分布式驱动汽车稳定性控制分层式直接横摆力矩控制（Simulink仿真实现）

原创于 2025-08-01 04:54:15 发布 · 922 阅读

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目录

⛳️赠与读者

💥1 概述

分布式驱动汽车稳定性控制的分层式直接横摆力矩控制策略解析

分层式控制架构概述

上层控制：滑模控制精准跟踪

下层控制：轮胎滑移率优化分配

整车模型与轮胎模型支撑

七自由度整车模型：获取实际状态参数

二自由度模型：提供理想状态参考

魔术轮胎模型：精准描述轮胎力学特性

📚2 运行结果

🎉3 参考文献

🌈4 Simulink仿真实现

⛳️赠与读者

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💥1 概述

分布式驱动汽车稳定性控制的分层式直接横摆力矩控制策略解析

在汽车工程领域，分布式驱动汽车因其独特的驱动结构，具备更高的动力分配灵活性和控制精度，成为当前研究的热点。其中，稳定性控制作为保障分布式驱动汽车安全行驶的关键技术，分层式直接横摆力矩控制策略展现出显著的优势。

分层式控制架构概述

分层式直接横摆力矩控制策略主要分为上下两层，各层分工明确、协同工作，共同实现汽车在复杂工况下的稳定行驶。

上层控制：滑模控制精准跟踪

上层控制采用滑模控制算法，这是一种具有强鲁棒性的非线性控制方法。在汽车行驶过程中，横摆角速度和质心侧偏角是反映车辆稳定性的重要参数。滑模控制的主要任务就是精确跟踪横摆角速度和质心侧偏角的误差。通过实时监测车辆的实际运行状态，将实际横摆角速度和质心侧偏角与理想值进行对比，计算出两者之间的误差。然后，基于滑模控制算法生成相应的控制指令，以调整车辆的动力分配，使车辆能够快速、准确地跟随理想的运动状态，有效抑制车辆的侧滑、甩尾等不稳定现象，确保车辆在各种路况和驾驶工况下都能保持良好的稳定性。

下层控制：轮胎滑移率优化分配

下层控制则聚焦于轮胎滑移率的最优分配或平均分配。轮胎作为汽车与地面接触的唯一部件，其滑移率直接影响着车辆的驱动力和制动力的传递效率，进而影响车辆的稳定性和操控性。下层控制根据上层控制生成的控制指令，结合轮胎的实时状态信息，如轮胎力、轮胎垂直载荷等，采用最优分配或平均分配策略，合理分配各个车轮的驱动力或制动力。最优分配策略能够根据轮胎的力学特性，使每个轮胎的滑移率处于最佳工作范围，从而充分发挥轮胎的附着性能，提高车辆的动力性和稳定性；而平均分配策略则相对简单，在保证车辆基本稳定性的前提下，实现动力的均匀分配。

整车模型与轮胎模型支撑

为了实现上述分层式直接横摆力矩控制策略，需要建立准确的整车模型和轮胎模型，以获取车辆的实际和理想运动状态信息。

七自由度整车模型：获取实际状态参数

七自由度整车模型综合考虑了车辆在纵向、横向和横摆方向上的运动，以及四个车轮的旋转运动，能够较为准确地描述车辆在实际行驶过程中的动态特性。通过该模型，可以实时计算出车辆的实际质心侧偏角和横摆角速度。在实际应用中，七自由度整车模型需要输入车辆的各项参数，如质量、尺寸、转动惯量等，以及车轮的转速、转矩等信息，经过复杂的数学运算，输出车辆的实际运动状态参数，为上层滑模控制提供准确的反馈信息。

二自由度模型：提供理想状态参考

二自由度模型是一种简化的车辆模型，它主要考虑了车辆的横向和横摆运动，忽略了车辆的纵向运动和车轮的旋转运动。虽然二自由度模型相对简单，但它能够快速、准确地计算出车辆在理想状态下的质心侧偏角和横摆角速度。在实际控制中，二自由度模型作为参考模型，为上层滑模控制提供理想的目标值。通过将七自由度整车模型输出的实际值与二自由度模型输出的理想值进行对比，滑模控制算法可以及时调整控制策略，使车辆的实际运动状态逐渐趋近于理想状态。

魔术轮胎模型：精准描述轮胎力学特性

轮胎的力学特性对车辆的稳定性和操控性有着至关重要的影响。魔术轮胎模型是一种广泛应用的轮胎模型，它能够准确地描述轮胎在不同工况下的力学特性，如纵向力、侧向力和回正力矩等。该模型通过一系列的数学公式和参数，将轮胎的滑移率、侧偏角等输入参数与轮胎力输出参数联系起来，为下层控制中的轮胎滑移率分配提供了准确的轮胎力学依据。通过魔术轮胎模型，可以实时计算出每个轮胎在不同滑移率下的附着力和侧向力，从而优化动力分配策略，提高车辆的稳定性和安全性。

综上所述，分布式驱动汽车稳定性控制的分层式直接横摆力矩控制策略通过上层滑模控制和下层轮胎滑移率分配的协同工作，结合七自由度整车模型、二自由度模型和魔术轮胎模型的支持，能够有效地提高车辆在复杂工况下的稳定性和操控性，为分布式驱动汽车的安全行驶提供了可靠的技术保障。