合仿真研究,研究的主要内容,5.1.1 对开路面强制动,控制前,控制后,关键问题和解决方案NO.1,source of figures:基于ESP与EPS的底盘一体化控制技术研究7,工况识别：从传感器信号中获得踏板开度信号 （ 0为驱动， s-s（s-s 为控制策略中制定的门限值），那么车辆处于分离系数路面上；如果制动踏板开度 s-s（s-s 为控制策略中制定的门限值），那么驾驶员正在进行强制动的操作。,控制前,控制后,关键
7、问题和解决方案NO.1,source of figures:基于ESP与EPS的底盘一体化控制技术研究7,5.1.2 低附路面大转向,工况识别：从传感器信号在状态观测层得到车轮与路面间的附着系数。如果s-l（s-l为控制策略中制定的门限值），那么车辆处于低附路面上。,纵向力产生的回正力矩,侧向力产生的回正力矩,垂向力产生的回正力矩,轮胎产生的总回正力矩,关键问题和解决方案NO.1,source of figures:基于ESP与EPS的底盘一体化控制技术研究7,5.1.2 常规工况,工况识别：从传感器信号在状态观测层得到车轮与路面间的附着系数。如果s-l（s-l控制策略中制定的门限值），那么车
8、辆处于常规中高附路面上。,关键问题和解决方案NO.2,关键问题和解决方案NO.2,本课题研究对象为四轮独立驱动的电动汽车，建模时需要考虑车辆的侧向和横摆运动对车辆稳定性影响，本文选用八自由度整车模型(车身横向、纵向、横摆、四个车轮旋转以及转向盘转角)，以转向盘转角和估车速为模型输入，并假设16：汽车质心与固结于汽车上的运动坐标系的原点重合；忽略了悬架的作用，假设汽车没有垂向运动；汽车的俯仰角和侧倾角为0；各个轮胎的机械特性相同。,整车模型,三自由度车体动力学模型,转向系模型,轮胎模型,轮毂电机模型,电动轮车轮旋转动力学模型,关键问题和解决方案NO.3,三自由度车体动力学模型source of
9、figtures：Coordinated Vehicle Dynamics Control with ControlDistribution17,电动轮车轮旋转动力学模型source of figures：轮毂电机驱动电动汽车的电子稳定 控制研究4,轮毂电机模型source of figures:电动轮驱动汽车动力学仿真模型及试验验证18,转向系模型source of figures:基于ESP与EPS的底盘一体化控制技术研究7,关键问题和解决方案NO.3,线性最优控制,A,非线性滑模控制,B,引言：由于人们还缺乏有效的手段来规范化、系统地处理集成控制系统下个子系统的功能与作用，因此在控制算法
10、的应用上还主要以线性最优控制以及简单的非线性滑模控制为主8。措施：随着研究的不断深入，在两者之间做最优选取。,关键问题和解决方案NO.4,联合仿真流程图,关键问题和解决方案NO.5,01,基于电动轮汽车平台，将DYC与EPS进行集成控制技术研究。,02,针对不同典型工况，设计与之对应的集成控制方法。,课题创新点,CarSim是专门针对车辆动力学的仿真软件，CarSim模型在计算机上运行的速度比实时快3-6倍，可以仿真车辆对驾驶员，路面及空气动力学输入的响应，主要用来预测和仿真汽车整车的操纵稳定性、制动性、平顺性、动力性和经济性，被广泛地应用于现代汽车控制系统的开发。,CarSim界面,联合仿真
11、实例图,试验方案与试验过程Page1,Matlab/dSPACE集成开发环境,dSPACE实时仿真系统是由德国dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/Simulink的控制系统开发及半实物仿真的软硬件工作平台，实现了和MATLAB/Simulink的完全无缝连接，具有实时性强，可靠性高，扩充性好等优点。本课题将利用dSPACE对集成控制系统进行闭环实时半实物仿真，对其进行测试。,试验方案与试验过程Page2,工作计划,1 SPERLING D, GORDON D. Two billion cars: driving toward sustainabilityM. New York: Oxf
12、ord University Press, 2009.2 MITCHELL W J, BORRONI-BIRD C E, BURNS L D. Reinventing the automobile: personal urban mobility for the 21st centuryM. Cambridge: The MIT Press, 2010.3祁永宁, 陈南, 李普. 四轮转向车辆的直接横摆力矩控制. 东南大学学报(自然科学版), 2004：451-454.4陈禹行.布式驱动电动汽车直接横摆力矩研究博士学位论文.吉林大学，2013.5杜尚谦. 直接横摆力矩与四轮转向集成控制研究硕士
13、学位论文. 上海交通大学, 2009.6初长宝. 汽车底盘系统分层式协调控制研究博士学位论文. 合肥工业大学, 2008.7江青云.基于 ESP 与 EPS 的底盘一体化控制技术研究硕士学位论文.清华大学，2011.8武建勇.提高车辆操纵稳定性的底盘集成控制系统设计与方法研究博士学位论文.上海交通大学，2008.8吕红明. 横摆率跟踪控制的四轮转向汽车操纵稳定性硕士学位论文. 东南大学, 2004.9段丙旭，轮毂电机驱动电动汽车的电子稳定控制研究硕士学位论文.吉林大学,2013.10Tokuda T. Cars in the 90s as a humanware. SAE:885049.11
14、Kizu R, Harada H , Minabe H. Electronic control of car chassis present status and future perspective. International Congress on Transportation Electronics,Convergence 88, 1988.12Takuya Mizushimal，Pongsathorn Raksincharoensak and Masao Nagai，Direct Yaw-moment Control Adapted to Driver Behavior Recogn
15、itionJ.SICE-ICASE International Joint Conference，2006，18（21）:534-539.,参考文献Page1,13Shibahata, Y, Shimada, K., et al., The Improvement of Vehicle Maueuverability by Direct Yaw Moment Control, Proceeding of AVEC92, pp. 452-457, 1992.14Yasui Y, Kodama H, Momiyama M, et al. Electronic stability control (
16、ESC) coordinated with electric power steering(EPS). SAE: 2006-05-0506.15Takuya Mizushimal，Pongsathorn Raksincharoensak and Masao Nagai，Direct Yaw-moment Control Adapted to Driver Behavior RecognitionJ.SICE-ICASE International Joint Conference，2010，18（21）:534-539.16马春卉. 基于MATLAB的汽车ESP系统控制模型及方法研究硕士学位论
17、文，南京理工大学,2008.17Junmin Wang ， Raul G. Longoria. Coordinated Vehicle Dynamics Control with ControlDistribution C. Proceedings of the 2006 American Control Conference Minneapolis，2006.18 靳立强，王庆年，宋传学.电动轮驱动汽车动力学仿真模型及试验验证J.吉林大学学报（工学版），2007，37（4）：745-750.19李红志, 李亮, 杨财, 宋健, 王伟玮. 车辆转向过程稳定性分析与控制J. 清华大学学报(自然科
18、学版), 2010, 50(8): 1282-1285.20郭孔辉, 丁海涛. 轮胎附着极限下差动制动对汽车横摆力矩的影响J. 汽车工程, 2002, 24(2):101-104.21余志生. 汽车理论（第三版）M. 北京: 机械工业出版社, 2000.22akuya Mizushimal，Pongsathorn Raksincharoensak and Masao Nagai，Direct Yaw moment Control Adapted to Driver Behavior RecognitionJ.SICE-ICASE International Joint Conference，2006，18（21）:534-539.,参考文献Page2,学生：苏健,题目：电动轮汽车EPS与DYC集成控制系统研究,学院：江苏大学汽车与交通工程学院,谢谢聆听请老师批评指正,THANK YOU FOR YOUR ATTENTION,
