轮毂电机驱动汽车直接横摆力矩控制研究

谭洪亮 曹 也

(1.合肥工业大学 机械工程学院，合肥230009；2.合肥工业大学 汽车与交通工程学院，合肥 230009)

安全、节能和环保是汽车发展的方向和主题，由于过于依赖化学能源，导致环境污染严重，且随着机动车辆数量的增加，交通事故发生率上升.这对汽车的节能、安全提出了更高的要求，也受到企业、高校科研机构的重视[1].轮毂电机驱动电动汽车与传统内燃机汽车和集中式驱动电动汽车相比，具有每个驱动轮输出转矩可独立控制、电机响应快速等优点，这为直接横摆力矩控制的实现提供了更好的基础[2].通过直接控制电机的输出驱动转矩，使车辆产生附加横摆力矩，提高车辆的操纵稳定性.

在车辆动力学控制中，一些问题难以直接用数学模型进行表达.而模糊控制可以很好地解决这一问题，模糊控制[3]具有鲁棒性强、便于操作等优点.基于此，文中设计了一种轮毂电机驱动汽车操纵稳定性控制策略，以车辆横摆角速度和质心侧偏角为控制目标，设计基于模糊控制的直接横摆力矩控制器，得出期望附加横摆力矩；以轮胎利用率最低为目标进行转矩优化分配，最后通过进行双移线工况仿真，验证控制策略的可行性和有效性.

1整车七自由度模型

七自由度整车动力学模型，如图1所示.

图1 七自由度整车动力学模型

汽车运动方程：

(1)

式中:

F′xfl=Fxflcosδf-Fyflsinδf；

F′yfl=Fxflsinδf+Fyflcosδf；

F′xfr=Fxfrcosδf-Fyfrsinδf；

F′yfr=Fxfrsinδf+Fyfrcosδf.

车轮运动方程：

(2)

车轮滑移率：

Sij=(reγij-vwij)/vwij

(3)

车轮侧偏角：

(4)

车辆质心侧偏角：

β=arctanvy/vx.

(5)

采用Dugoff轮胎模型，公式如下：

(6)

(7)

(8)

(9)

忽略惯性阻力矩和空气升力的作用，得出汽车转弯时各轮胎垂向载荷公式：