基于四轮独立驱动独立转向操纵杆式汽车综述

郭增江 李刚 张琳伟 赵士博

摘 要：四轮独立驱动独立转向电动汽车必定是未来发展的方向，针对四轮独立驱动独立转向电动汽车的发展和国内外研究现状，论文进行了综述。首先介绍四轮独立驱动独立转向电动汽车的结构和控制特点，对四轮独立驱动独立转向电动汽车国内外研究现状概括并进行说明。并对四轮独立驱动独立转向操纵杆式电动汽车提出一些存在的问题，并展望未来操纵杆转向系统的发展趋势。

关键词：四轮独立驱动独立转向汽车;线控转向;操纵杆式转向器

中图分类号：U469.72  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）17-236-03

Overview of independent steering lever vehicle based on four wheel independent drive

Guo Zengjiang， Li Gang， Zhang Linwei， Zhao Shibo

（ School of Automotive and Traffic Engineering， Liaoning University of Technology， Liaoning Jinzhou 121001 ）

Abstract： Based on the fact that four-wheel independent drive and independent steering electric vehicle must be the future development direction， this paper summarizes the development and research status of four wheel drive independent steering vehicle at home and abroad. Firstly， the structure and control characteristics of four wheel drive independent steering vehicle are introduced， and the research status of four wheel drive independent steering vehicle at home and abroad is summarized and explained. Some existing problems of the four-wheel independent drive and independent steering lever electric vehicle are put forward， and the development trend of the joystick steering system in the future is prospected.

Keywords： Four wheel drive independent steering vehicle; Steer by wire; Lever steering system

CLC NO.： U469.72  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）17-236-03

前言

作為国家战略性新兴产业，新能源汽车的发展在2020年两会上受到了广泛关注，政府工作报告中提出，将重点支持既促消费惠民生又调结构增后劲的“两新一重”建设，加强新型基础设施建设，发展新一代信息网络，拓展5G应用，建设充电桩，推广新能源汽车，激发新消费需求、助力产业升级。展现了汽车行业企业对社会热点的积极回应和责任担当：面对突如其来的新冠疫情，我们全速驰援，履行车企使命;面对日益严峻的气候变化及挑战，我们积极应对，驱动绿色未来。因此，研发和采用新能源作为主要动力的汽车，是重中之重的。其中最具代表的目前发展最为广泛的就是电动汽车。电动汽车电为动力能源，具有环境污染小，噪音低，使用效率高和结构简单等优点。随着汽车电气行业在控制产品成本、改善续驶里程和优化负载效率方面的发展，关键的技术进步，这必将取代内燃机汽车市场的传统地位。而四轮独立驱动独立转向的布置形式也将是电动汽车终极的驱动形式。

四轮独立驱动独立转向电动汽车是未来电动汽车发展的方向。将轮毂电动机安装在电动车车轮上，可以消除中央式电动车驱动电动机与车轮之间的复杂传输系统，并简化整车结构。同时，四轮电动车辆自主驱动可以提供一种灵活和可靠的自主驱动形态以及一种快速和精确的转矩响应，从而提供更好的控制和安全性能。

1 国内外研究现状

与传统的内燃机不同的是，电动车辆的驱动形式从内燃机转变为电动机。分布式驱动和独立的线控控制方式提高了整个车辆底盘空间的使用和传输效率。

四轮独立驱动独立转向电动汽车采用线控技术，，消除传统车辆的机械传动机构，允许四个轮毂电机和四个转向伺服电机独立驱动和转向。并且分别对每个车轮的转矩和转角进行更精确和更快速的控制。

1.1 国外研究现状

在这一方面，日本一直处于比较先进的研究国家。丰田汽车于2005年发布了Fine-N概念车，配备了4台20千瓦轮毂电机。如图1所示。

法国米奇林公司开发了驱动、制动和主动悬架功能集一体的轮毂电机总成，其结构非常紧凑，命名为Active wheel。

美国布罗法大学的学者提出了几种操纵杆线控转向控制系统，同时利用台架实验对每个系统进行了实验验证。

Brian Andonian等为具有14度自由度的操纵杆控制转向系统建造了一个实验操纵模拟器，可以很好地完成车辆行驶过程中姿态的仿真模拟，并对操纵杆的传动比与实际路感的反馈进行了研究分析，实验结果证明操纵杆在紧急情况下表现出更好的性能特征。

1.2 国内研究现状

国内对4WID/S电动汽车的研究开始较晚，以比亚迪、吉利汽车、蔚来汽车、爱驰汽车等为首的电动汽车企业发展迅速，但是目前还未有四轮独立驱动四轮独立转向的电动汽车量产车型出现，这一类型主要是各高校的研究。

“春晖”是同济大学研发出的一系列的分布式电动车，而最具代表性的就是“春晖三号”，“春晖三号”动力参数为车辆最大功率为 30kw，最高车速为 90km/h。分布式车辆的科学研究提供了分布式结构车辆的可靠性和舒适性的多定量场景。

此外，辽宁工业大学在四轮独立驱动四轮独立转向电动汽车的底盘架构、主动稳定性控制、控制器开发等方面也做了大量研究工作。

吉林大学的学者综合分析四轮独立驱动独立转向操纵杆式汽车的转向的很多特点，针对性操纵性和舒适性，进行大量的研究，主要研究随着车速不断变化和操纵杆角速度变化的变角传动比控制策略，同时针对操纵稳定性的经典工况进行了仿真实验，实验证明汽车的操纵稳定性得到了提升。

2 操纵杆式转向系统

汽车线控转向系统改变了汽车传统机械转向的方式，机械转向的方式被线控技术逐渐代替由于线控系统的诸多性能优势，国内外已经进行了大量的理论和实验研究。但是，其研究的重点还是针对基转向盘控制方式的线控转向系统，该线控系统肃然有利于目前驾驶员的驾驶习惯，但是没有完全发挥出线控转向的优势。

在现存的新型转向操纵机构中，操纵杆是代替转向盘控制汽车线控系统最佳选择，用转向盘转向和使用操纵杆转向存在很大差别。减少了驾驶舱内的机械部分包括转向盘、转向柱和踏板，使改进驾驶室的设计和安全性有了新的可能性，而且在发生事故时对驾驶员的危害会大大降低，驾驶舱的增大同样会为碰撞过程提供更多的缓冲空间驾驶员的腿部也可以更加自由，他们只需抓住操纵杆就行了不需要脚步的操控。另一方面，控制杆提供了多自由控制，随着汽车线性控制技术的日益使用，能够综合控制转向、制动系统，车辆的驱动和悬架等系统，并适应不断扩大的汽车功能。

3 总结

（1）对于四轮独立驱动独立转向汽车国内外的研究也越来越多，控制策略也越来越丰富，随着技术的不断进步四轮独立驱动独立转向汽车也定会成为电动汽车的最终的存在形式。

（2）关于操纵杆研究，在国内外都很少，而且也没有全面的研究，只是对角传动进行了研究，未来可以在操纵杆的力传动比等方面进一步扩展研究。针对变传动比的控制方式上应该考虑一些智能控制算法。从而使操纵杆的性能优势能够完全发挥出，并且进一步提高驾驶员的安全性能以及驾驶员的操纵性行驶稳定性。

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10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.17.083