鄭萌

摘 要：本文主要針對(duì)四輪獨(dú)驅(qū)電動(dòng)汽車操縱穩(wěn)定性控制策略的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，綜述內(nèi)容主要分為兩個(gè)部分，第一部分是操縱穩(wěn)定性的簡(jiǎn)要介紹，第二部分是控制理論及其研究進(jìn)展，其中包含了目前已得出的研究成果，第三部分是汽車操縱穩(wěn)定性與其他性能的協(xié)同控制策略研究進(jìn)展。本文通過(guò)綜述的方式對(duì)研究進(jìn)展進(jìn)行簡(jiǎn)要的概述，希望能對(duì)相關(guān)研究人員提供參考幫助。

關(guān)鍵詞：四輪獨(dú)驅(qū) 電動(dòng)汽車 操縱穩(wěn)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

因全球變暖的背景原因，我國(guó)也開(kāi)展了有關(guān)新能源汽車的研究，目前針對(duì)新能源汽車的研究已經(jīng)取得了相對(duì)較為顯著的成果，主要體現(xiàn)在電動(dòng)汽車方面，電動(dòng)汽車作為全新科技產(chǎn)物不僅代表了新能源汽車的發(fā)展進(jìn)步，同時(shí)因電動(dòng)汽車當(dāng)中也具備著多種驅(qū)動(dòng)方式能夠進(jìn)行精準(zhǔn)有效的控制，比如4WID-EV的類型就簡(jiǎn)化了原本的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，歸類為過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以此來(lái)確保4WID-EV型號(hào)電動(dòng)汽車的四輪獨(dú)驅(qū)擁有良好的機(jī)動(dòng)性和操作穩(wěn)定性。從目前的研究成果來(lái)看，電動(dòng)車操縱穩(wěn)定性的控制策略包含了差動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制、線控轉(zhuǎn)向控制、電子控制、直接橫擺矩控制和滑?？刂频?，能夠在實(shí)際應(yīng)用期間起到良好的控制效果。但是4WID-EV自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)雖然已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)的改變，但是所取得的控制效果并不理想，因此需要針對(duì)這方面進(jìn)行深入的研究，提出具有針對(duì)性的全新控制策略。

1 操縱穩(wěn)定性

汽車一般具備通用性、穩(wěn)定性和制動(dòng)性，穩(wěn)定性是其中最為重要的一環(huán)。汽車的穩(wěn)定性對(duì)于汽車行駛具有重要的安全意義，汽車在上、下坡時(shí)，用來(lái)抵抗汽車的前后傾覆，在道路側(cè)向斜度或者是轉(zhuǎn)彎行駛的過(guò)程中，也要抵抗側(cè)向傾覆和側(cè)滑，這些情況都需要穩(wěn)定性的支持。沒(méi)有穩(wěn)定性支持，一旦失去平衡，很容易造成安全事故，使得人們損失財(cái)物和生命。穩(wěn)定性就像是衛(wèi)士，守護(hù)車輛和人身財(cái)產(chǎn)安全，所以對(duì)于行車駕駛一定要注意穩(wěn)定性的控制。

操縱穩(wěn)定性是評(píng)估電動(dòng)汽車實(shí)用性和可靠性的關(guān)鍵性能指標(biāo)，若是操縱穩(wěn)定性較低就會(huì)導(dǎo)致駕駛安全系數(shù)迅速下降，反之則 會(huì)提升駕駛安全系數(shù)，而操縱穩(wěn)定性也包含了穩(wěn)定性和操作性這兩種，輪胎側(cè)偏和轉(zhuǎn)向燈因素都會(huì)影響操作穩(wěn)定性的系數(shù)發(fā)生變化，因此在實(shí)際使用期間和電動(dòng)汽車操縱試驗(yàn)期間都需要針對(duì)轉(zhuǎn)向盤中間位置操縱穩(wěn)定性、線性和非線性進(jìn)行科學(xué)有效的測(cè)試才能明確電動(dòng)汽車所具備的操縱穩(wěn)定性。

2 控制理論及其研究狀況

本文所提出的4WID-EV電動(dòng)汽車本質(zhì)上歸類為分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比較傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)較為簡(jiǎn)潔，并且在操縱方面也能體現(xiàn)出較強(qiáng)的性能，因此學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為4WID-EV控制策略的研究能夠有助于電動(dòng)汽車的發(fā)展與進(jìn)步，本文整合出目前的研究成果并總結(jié)如下。

2.1 分層控制

分層控制是用來(lái)優(yōu)化電動(dòng)汽車性能和操縱穩(wěn)定性的重大研究突破，這種研究成果擁有較強(qiáng)的靈活性，因此能夠在非線性和線性試驗(yàn)當(dāng)中取得良好的實(shí)驗(yàn)效果。若是將分層控制的理論體系在4WID-EV電動(dòng)汽車上實(shí)現(xiàn)能夠取得較為良好的效果，因其結(jié)構(gòu)方面與電動(dòng)汽車之間存在著較高的默契度和關(guān)聯(lián)性，比如分層控制當(dāng)中的車輛運(yùn)動(dòng)控制器和轉(zhuǎn)矩分配控制器就能夠有效提升電動(dòng)汽車的操縱穩(wěn)定性。著名研究專家張緩緩（2016）在其所發(fā)表的作品當(dāng)中就使用了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制方法來(lái)針對(duì)轉(zhuǎn)矩分配進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)，明確了四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的控制變量，并且設(shè)計(jì)了有效的控制器，通過(guò)縱向力實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車行駛速度的有效控制，最終通過(guò)橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角之間所形成的橫擺力矩開(kāi)展了仿真設(shè)計(jì)，研究結(jié)果得出其所設(shè)計(jì)的基于分層控制的控制策略能夠有效提升電動(dòng)汽車的操縱穩(wěn)定性[1]。曹真（2018）提出了驅(qū)動(dòng)防滑控制策略，并且將防滑與控制策略進(jìn)行整合成了全新的分層控制策略，這種分層控制策略通過(guò)carsim-simulink測(cè)試平臺(tái)得到了實(shí)現(xiàn)，并且論證了該策略的有效性[2]。孟坦（2019）構(gòu)建了基于分層控制策略的控制器，第一層控制器應(yīng)用了積分附加橫擺力矩決策算法，提升了對(duì)電動(dòng)汽車操縱穩(wěn)定性的控制策略，第二層控制器則是應(yīng)用了粒子群算法計(jì)算出了電動(dòng)汽車的最小能量化轉(zhuǎn)矩分配。

2.2 直接橫擺力矩控制

直接橫擺力矩控制是針對(duì)車輪的獨(dú)立轉(zhuǎn)矩展開(kāi)有效的控制，最以此來(lái)提升電動(dòng)汽車的操縱穩(wěn)定性，該控制策略研究成果相對(duì)較為豐富，因其最早起源可以追溯到20世紀(jì)90年代[3]。研究專家史安龍（2015）針對(duì)直接橫擺力矩控制策略提出了基于PID的控制器，這種控制器能夠針對(duì)電動(dòng)汽車的雙移線試驗(yàn)取得良好的實(shí)驗(yàn)效果。金順（2016）提出了基于直接橫擺力矩控制的主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向試驗(yàn)，其以非光滑控制技術(shù)充當(dāng)核心構(gòu)建了控制器，優(yōu)化了原本的EV抗干擾能力。

2.3 四輪轉(zhuǎn)向控制

四輪轉(zhuǎn)向控制也即是電動(dòng)汽車在轉(zhuǎn)彎期間對(duì)后輪側(cè)滑進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)向控制，因四輪轉(zhuǎn)向控制需要確保汽車自身質(zhì)心側(cè)偏角的參數(shù)等于零，這樣才能夠保持車身與行駛路線的向同性，繼而提升電動(dòng)汽車的操縱穩(wěn)定性[4]。哈爾因（2016）設(shè)計(jì)了基于輪胎力的實(shí)驗(yàn)方案來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，期間構(gòu)建了模型，并通過(guò)模型來(lái)測(cè)試是否能夠修正汽車操縱動(dòng)力學(xué)性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為成功。航宇等人針對(duì)直接橫擺力矩控制的理論體系構(gòu)建了模型，這種模型能夠?qū)囕v路徑進(jìn)行有效的跟蹤，從而確保4WID-EV能夠自動(dòng)避開(kāi)障礙，實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)較為優(yōu)異，能夠從根本上提升電動(dòng)汽車的操縱穩(wěn)定性。陳棟梁提出了基于FC控制理論體系的四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向模糊控制器，并且通過(guò)對(duì)質(zhì)心側(cè)偏角的參數(shù)計(jì)算實(shí)現(xiàn)了對(duì)論證。

3 汽車操縱穩(wěn)定性與其他性能的協(xié)同控制策略研究進(jìn)展

因車輛底盤與其它零器件之間的性能關(guān)系為耦合關(guān)系，因此進(jìn)行協(xié)同控制策略能夠有效提升電動(dòng)汽車的操縱穩(wěn)定性，本文主要針對(duì)操縱穩(wěn)定性與平順性之間的協(xié)同控制策略研究成果進(jìn)行綜述[5]。

楊榮山（2009）提出了基于ADAMS軟件的動(dòng)力模型，最并且通過(guò)lsight優(yōu)化工具實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的協(xié)同控制策略研究，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)這種優(yōu)化手段能夠有效提升電動(dòng)汽車自身的操縱穩(wěn)定性和平順性，并且能夠適當(dāng)提升電動(dòng)汽車的底盤性能。另外，其還提出了基于CAR的多體動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)對(duì)橫向穩(wěn)定桿剛度、減震器阻尼等參數(shù)的計(jì)算來(lái)構(gòu)建了數(shù)字模型，以此提升了電動(dòng)汽車的操縱穩(wěn)定性。文山（2016）構(gòu)建了基于混合動(dòng)力的多體動(dòng)力學(xué)模型，并且通過(guò)阻尼、后懸架剛度和電池模塊質(zhì)心縱坐標(biāo)等參數(shù)來(lái)明確了計(jì)算變量，并且在提升操縱穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上對(duì)平順性也進(jìn)行了相關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果較為顯著。PANXiao（2019）提出了基于車體側(cè)傾角的模型，設(shè)置車輛不足轉(zhuǎn)向性和懸浮頻率為約束參數(shù)，并且以懸架剛度參數(shù)為基準(zhǔn)，提出了以遺傳算法為核心的優(yōu)化算法，取得了良好的優(yōu)化設(shè)計(jì)效果。綜上所述，通過(guò)對(duì)研究成果的概述能夠發(fā)現(xiàn)，在汽車操縱穩(wěn)定性與其他性能的協(xié)同控制策略研究期間，部分專家會(huì)選擇使用ADAMS軟件等軟件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方式也主要通過(guò)模型構(gòu)建來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種方法能夠針對(duì)汽車懸架參數(shù)等基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行有效的分析，最終取得良好的設(shè)計(jì)結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文研究能夠發(fā)現(xiàn)，目前針對(duì)電動(dòng)汽車操縱穩(wěn)定性的研究成果主要體現(xiàn)在分層控制、直接橫擺力矩控制、四輪轉(zhuǎn)向控制、汽車操縱穩(wěn)定性與其他性能的協(xié)同控制策略方面，在研究成果也能夠發(fā)現(xiàn)大多數(shù)專家通過(guò)遺傳算法和ADAMS等軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)方案的論證，主要是針對(duì)電動(dòng)汽車操縱穩(wěn)定性的關(guān)鍵性指標(biāo)和關(guān)鍵性影響參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與分析，這樣才能確保研究成果的有效性，起到良好的優(yōu)化作用。

參考文獻(xiàn)：

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