四轮独驱电动汽车操纵稳定性控制策略进展概述

郑萌

摘 要：本文主要针对四轮独驱电动汽车操纵稳定性控制策略的研究进展进行综述，综述内容主要分为两个部分，第一部分是操纵稳定性的简要介绍，第二部分是控制理論及其研究进展，其中包含了目前已得出的研究成果，第三部分是汽车操纵稳定性与其他性能的协同控制策略研究进展。本文通过综述的方式对研究进展进行简要的概述，希望能对相关研究人员提供参考帮助。

关键词：四轮独驱 电动汽车 操纵稳定性

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

因全球变暖的背景原因，我国也开展了有关新能源汽车的研究，目前针对新能源汽车的研究已经取得了相对较为显著的成果，主要体现在电动汽车方面，电动汽车作为全新科技产物不仅代表了新能源汽车的发展进步，同时因电动汽车当中也具备着多种驱动方式能够进行精准有效的控制，比如4WID-EV的类型就简化了原本的传动结构，归类为过驱动系统，以此来确保4WID-EV型号电动汽车的四轮独驱拥有良好的机动性和操作稳定性。从目前的研究成果来看，电动车操纵稳定性的控制策略包含了差动助力转向控制、线控转向控制、电子控制、直接横摆矩控制和滑模控制等，能够在实际应用期间起到良好的控制效果。但是4WID-EV自身的内部结构虽然已经进行了相关的改变，但是所取得的控制效果并不理想，因此需要针对这方面进行深入的研究，提出具有针对性的全新控制策略。

1 操纵稳定性

汽车一般具备通用性、稳定性和制动性，稳定性是其中最为重要的一环。汽车的稳定性对于汽车行驶具有重要的安全意义，汽车在上、下坡时，用来抵抗汽车的前后倾覆，在道路侧向斜度或者是转弯行驶的过程中，也要抵抗侧向倾覆和侧滑，这些情况都需要稳定性的支持。没有稳定性支持，一旦失去平衡，很容易造成安全事故，使得人们损失财物和生命。稳定性就像是卫士，守护车辆和人身财产安全，所以对于行车驾驶一定要注意稳定性的控制。

操纵稳定性是评估电动汽车实用性和可靠性的关键性能指标，若是操纵稳定性较低就会导致驾驶安全系数迅速下降，反之则 会提升驾驶安全系数，而操纵稳定性也包含了稳定性和操作性这两种，轮胎侧偏和转向灯因素都会影响操作稳定性的系数发生变化，因此在实际使用期间和电动汽车操纵试验期间都需要针对转向盘中间位置操纵稳定性、线性和非线性进行科学有效的测试才能明确电动汽车所具备的操纵稳定性。

2 控制理论及其研究状况

本文所提出的4WID-EV电动汽车本质上归类为分布式驱动系统，这种驱动系统相比较传统的驱动系统相对较为简洁，并且在操纵方面也能体现出较强的性能，因此学术界普遍认为4WID-EV控制策略的研究能够有助于电动汽车的发展与进步，本文整合出目前的研究成果并总结如下。

2.1 分层控制

分层控制是用来优化电动汽车性能和操纵稳定性的重大研究突破，这种研究成果拥有较强的灵活性，因此能够在非线性和线性试验当中取得良好的实验效果。若是将分层控制的理论体系在4WID-EV电动汽车上实现能够取得较为良好的效果，因其结构方面与电动汽车之间存在着较高的默契度和关联性，比如分层控制当中的车辆运动控制器和转矩分配控制器就能够有效提升电动汽车的操纵稳定性。著名研究专家张缓缓（2016）在其所发表的作品当中就使用了基于BP神经网络的PID控制方法来针对转矩分配进行相关的设计，明确了四轮独立驱动电动汽车的控制变量，并且设计了有效的控制器，通过纵向力实现对电动汽车行驶速度的有效控制，最终通过横摆角速度和质心侧偏角之间所形成的横摆力矩开展了仿真设计，研究结果得出其所设计的基于分层控制的控制策略能够有效提升电动汽车的操纵稳定性[1]。曹真（2018）提出了驱动防滑控制策略，并且将防滑与控制策略进行整合成了全新的分层控制策略，这种分层控制策略通过carsim-simulink测试平台得到了实现，并且论证了该策略的有效性[2]。孟坦（2019）构建了基于分层控制策略的控制器，第一层控制器应用了积分附加横摆力矩决策算法，提升了对电动汽车操纵稳定性的控制策略，第二层控制器则是应用了粒子群算法计算出了电动汽车的最小能量化转矩分配。

2.2 直接横摆力矩控制

直接横摆力矩控制是针对车轮的独立转矩展开有效的控制，最以此来提升电动汽车的操纵稳定性，该控制策略研究成果相对较为丰富，因其最早起源可以追溯到20世纪90年代[3]。研究专家史安龙（2015）针对直接横摆力矩控制策略提出了基于PID的控制器，这种控制器能够针对电动汽车的双移线试验取得良好的实验效果。金顺（2016）提出了基于直接横摆力矩控制的主动前轮转向试验，其以非光滑控制技术充当核心构建了控制器，优化了原本的EV抗干扰能力。

2.3 四轮转向控制

四轮转向控制也即是电动汽车在转弯期间对后轮侧滑进行有效的转向控制，因四轮转向控制需要确保汽车自身质心侧偏角的参数等于零，这样才能够保持车身与行驶路线的向同性，继而提升电动汽车的操纵稳定性[4]。哈尔因（2016）设计了基于轮胎力的实验方案来进行设计，期间构建了模型，并通过模型来测试是否能够修正汽车操纵动力学性能，实验结果为成功。航宇等人针对直接横摆力矩控制的理论体系构建了模型，这种模型能够对车辆路径进行有效的跟踪，从而确保4WID-EV能够自动避开障碍，实验结果相对较为优异，能够从根本上提升电动汽车的操纵稳定性。陈栋梁提出了基于FC控制理论体系的四轮独立转向模糊控制器，并且通过对质心侧偏角的参数计算实现了对论证。

3 汽车操纵稳定性与其他性能的协同控制策略研究进展

因车辆底盘与其它零器件之间的性能关系为耦合关系，因此进行协同控制策略能够有效提升电动汽车的操纵稳定性，本文主要针对操纵稳定性与平顺性之间的协同控制策略研究成果進行综述[5]。

杨荣山（2009）提出了基于ADAMS软件的动力模型，最并且通过lsight优化工具实现对模型的协同控制策略研究，通过分析发现这种优化手段能够有效提升电动汽车自身的操纵稳定性和平顺性，并且能够适当提升电动汽车的底盘性能。另外，其还提出了基于CAR的多体动力学模型，通过对横向稳定杆刚度、减震器阻尼等参数的计算来构建了数字模型，以此提升了电动汽车的操纵稳定性。文山（2016）构建了基于混合动力的多体动力学模型，并且通过阻尼、后悬架刚度和电池模块质心纵坐标等参数来明确了计算变量，并且在提升操纵稳定性的基础上对平顺性也进行了相关的优化设计，设计结果较为显著。PANXiao（2019）提出了基于车体侧倾角的模型，设置车辆不足转向性和悬浮频率为约束参数，并且以悬架刚度参数为基准，提出了以遗传算法为核心的优化算法，取得了良好的优化设计效果。综上所述，通过对研究成果的概述能够发现，在汽车操纵稳定性与其他性能的协同控制策略研究期间，部分专家会选择使用ADAMS软件等软件来进行设计，设计方式也主要通过模型构建来实现，这种方法能够针对汽车悬架参数等基础参数进行有效的分析，最终取得良好的设计结果。

4 结语

通过本文研究能够发现，目前针对电动汽车操纵稳定性的研究成果主要体现在分层控制、直接横摆力矩控制、四轮转向控制、汽车操纵稳定性与其他性能的协同控制策略方面，在研究成果也能够发现大多数专家通过遗传算法和ADAMS等软件来实现试验方案的论证，主要是针对电动汽车操纵稳定性的关键性指标和关键性影响参数进行计算与分析，这样才能确保研究成果的有效性，起到良好的优化作用。

参考文献：

[1]张喜清，黄鑫，蔡松岩，张宏伟.汽车高速转向工况下的稳定性控制研究[J].汽车实用技术，2020（09）：119-123.

[2]贾长旺，路永婕，杨绍普，李振宇.汽车转向系统操纵性与稳定性协同最优控制研究[J].石家庄铁道大学学报（自然科学版），2020，33（01）：59-67.

[3]韩帅.复杂工况下轮毂电机驱动电动汽车操纵稳定性控制[J].新型工业化，2020，10（03）：67-70.

[4]陆智琦，金阳.四轮转向汽车操纵稳定性研究[J].湖北汽车工业学院学报，2020，34（01）：6-10.

[5]韦勇，韦宝侣，赵亮，方华，贾永辉.轮胎力学特性对汽车操纵稳定性的影响分析[J].轮胎工业，2020，40（03）：131-138.