【正文】 ）的工作原理，以及國內外在此方面的研究背景。還需要大量的人力，物力，財力來驗證它在實車上的運行效果。f,Yoichi Hori. Direct yawmoment control of an inwheelmotored electric vehicle based on body slip angle fuzzy observer. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 20xx, 5(56):14111419. [7]． Dejun Yin, Sehoon Oh, Yoichi Hori. A novel traction control for EV based on maximum transmitable torque estimation. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 20xx,5(56): 582587. [8]． Motoki Shino, Masao Nagai. Independent wheel torque control of small scale electric vehicle for handling and stability improvement. Elsevier of Japan,20xx, 4(24):449456. [9]． Shino M, Watanabe S, Raksincharoensak P, et al. Vehicle handling and stability control of microscale electric vehicle utilizing steerbywire system[C]//Proceedings of the 7th Int. Sym。通過無控制， DYC 控制和 DYC+AFS 集成控制，驗證了集成控制策略在保障汽車行駛穩(wěn)定與安全上的有效性。在這一層中， 駕駛員輸出的實際狀態(tài)與參考模型的理想狀態(tài)進行比較，將得到的誤差傳送給AFS+DYC 集成控制系統(tǒng)，輸出附加的前輪轉向角和橫擺控制力矩。 綜上所 述 ，該仿真實驗的結果，與前文的設計思路相一致。 其仿真結果如圖 所示。 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 543210123時間 t/s前輪轉向角df/ deg 圖 低速參考模型的控制輸入 畢業(yè)設計（論文）報告紙 19 表 整車仿真參數 參數 定義 數值 m 整車質量 kg ms 簧上質量 kg a 質心至前軸的距離 1 m b 質心至后軸的距離 m Tf 前輪之間的距離 m Tr 后輪之間的距離 m hcg 簧上質量重心高度 e 簧上質量的質心至側傾軸的距離 m Iz 整車橫擺轉動慣量 1627 kg Simulink 仿真環(huán)境支持各種類型系統(tǒng)的仿真與建模，如線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、連續(xù)時間系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)以及連續(xù) 離散混合系統(tǒng)。 參 考 模 型δfvrdD Y C控 制 器MzA F S控 制 器βd車 輛 模 型rdδiiT?驅 動 / 制 動分 配 策 略vβrδi 圖 集成控制開環(huán)系統(tǒng)結構圖 第一層為 決策 層，包括駕駛員、參考模型、 AFS 控制器和 DYC 控制器。關于二次規(guī)劃的理論和算法的研究在非線性規(guī)劃的發(fā)展過程中占有相當的地位，這不僅由于一些實際問題可轉化為二次規(guī)劃問 題 ， 而且一般的帶非線性約束的非線性規(guī)劃可借助于解一列二次規(guī)劃來求得原本問題的最優(yōu)解 [21]。因此，需要對式 ()的線性模型進行調整，如式 ()所示 zffrffrz MacrvbcacacbcrI ?????? db 22)(? () 同時，為簡化滑?？刂破鞯脑O計，定義實際橫擺角速度 r 和期望橫擺角速度 dr 的誤差為滑模面，即： drreS ??? 22 () 式中， 2e 為橫擺角速度誤差。本節(jié)采用滑模 變結構 控制方法來設計 AFS 控制器，盡可能的減少車輛實際橫擺角速度 r 、 質心側偏角 b 分別 與參考模型上輸出的期望橫擺角速度 dr 和期望質心側偏角 db 之間的誤差，從而達成駕駛員的轉向意圖。 Fy fayxvxvyvb?F y rbdfMz 圖 二自由度模型轉輪 如圖 所示，汽車線性二自由度動力學模型的兩 個自由度分別為側向運動 (V)和橫擺運動（ r),如圖 所示。 它能使控制系統(tǒng)變 畢業(yè)設計（論文）報告紙 10 得不穩(wěn)定，系統(tǒng)的運動軌跡在抖振的影響下，不會按照趨近律接近滑模面 s(x)=0，其運動點也不會嚴格停 留在滑模面上。 2) 指數趨近律 ? ? 0k,0,s g n ???? ε＞skss ?? () 當狀態(tài)運動點離滑模面較遠時，趨近速度取決于 ks? ；而當狀態(tài)運 動點離滑模面較近時，趨近速度取決于 ? ?ssgn?? 。 假設式 ()在 m維狀態(tài)空間中的某個 滑模面 s(x) =0 上 的左右極限 是 不相等的 ，當運動點從 滑模面 的任一邊向 s(x)= 0 運動 時，函數 .f(x,u,t)的左右極限 可 分別 表 示 為 : ? ? ? ?? ? ? ?tuxftuxftuxftuxfss,lim,lim00???????? () 通常： ? ? ? ?tuxftuxf , ?? ? 則切換函數 s(x)沿表達式 ()軌跡 方向 的 梯度 是 ? ? fsg r a ddtdxxsstds ini i ????? ?? 1 () 式 ()中的 f是一個元素為函數的 n 維列 向 量； grad(s)是切換面 S(x) = 0 的梯度向量，它是行 畢業(yè)設計（論文）報告紙 8 向 量，代表切換面的法線方向。經歷了 60 余年的發(fā)展 , 滑?？刂埔研纬?了 一套比較 完善 的理論體系，并已廣泛應用到各種工業(yè)控制之中。 AFS 控制器和 DYC 控制器則是根據駕駛意圖與理想狀態(tài)的差值來對車輛狀態(tài)進行補償，以保證車輛的操縱穩(wěn)定性。 另一種方法是通過控制轉向角，而轉向角控制最實用有效的方法是主動前輪轉向系統(tǒng)（ AFS），這種方法就是依據駕駛 狀況 ，自動調節(jié)車輛轉向 系統(tǒng)的 傳動比，從而 給 前 輪 增加一個附加 的轉向角度。 因此，本文 就 AFS 和 DYC 的聯(lián)合控制方法進行了探討， 通過 采用分層控制結構 策略，制定了兩者在汽車穩(wěn)定性控制中的協(xié)作方式和工作條件 。 Nagai,shino M 等人 設計了前饋控制器和魯棒次優(yōu)狀態(tài)反饋控制器對主動前輪轉向和橫擺力矩控制進行協(xié)調控制 ，較好地解決了 AFS 與 DYC 在橫擺角速度或者質心側偏角方面 的集成控制問題 [3,9]。 并充分挖掘輪轂電機電動車性能潛力 將其優(yōu)勢與汽車穩(wěn)定控制的要求相結合，以設計出一種能克服傳統(tǒng) AFS 和 DYC 單獨控 制方式的缺點的控制方案。 現階段 雖然 前輪主動轉向 （ AFS)和直接橫擺力矩控制 （ DYC)方式 都可以 獨自 改善車輛的操縱穩(wěn)定性，但是車輛在 極限 工況下行駛時， AFS 和 DYC 會 造成相互干預 、 相互 影響的結果 ，從而導致它們的 長處 未能同時發(fā)揮 作用 ， 是以 ，為了進一步 提升汽車 的穩(wěn)定性，可以根據 汽車 實際 狀況 的不同對 AFS 和 DYC 進行 分層 控制以發(fā)揮各自 的 長處 ； 同時 ，隨著電動汽車 技術的提高 ， AFS 和 DYC 控制方法 有 了更加靈活、有效的實現 平臺 ， 所以 ， 聯(lián)合 電動汽車的優(yōu)勢，對 AFS/DYC 集成控制策略 的 研宄有利于進一步 提升汽車的 穩(wěn)定性 。 汽車行駛 速 度 越高，失穩(wěn)引發(fā)的交通事 件 的比例越 高 ，當車速超過 160km/h 時，幾乎每起 交通 事故都是 因為 側向失穩(wěn)而 產生 的 [1]。 然而，隨著人們對主動安全技術的要求變得越來越高，從而，促進了 AFS 和 DYC 集成控制的發(fā)展。但隨著電動汽車的大力發(fā)展，尤其輪轂電機技術取得突破性的進展，從而使電動汽車相對于傳統(tǒng)內燃機汽車具有更好的可控性和靈活性，并能夠為 AFS 和 DYC 技術提供更為廣闊的技術平臺。在對 這些 交通事故發(fā)生的 原因進行調查后 ， 人們 又 發(fā)現 車速在 80km/h 到 100km/h 之間行駛的汽車發(fā)生的交通事故，大約 40%是與汽車側向失穩(wěn)有關。 直到上世紀九十年代末，通過對 汽車 控制理論的分析 和進一步研究后 ， 為了提高車輛的行駛安全性，許多汽車公司， 例如奔馳和寶馬， 提出了 諸如或類似 前輪主動轉向 （ Active Front Steering, AFS)和 直接橫擺力矩控制 （ Direct Yaw Control, DYC)等直接對汽車的橫擺運動進行控制的概念。 本 文 正是基于 車輛行駛 穩(wěn)定性和安全性的要求，在現有 AFS 和 DYC 控制 方式 的基礎上，通過分層控制結構對其建立集成控制 方法 ，充分 利用 其的優(yōu)點， 提升汽車的 操縱穩(wěn)定性。 Masao Nagai 實驗室在 20xx 年、 20xx 年先后對主動前輪轉向 (AFS)與直接橫擺力矩控制(DYC)集成控制方法、多電機獨立驅動電動汽車的操縱穩(wěn)定性控制方法進行了研究 [3,8]。這樣會導致汽車在不同工況運行時，主動安全控制系統(tǒng)會出現工作情況不理想的特性。由于減少了縱向力或者增大側向力，從而提高了操縱穩(wěn)定性。其中，駕駛員輸出駕駛意圖，參考模型輸出理想狀態(tài)并被用于判斷駕駛意圖的穩(wěn)定性。它是一種非線性控制，通過函數 的切換 來實現，根據系統(tǒng)狀態(tài)偏離滑模 面 的程度來切換控制器的 函數 （控制律或控制器參數），從而使系統(tǒng)按照滑模規(guī)定的規(guī)律運行 以減小誤差 的控制方法。終止點在到達滑模面后就沿著該面向原點運動 ,而有所有終止點組成的區(qū)域叫做滑模區(qū)，在該區(qū)上的運動稱為滑膜運動。 ? 值小，則速度慢，滑模控制的調節(jié)時間長；反之則速度快，調節(jié)時間短，但會引起較大的抖振。 但滑?？刂泼媾R抖振的不利影響 ,抖振來自于 設置參數時 對不確定性及擾動的保守估計、控制函數的符號變化頻率遠大于 控制執(zhí)行器件的切換頻率和時滯等因素。所以本章基于車輛的二自由度動力學模型來進行控制器設計。 控制器設計 AFS 控制器的作用是通過 主動增加或減小車輛的 前輪轉向角 來實現車輛轉向控制 。但是，由于要控制橫擺力矩，車輛系統(tǒng)中多了一個控制變量，即橫擺力矩 zM 。 控制分配算法 二次規(guī)劃 問題是指無約束或有線性約束的二次函數的最優(yōu)化問題。 集成控制器設計 本節(jié)提出的集成控制系統(tǒng)如圖 所示，主要由兩個控制層組成。 MATLAB/Simulink 仿真軟件簡介 Simulink 仿真環(huán)境是美國 MathWorks 軟件公司在 1990 年專門為 MATLAB 語言設計提供的結構圖編程與系統(tǒng)仿真的專用工具軟件。此外，本文的研究重點在于車輛操縱穩(wěn)定性控制，將不對駕駛員的加減速意圖進行研究。 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 2 0 1 5 1 05051015時間 t/s橫擺角速度r/(deg/s) 無控制期望值DYCA F S + D Y C (a)橫擺角速度 畢業(yè)設計（論文）報告紙 20 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 1 . 51 0 . 500 . 511 . 5時間 t/s質心側偏角b /deg A F S + D Y CDYC無控制 （ b)質心側偏角 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 543210123時間 t/s前輪轉向角△df/ deg （ c）主動前輪轉向角 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 00100020xx3000時間 t/s橫擺力矩Mz/(N ? m) A F S + D Y CDYC （ d）橫擺力矩 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 56 9 . 7