《汽车工程》 2023年第 1期发表了江苏大学与比亚迪联合研究成果 "基于改进分层可拓理论的智能汽车AFS/DYC协调控制研究 "一文。 针对紧急避障及大曲率工况的稳定控制难题，论文提出了基于改进分层可拓理论的AFS和DYC协调控制系统。通过分层可拓理论将路径规划得到的路径曲率与AFS/DYC的协调控制相结合；引入鲸鱼算法解决经典域、可拓域和非域的最优划分难题，该算法迭代速度快、不易陷入局部最优解。改进的智能汽车 AFS/DYC分层可拓协调控制系统能够在紧急避障、双移线等复杂工况下实现稳定的轨迹跟踪控制。

(资料图片仅供参考)

研究背景

在智能汽车环境感知、决策规划和控制执行这三大关键技术中，稳定的轨迹跟踪控制是保障行车安全性的重要前提，紧急避障及大曲率工况下底盘子系统的协调控制是研究难点。

研究内容

1.车辆动力学及轮胎模型建立：通过建立 2 自由度车辆动力学模型、轮胎模型以及7自由度车辆动力学模型作为控制器设计和仿真试验的参考模型。

图1 7自由度车辆动力学模型

2. 上层改进分层可拓协调模块：上层可拓协调模块主要通过横摆角速度、纵向车速以及规划路径曲率来确定AFS和DYC的权重系数，并引入了鲸鱼算法解决可拓边界的自适应划分问题。

图2 改进分层可拓协调模块

图3 改进分层可拓状态划分结构图

图4 鲸鱼算法流程图

3. 下层 AFS/DYC 控制器模块：下层控制器模块主要通过上层协调模块确定的权重系数来分配AFS和DYC的输出量，最终实现对智能车辆的稳定性控制。

图5 下层控制系统结构图

4. 仿真验证：Carsim和Simulink联合仿真，以验证所提方法的有效性。

研究结果

1. 双移线工况：

（1）论文提出的改进分层可拓协调控制方法对车辆的横摆角速度控制效果相较于 分层可拓协调控制方法提升了24. 67%，相较于普通可拓协调控制方法提升了23. 07%。

图10 一级齿轮副动态啮合力矩时域及频谱图

图11轴承2动态支反力时域及频谱图

（2）齿轮误差影响：齿轮误差对齿轮副动态啮合力矩和轴承动态支反力的影响很大；考虑齿轮误差后，齿轮动态啮合力矩和轴承支反力的幅值显著增加。

图12一级齿轮副动态啮合力矩

图13轴承1动态支反力时域及其频谱图

图14轴承2动态支反力时域及其频谱图

（3）箱体对系统动态特性的影响 ：稳态工况下，箱体柔性对齿轮动态啮合力矩的影响很小，耦合箱体前后齿轮副动态啮合力矩的均值和振幅基本不变，且频率成分变化也较小；箱体柔性对轴承动态支反力的影响显著，但不同位置处的影响效果不同。

图15一级齿轮副动态啮合力矩时域及频谱图

图16轴承1和轴承2动态支反力

2. 加速工况下系统动态特性研究

（1）齿轮传动系统共振分析：导致系统共振的频率主要包括电机转矩频率 f m b 、齿轮副啮合频率 f m 1 和 f m 2 ，齿轮误差容易激起系统高频成分的共振，如 3 f m 1 、11 f m 2 和16 f m 2 ；考虑齿轮误差后系统的主要共振转速也发生改变。

表1齿轮误差对系统共振影响

图17 一级齿轮副动态啮合力矩时频图

（2）耦合系统共振分析：耦合箱体后电驱动系统的固有频率显著降低，并且共振转速和固有频率均降低，耦合箱体后容易激发与转频相关的低阶共振。

表2箱体对系统共振影响

图18 一级齿轮副动态啮合力矩时频图

创新点与意义

论文通过建立一种适用于变速等非稳态工况且综合考虑电磁激励、齿轮内激励以及一体化系统结构柔性的机电耦合动力学模型，研究多种激励对电驱动系统动态特性的影响，揭示电驱动系统振动产生机理，对提高系统集成设计和优化能力具有重要意义。该研究成果具有重要的工程应用价值。

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