电动汽车稳定性的横摆力矩控制

张金柱， 张洪田， 孙远涛

(哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，黑龙江哈尔滨150001)

0 引言

汽车稳定性控制系统是指通过车载控制装置实时调整汽车运行状态，使车辆能够按照驾驶员的期望行驶，防止车辆失稳的汽车主动安全系统［1］，是当前国际上汽车安全领域的研究热点。电动汽车不仅可以缓解对石油的依赖，减少汽车的废气排放，在汽车控制稳定性方面，也有其优势。电机扭矩的响应为毫秒级，而内燃机响应达到 500 ms ～ 1 s［2－3］。由于采用轮毂电机技术，电机可以安装到每个车轮上。因此对单个车轮的独立控制提高了汽车稳定性。本文以汽车质心侧偏角和横摆角速度为稳定性控制变量，根据电动汽车控制特性，通过对单个车轮驱动或制动控制，产生横摆稳定力矩，提高汽车的行驶稳定性［4］。

1 仿真模型

仿真模型主要包括线性二自由度车辆模型、七自由度整车模型、轮胎模型和电机模型。

1.1 线性二自由度车辆模型

线性二自由度车辆模型没有考虑轮胎的非线性特性，以及轮胎的侧偏特性［5］，只有侧向运动与绕轴的横摆运动这样两个自由度。根据牛顿定律得出线性二自由度车辆模型的运动微分方程［6］为

式中:m为汽车质量;Cf、Cr为前、后车轴的侧偏刚度;δ为前轮转角;Iz为汽车的转动惯量;a，b为汽车前、后轴至质心的距离;vx为纵向速度;vy为侧向速度;ω为横摆角速度;β为质心侧偏角。

1.2 七自由度整车模型

图1为包括汽车纵向运动、侧向运动、横摆运动和4个车轮旋转运动的七自由度整车模型，两电动机布置在后轮，由于忽略悬架系统而没有考虑汽车俯仰、侧倾和垂直运动。……