4WD/WS电动车辆稳定性分层控制与轮胎力优化分配算法研究*

孟腾飞，田晋跃，郑师虔

(江苏大学 汽车与交通学院， 江苏 镇江 212000)

0 引 言

目前，采用轮毂电机驱动/四轮线控转向控制电动车辆的形式引起了国内外的广泛关注。目前针对车辆稳定性的研究主要集中在主动转向控制和直接横摆力矩控制两个方面[1]。然而，这两类控制方式都有各自的缺陷。文献[2]设计了主动转向和直接横摆力矩的集成控制策略，该研究是基于前馈与反馈补偿的模型跟踪控制算法，对质心侧偏和车辆横摆角速度期望值进行跟踪，但是该算法没有充分考虑车辆各个运动之间的耦合关系，子系统不可避免的会产生相互冲突，另外车辆运动控制力均需要轮胎与地面接触产生，故轮胎力的控制精度直接影响车辆的整体性能；文献[3]提出一种轮胎优化分配算法，但是分配目标单一。

为了避免车辆解耦的难度，增加系统的灵活性，本研究将设计分层结构的集成控制算法，以实现整车目标运动到整车合力的转换，并设计带权重的分配目标函数，基于摩擦极限圆设计权重矩阵来控制分配，以优化各个车轮受力，提高车辆的行驶稳定性。

1 车辆动力学模型的建立

本文建立车辆动力学模型如图1所示。

图1 车辆动力学模型

该模型主要考虑侧向运动、纵向运动和横摆运动，忽略侧倾运动、垂直运动、俯仰运动[4]，并且悬架机构的影响不予考虑。该模型包括4个车轮的转动、横向、纵向、横摆7个自由度。

根据牛顿动力学可以建立X，Y，Z方向的平衡方程：