四輪獨驅電動汽車操縱穩(wěn)定性控制策略進展概述

鄭萌

摘 要：本文主要針對四輪獨驅電動汽車操縱穩(wěn)定性控制策略的研究進展進行綜述，綜述內(nèi)容主要分為兩個部分，第一部分是操縱穩(wěn)定性的簡要介紹，第二部分是控制理論及其研究進展，其中包含了目前已得出的研究成果，第三部分是汽車操縱穩(wěn)定性與其他性能的協(xié)同控制策略研究進展。本文通過綜述的方式對研究進展進行簡要的概述，希望能對相關研究人員提供參考幫助。

關鍵詞：四輪獨驅 電動汽車 操縱穩(wěn)定性

Overview of the Development of Control Strategies for Handling and Stability of Four-wheel Single-Drive Electric Vehicles

Zheng Meng

Abstract：This article mainly summarizes the research progress of the control strategy for the handling and stability of four-wheel single-drive electric vehicles. The review is mainly divided into two parts. The first part is a brief introduction to the handling stability， and the second part is the control theory and its research. Progress includes the research results that have been obtained so far. The third part is the research progress of collaborative control strategies for vehicle handling stability and other performance. This article provides a brief overview of the research progress by means of a review， hoping to provide reference for relevant researchers.

Key words：four-wheel single-drive， electric vehicle， handling stability

因全球變暖的背景原因，我國也開展了有關新能源汽車的研究，目前針對新能源汽車的研究已經(jīng)取得了相對較為顯著的成果，主要體現(xiàn)在電動汽車方面，電動汽車作為全新科技產(chǎn)物不僅代表了新能源汽車的發(fā)展進步，同時因電動汽車當中也具備著多種驅動方式能夠進行精準有效的控制，比如4WID-EV的類型就簡化了原本的傳動結構，歸類為過驅動系統(tǒng)，以此來確保4WID-EV型號電動汽車的四輪獨驅擁有良好的機動性和操作穩(wěn)定性。從目前的研究成果來看，電動車操縱穩(wěn)定性的控制策略包含了差動助力轉向控制、線控轉向控制、電子控制、直接橫擺矩控制和滑模控制等，能夠在實際應用期間起到良好的控制效果。但是4WID-EV自身的內(nèi)部結構雖然已經(jīng)進行了相關的改變，但是所取得的控制效果并不理想，因此需要針對這方面進行深入的研究，提出具有針對性的全新控制策略。

1 操縱穩(wěn)定性

汽車一般具備通用性、穩(wěn)定性和制動性，穩(wěn)定性是其中最為重要的一環(huán)。汽車的穩(wěn)定性對于汽車行駛具有重要的安全意義，汽車在上、下坡時，用來抵抗汽車的前后傾覆，在道路側向斜度或者是轉彎行駛的過程中，也要抵抗側向傾覆和側滑，這些情況都需要穩(wěn)定性的支持。沒有穩(wěn)定性支持，一旦失去平衡，很容易造成安全事故，使得人們損失財物和生命。穩(wěn)定性就像是衛(wèi)士，守護車輛和人身財產(chǎn)安全，所以對于行車駕駛一定要注意穩(wěn)定性的控制。

操縱穩(wěn)定性是評估電動汽車實用性和可靠性的關鍵性能指標，若是操縱穩(wěn)定性較低就會導致駕駛安全系數(shù)迅速下降，反之則 會提升駕駛安全系數(shù)，而操縱穩(wěn)定性也包含了穩(wěn)定性和操作性這兩種，輪胎側偏和轉向燈因素都會影響操作穩(wěn)定性的系數(shù)發(fā)生變化，因此在實際使用期間和電動汽車操縱試驗期間都需要針對轉向盤中間位置操縱穩(wěn)定性、線性和非線性進行科學有效的測試才能明確電動汽車所具備的操縱穩(wěn)定性。

2 控制理論及其研究狀況

本文所提出的4WID-EV電動汽車本質上歸類為分布式驅動系統(tǒng)，這種驅動系統(tǒng)相比較傳統(tǒng)的驅動系統(tǒng)相對較為簡潔，并且在操縱方面也能體現(xiàn)出較強的性能，因此學術界普遍認為4WID-EV控制策略的研究能夠有助于電動汽車的發(fā)展與進步，本文整合出目前的研究成果并總結如下。

2.1 分層控制

分層控制是用來優(yōu)化電動汽車性能和操縱穩(wěn)定性的重大研究突破，這種研究成果擁有較強的靈活性，因此能夠在非線性和線性試驗當中取得良好的實驗效果。若是將分層控制的理論體系在4WID-EV電動汽車上實現(xiàn)能夠取得較為良好的效果，因其結構方面與電動汽車之間存在著較高的默契度和關聯(lián)性，比如分層控制當中的車輛運動控制器和轉矩分配控制器就能夠有效提升電動汽車的操縱穩(wěn)定性。著名研究專家張緩緩（2016）在其所發(fā)表的作品當中就使用了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的PID控制方法來針對轉矩分配進行相關的設計，明確了四輪獨立驅動電動汽車的控制變量，并且設計了有效的控制器，通過縱向力實現(xiàn)對電動汽車行駛速度的有效控制，最終通過橫擺角速度和質心側偏角之間所形成的橫擺力矩開展了仿真設計，研究結果得出其所設計的基于分層控制的控制策略能夠有效提升電動汽車的操縱穩(wěn)定性[1]。曹真（2018）提出了驅動防滑控制策略，并且將防滑與控制策略進行整合成了全新的分層控制策略，這種分層控制策略通過carsim-simulink測試平臺得到了實現(xiàn)，并且論證了該策略的有效性[2]。孟坦（2019）構建了基于分層控制策略的控制器，第一層控制器應用了積分附加橫擺力矩決策算法，提升了對電動汽車操縱穩(wěn)定性的控制策略，第二層控制器則是應用了粒子群算法計算出了電動汽車的最小能量化轉矩分配。

2.2 直接橫擺力矩控制

直接橫擺力矩控制是針對車輪的獨立轉矩展開有效的控制，最以此來提升電動汽車的操縱穩(wěn)定性，該控制策略研究成果相對較為豐富，因其最早起源可以追溯到20世紀90年代[3]。研究專家史安龍（2015）針對直接橫擺力矩控制策略提出了基于PID的控制器，這種控制器能夠針對電動汽車的雙移線試驗取得良好的實驗效果。金順（2016）提出了基于直接橫擺力矩控制的主動前輪轉向試驗，其以非光滑控制技術充當核心構建了控制器，優(yōu)化了原本的EV抗干擾能力。

2.3 四輪轉向控制

四輪轉向控制也即是電動汽車在轉彎期間對后輪側滑進行有效的轉向控制，因四輪轉向控制需要確保汽車自身質心側偏角的參數(shù)等于零，這樣才能夠保持車身與行駛路線的向同性，繼而提升電動汽車的操縱穩(wěn)定性[4]。哈爾因（2016）設計了基于輪胎力的實驗方案來進行設計，期間構建了模型，并通過模型來測試是否能夠修正汽車操縱動力學性能，實驗結果為成功。航宇等人針對直接橫擺力矩控制的理論體系構建了模型，這種模型能夠對車輛路徑進行有效的跟蹤，從而確保4WID-EV能夠自動避開障礙，實驗結果相對較為優(yōu)異，能夠從根本上提升電動汽車的操縱穩(wěn)定性。陳棟梁提出了基于FC控制理論體系的四輪獨立轉向模糊控制器，并且通過對質心側偏角的參數(shù)計算實現(xiàn)了對論證。

3 汽車操縱穩(wěn)定性與其他性能的協(xié)同控制策略研究進展

因車輛底盤與其它零器件之間的性能關系為耦合關系，因此進行協(xié)同控制策略能夠有效提升電動汽車的操縱穩(wěn)定性，本文主要針對操縱穩(wěn)定性與平順性之間的協(xié)同控制策略研究成果進行綜述[5]。

楊榮山（2009）提出了基于ADAMS軟件的動力模型，最并且通過lsight優(yōu)化工具實現(xiàn)對模型的協(xié)同控制策略研究，通過分析發(fā)現(xiàn)這種優(yōu)化手段能夠有效提升電動汽車自身的操縱穩(wěn)定性和平順性，并且能夠適當提升電動汽車的底盤性能。另外，其還提出了基于CAR的多體動力學模型，通過對橫向穩(wěn)定桿剛度、減震器阻尼等參數(shù)的計算來構建了數(shù)字模型，以此提升了電動汽車的操縱穩(wěn)定性。文山（2016）構建了基于混合動力的多體動力學模型，并且通過阻尼、后懸架剛度和電池模塊質心縱坐標等參數(shù)來明確了計算變量，并且在提升操縱穩(wěn)定性的基礎上對平順性也進行了相關的優(yōu)化設計，設計結果較為顯著。PANXiao（2019）提出了基于車體側傾角的模型，設置車輛不足轉向性和懸浮頻率為約束參數(shù)，并且以懸架剛度參數(shù)為基準，提出了以遺傳算法為核心的優(yōu)化算法，取得了良好的優(yōu)化設計效果。綜上所述，通過對研究成果的概述能夠發(fā)現(xiàn)，在汽車操縱穩(wěn)定性與其他性能的協(xié)同控制策略研究期間，部分專家會選擇使用ADAMS軟件等軟件來進行設計，設計方式也主要通過模型構建來實現(xiàn)，這種方法能夠針對汽車懸架參數(shù)等基礎參數(shù)進行有效的分析，最終取得良好的設計結果。

4 結語

通過本文研究能夠發(fā)現(xiàn)，目前針對電動汽車操縱穩(wěn)定性的研究成果主要體現(xiàn)在分層控制、直接橫擺力矩控制、四輪轉向控制、汽車操縱穩(wěn)定性與其他性能的協(xié)同控制策略方面，在研究成果也能夠發(fā)現(xiàn)大多數(shù)專家通過遺傳算法和ADAMS等軟件來實現(xiàn)試驗方案的論證，主要是針對電動汽車操縱穩(wěn)定性的關鍵性指標和關鍵性影響參數(shù)進行計算與分析，這樣才能確保研究成果的有效性，起到良好的優(yōu)化作用。

參考文獻：

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[3]韓帥.復雜工況下輪轂電機驅動電動汽車操縱穩(wěn)定性控制[J].新型工業(yè)化，2020，10（03）：67-70.

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[5]韋勇，韋寶侶，趙亮，方華，賈永輝.輪胎力學特性對汽車操縱穩(wěn)定性的影響分析[J].輪胎工業(yè)，2020，40（03）：131-138.