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四輪獨立轉(zhuǎn)向分布式驅(qū)動電動汽車單輪轉(zhuǎn)向失效行駛穩(wěn)定性控制
圖 8 1.5 s 失效時 RNTSMC 控制仿真結(jié)果
圖 9 2 s 失效時仿真控制結(jié)果對比
4 控制器在環(huán)仿真驗證
設計了如圖 10 所示的控制器在環(huán)仿真平臺，進一步驗證所設計控制方法的有效性和實時性。該平臺由 PXI 計算機、dSPACE 計算機、PXI 實時機、dSPACE 控制器以及電源組成。在進行控制器在環(huán)試驗時，將控制算法編譯成 C 代碼部署于 dSPACE控制器中，作為車輛控制器；將車輛模型和仿真工況編譯到 PXI 實時機中，搭建實時仿真環(huán)境。二者通過 CAN 總線進行通信，完成閉環(huán)控制。dSPACE計算機通過 ControlDesk 軟件對 dSPACE 控制器發(fā)送控制命令；PXI 計算機通過 LabVIEW 實時測量PXI 實時機中車輛的狀態(tài)信息。
圖 10 控制器在環(huán)仿真平臺
為了驗證控制效果，采用與仿真一致的工況進行控制器在環(huán)驗證。三種控制方案在 1.5 s 失效和 2 s 失效時的試驗結(jié)果分別如圖 11～13 所示，根據(jù)圖 11a、11c 可知，在控制器在環(huán)試驗中，當 1.5 s 時發(fā)生左前輪轉(zhuǎn)向失效時，所設計的 RNTSMC 控制的最大橫向位置偏差和最大橫擺角偏差分別為 0.18 m 和 0.37°，即使存在CAN通信延遲以及控制器采樣周期的限制，仍然具有較好的控制精度；SMC 控制的最大橫向位置偏差為 1.5 m，且仍有繼續(xù)遠離期望軌跡的趨勢，最大橫擺角偏差為 2°，偏差較仿真結(jié)果均有大幅度增加；而失效無控制的方案，由于不具備控制的魯棒性，單輪轉(zhuǎn)向失效后無法對執(zhí)行機構(gòu)合理分配，最終在 5.4 s 時控制器無解，車輛將以該時刻的最終狀態(tài)繼續(xù)行駛，車輛不受控制。相比于普通 SMC 控制，RNTSMC 控制最大橫向位置誤差降低了 88.1%，最大橫擺角降低了 81.5%。由圖 13a、13c 可知，當 2 s發(fā)生轉(zhuǎn)向失效時，在控制器在環(huán)驗證中，RNTSMC 控制較 SMC 控制仍然可以使車輛保持正常的軌跡行駛，具有較高的控制精度。由圖 11 和圖 13b、13d、13e 可知，容錯控制下的橫擺角速度、側(cè)向加速度、質(zhì)心側(cè)偏角仍可以保持在較小范圍的穩(wěn)定區(qū)域，具有良好的橫向穩(wěn)定性。由圖 13 可見，所設計的 RNTSMC 控制方案，在轉(zhuǎn)向失效車輛回正的過程中，車輛狀態(tài)較 SMC控制方案抖振較小，并且可以較快回歸穩(wěn)態(tài)。圖 12 為RNTSMC 控制下的試驗結(jié)果圖，由圖 12a、12b 可知，輪胎側(cè)偏角仍處于線性區(qū)域，可以通過穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向的方式完成轉(zhuǎn)向。由圖 12c、12d 可知，由于發(fā)生單輪轉(zhuǎn)向失效以及 CAN 通信延遲的影響，會使車輪轉(zhuǎn)角產(chǎn)生一定的抖動，但所設計的 RNTSMC 控制方法均能在一定時間內(nèi)快速恢復穩(wěn)定，保證車輛正常行駛。
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