《汽車工程》 2023年第 1期發表了江蘇大學與比亞迪聯合研究成果 "基于改進分層可拓理論的智能汽車AFS/DYC協調控制研究 "一文。 針對緊急避障及大曲率工況的穩定控制難題，論文提出了基于改進分層可拓理論的AFS和DYC協調控制系統。通過分層可拓理論將路徑規劃得到的路徑曲率與AFS/DYC的協調控制相結合；引入鯨魚算法解決經典域、可拓域和非域的最優劃分難題，該算法迭代速度快、不易陷入局部最優解。改進的智能汽車 AFS/DYC分層可拓協調控制系統能夠在緊急避障、雙移線等復雜工況下實現穩定的軌跡跟蹤控制。
(資料圖片僅供參考)
研究背景
在智能汽車環境感知、決策規劃和控制執行這三大關鍵技術中，穩定的軌跡跟蹤控制是保障行車安全性的重要前提，緊急避障及大曲率工況下底盤子系統的協調控制是研究難點。
研究內容
1.車輛動力學及輪胎模型建立：通過建立 2 自由度車輛動力學模型、輪胎模型以及7自由度車輛動力學模型作為控制器設計和仿真試驗的參考模型。
圖1 7自由度車輛動力學模型
2. 上層改進分層可拓協調模塊：上層可拓協調模塊主要通過橫擺角速度、縱向車速以及規劃路徑曲率來確定AFS和DYC的權重系數，并引入了鯨魚算法解決可拓邊界的自適應劃分問題。
圖2 改進分層可拓協調模塊
圖3 改進分層可拓狀態劃分結構圖
圖4 鯨魚算法流程圖
3. 下層 AFS/DYC 控制器模塊：下層控制器模塊主要通過上層協調模塊確定的權重系數來分配AFS和DYC的輸出量，最終實現對智能車輛的穩定性控制。
圖5 下層控制系統結構圖
4. 仿真驗證：Carsim和Simulink聯合仿真，以驗證所提方法的有效性。
研究結果
1. 雙移線工況：
（1）論文提出的改進分層可拓協調控制方法對車輛的橫擺角速度控制效果相較于 分層可拓協調控制方法提升了24. 67%，相較于普通可拓協調控制方法提升了23. 07%。
圖10 一級齒輪副動態嚙合力矩時域及頻譜圖
圖11軸承2動態支反力時域及頻譜圖
（2）齒輪誤差影響：齒輪誤差對齒輪副動態嚙合力矩和軸承動態支反力的影響很大；考慮齒輪誤差后，齒輪動態嚙合力矩和軸承支反力的幅值顯著增加。
圖12一級齒輪副動態嚙合力矩
圖13軸承1動態支反力時域及其頻譜圖
圖14軸承2動態支反力時域及其頻譜圖
（3）箱體對系統動態特性的影響 ：穩態工況下，箱體柔性對齒輪動態嚙合力矩的影響很小，耦合箱體前后齒輪副動態嚙合力矩的均值和振幅基本不變，且頻率成分變化也較小；箱體柔性對軸承動態支反力的影響顯著，但不同位置處的影響效果不同。
圖15一級齒輪副動態嚙合力矩時域及頻譜圖
圖16軸承1和軸承2動態支反力
2. 加速工況下系統動態特性研究
（1）齒輪傳動系統共振分析：導致系統共振的頻率主要包括電機轉矩頻率 f m b 、齒輪副嚙合頻率 f m 1 和 f m 2 ，齒輪誤差容易激起系統高頻成分的共振，如 3 f m 1 、11 f m 2 和16 f m 2 ；考慮齒輪誤差后系統的主要共振轉速也發生改變。
表1齒輪誤差對系統共振影響
圖17 一級齒輪副動態嚙合力矩時頻圖
（2）耦合系統共振分析：耦合箱體后電驅動系統的固有頻率顯著降低，并且共振轉速和固有頻率均降低，耦合箱體后容易激發與轉頻相關的低階共振。
表2箱體對系統共振影響
圖18 一級齒輪副動態嚙合力矩時頻圖
創新點與意義
論文通過建立一種適用于變速等非穩態工況且綜合考慮電磁激勵、齒輪內激勵以及一體化系統結構柔性的機電耦合動力學模型，研究多種激勵對電驅動系統動態特性的影響，揭示電驅動系統振動產生機理，對提高系統集成設計和優化能力具有重要意義。該研究成果具有重要的工程應用價值。
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