四轮轮毂电机驱动车辆的协调优化控制与仿真研究

该策略分为上层和下层两个控制层级，上层负责计算维持车辆稳定性的期望附加横摆力矩，而下层则负责在保证车辆稳定性的同时最小化电机附加能量损耗、轮胎滑移能量和电机总能耗。上层控制方法包括滑模控制（SMC）、LQR控制、PID控制、鲁棒控制和MPC控制等，其中默认提供滑模控制和PID控制的实现。Simulink模型构建了多个关键模块，如理想状态计算模块、速度跟踪模块、轮毂电机模型、顶层控制器和底层控制器。此外，Simulink与CarSim联合仿真用于验证所提控制策略的有效性，并得到良好的运行效果。驾驶员模型采用CarSim自带的预瞄模型，而速度跟踪则可选采用PID速度跟踪控制器。" 从标题和描述中提取的知识点可以展开为以下几个方面： 1. 四轮轮毂电机驱动车辆的概念及特点： - 四轮轮毂电机驱动是将电机直接安装在车轮毂内的驱动方式，与传统的集中驱动方式不同，该技术提高了车辆的灵活性和控制响应速度。 - 轮毂电机驱动车辆的电机能量管理、能量损耗以及轮胎与地面间的滑移是影响车辆性能的关键因素。 2. 车辆稳定性的维持与能量损耗的协调控制： - 车辆稳定性维持依赖于对车辆动态状态（如横摆角速度、质心侧偏角等）的准确控制。 - 通过分层控制策略，顶层控制器负责稳定性控制，底层控制器则侧重于降低能耗和滑移损失。 3. 分层控制策略的组成部分： - 顶层控制器计算期望附加横摆力矩，以维持车辆稳定性。 - 底层控制器优化能量损耗，以确保效率与稳定性之间的最佳平衡。 4. 控制方法： - 滑模控制（SMC）适用于非线性系统的稳定控制。 - 线性二次调节器（LQR）控制适用于线性系统或通过线性化处理的非线性系统。 - 比例-积分-微分（PID）控制具有广泛的适用性，易于理解和实现。 - 鲁棒控制适用于存在模型不确定性和干扰的系统。 - 模型预测控制（MPC）是一种先进的控制策略，适用于多变量、有约束的控制问题。 5. Simulink模型构建与仿真： - Simulink模型由多个模块构成，包括理想状态计算模块、速度跟踪模块、轮毂电机模型、顶层控制器和底层控制器。 - 模型利用CarSim与Simulink联合仿真进行验证，可以保证系统的运行成功并优化性能。 6. 速度跟踪控制器： - 速度跟踪控制器采用PID算法实现，用于精确控制车辆速度，减少速度波动对车辆稳定性的影响。 7. Simulink与CarSim的联合仿真： - Simulink提供了一个集成环境，可以对各种控制算法进行建模、仿真和分析。 - CarSim能够提供精确的车辆动力学模型，模拟真实的车辆行为。 - 两者的联合仿真能够验证控制系统在实际操作中的性能。 8. 驾驶员模型： - 采用CarSim自带的预瞄模型来模拟驾驶员的驾驶行为，为车辆控制系统提供更为贴近实际的输入。 通过上述详细的知识点解析，可以看出四轮轮毂电机驱动车辆的分层控制策略涉及多个学科领域，包括电机控制、车辆动力学、系统工程和仿真技术，旨在实现车辆稳定性和能源利用效率的最优协调。