驅(qū)動輪轂電機穩(wěn)定性問題研究的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述對于分布式驅(qū)動輪轂電機汽車，可以實現(xiàn)力矩的靈活分配，結(jié)合電機力矩可連續(xù)調(diào)節(jié)的特點，可以使用新穎的力矩矢量控制策略（TorqueVectoring，TV）來提高各種駕駛工況下的車輛主動安全性和操縱穩(wěn)定性。相比于傳統(tǒng)汽車?yán)弥苿赢a(chǎn)生附加的橫擺力矩，分布式驅(qū)動汽車通過控制電機的驅(qū)動力矩來直接控制橫擺力矩，這種方法可以將車輛在緊急瞬態(tài)駕駛工況下的安全駕駛范圍擴展到更高的車速條件下。力矩矢量控制可采用一體化或分層架構(gòu)，常用的一體化TV控制有基于模糊控制[3]、模型預(yù)測控制[4]和最優(yōu)條件的全局優(yōu)化等方法。但模型階次高，計算量大，難以實時求解的缺點阻礙了一體化TV控制的應(yīng)用。因此TV控制多采用分層控制架構(gòu)，如圖1.1所示，上層控制器根據(jù)駕駛員輸入并以橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角為控制目標(biāo)決策附加橫擺力矩參考值，下層控制器以該附加橫擺力矩為參考輸入，以每個車輪的滑移率作為狀態(tài)量，采用模型預(yù)測控制的方法進(jìn)行力矩分配。相對于一體化TV控制方法，分層TV控制能夠?qū)崿F(xiàn)在考慮附加橫擺力矩的同時將滑移率限制在可靠的范圍內(nèi)，因此本文采用分層控制架構(gòu)，下面將分別闡述直接橫擺力矩控制和力矩分配的研究現(xiàn)狀。圖1.1力矩矢量控制結(jié)構(gòu)圖1直接橫擺力矩控制研究現(xiàn)狀在汽車的橫向穩(wěn)定性控制中，主動轉(zhuǎn)向技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛。但是當(dāng)輪胎進(jìn)入非線性工作區(qū)時，輪胎的側(cè)向力達(dá)到飽和，僅通過主動轉(zhuǎn)向不能保證汽車的操縱穩(wěn)定性。這時需要引入直接橫擺力矩控制（DirectYaw-momentControl,DYC），它通過控制輪胎的縱向力直接產(chǎn)生附加橫擺力矩，可以有效提高汽車的操縱穩(wěn)定性與主動安全性，與主動轉(zhuǎn)向相比，DYC在穩(wěn)定性控制中更加有效。直接橫擺力矩控制的前提條件就是表征汽車行駛時狀態(tài)變量的獲取，LENZOB,SORNIOTTIA,GRUBERP等人研究了提高車輛穩(wěn)定性的動力學(xué)機理，說明橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角可作為表征車輛運動狀態(tài)的重要參數(shù)[5,6]。然而針對實車的質(zhì)心側(cè)偏角是難以測量的，國內(nèi)外學(xué)者對此相應(yīng)開展了研究。目前，汽車質(zhì)心側(cè)偏角估計所采用的方法主要有狀態(tài)觀測器法[7]、卡爾曼濾波方法[8]和擴展卡爾曼濾波方法等[9]。但是卡爾曼濾波法要求精確了解被觀測系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；同時要求系統(tǒng)測量噪聲的統(tǒng)計特性已知。為解決上述問題，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的趙林輝等人應(yīng)用Dugoff輪胎模型描述輪胎力，并提出了一種側(cè)向和縱向車速非線性估計方法，得到了觀測器的收斂條件[10]。雖然Dugoff輪胎模型的方程簡單，但難以描述輪胎在不同路面下的極限特性，限制了該模型在極限工況中的應(yīng)用。吉林大學(xué)的張琳等人提出了一種基于UniTire輪胎模型的非線性車輛狀態(tài)觀測器[11]。該方法利用UniTire輪胎模型能夠精確描述輪胎特性的優(yōu)點，實時估計車輛在行駛過程中的側(cè)縱向輪胎力，并結(jié)合車輛動力學(xué)模型獲取側(cè)向、縱向加速度的估計值。在得到實際的狀態(tài)量后，崔高健，劉金龍，陳曌，曲代麗等人通過線性二自由度模型計算理想橫擺角速度及質(zhì)心側(cè)偏角并同實際值作比較來判斷汽車是否發(fā)生失穩(wěn)，目前這種方法已經(jīng)被廣泛采用[12]。在此基礎(chǔ)上，丁世宏，黃巖軍，LENZOB等人分別設(shè)計了以橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角以及兩者聯(lián)合為控制目標(biāo)的穩(wěn)定性控制策略[13-15]。郭孔輝院士和林程等人提出了通過質(zhì)心側(cè)偏角-質(zhì)心側(cè)偏角速度相平面圖研究車輛的操縱穩(wěn)定性，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)質(zhì)心側(cè)偏角接近零時，橫擺角速度能夠體現(xiàn)車輛的操縱性。但當(dāng)質(zhì)心側(cè)偏角較大時，輪胎工作在非線性區(qū)，此時橫擺角速度無法描述車輛的行駛軌跡，不能用于表征車輛的穩(wěn)定性，用質(zhì)心側(cè)偏角表征車輛的穩(wěn)定性則更加合理[16,17]。通過研究上述學(xué)者的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單獨以橫擺角速度或者質(zhì)心側(cè)偏角作為控制目標(biāo)是無法適應(yīng)全部工況的，聯(lián)合控制兩者在改善車輛穩(wěn)定性方面更加有效。為了實現(xiàn)對控制目標(biāo)的高精度跟隨，國內(nèi)外學(xué)者將PID控制、模型預(yù)測控制（ModelPredictiveControl，MPC）[18,19]、H∞控制[20]、滑模控制（SlidingModelControl，SMC）等方法用于直接橫擺力矩控制中并取得了較大的進(jìn)展?；贛PC的控制算法，需要在線求解帶約束的優(yōu)化問題，很難保證控制系統(tǒng)的實時性。對于H∞控制算法，在常規(guī)工況下該方法對有界擾動具有較強的魯棒性，但極限工況下的控制效果還有待提高。近年來，基于滑?？刂频闹苯訖M擺力矩控制也受到了極大的關(guān)注，研究表明滑?？刂凭哂芯容^高，結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，而且由于滑動模態(tài)的存在，使得SMC對外界干擾和參數(shù)攝動具有強魯棒性。SIAMPISE,VELENISE,LONGOS等人根據(jù)駕駛員輸入，采用模型跟蹤算法，利用滑?？刂圃?，計算出保證車輛跟蹤參考車輛模型狀態(tài)所需的直接橫擺力矩。但是由于控制器本身包含一個或多個不連續(xù)符號函數(shù)，控制器的輸出總是會出現(xiàn)高頻抖振[21]。吉林大學(xué)的潘威推導(dǎo)了一階滑模、二階滑模、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RadialBasisFunction,RBF）的自適應(yīng)二階滑模三種控制方法用以決策附加橫擺力矩，研究發(fā)現(xiàn)一階滑模需要較為精確側(cè)向力信息，而基于RBF的自適應(yīng)二階滑模能夠自適應(yīng)估計外部干擾且不需要側(cè)向力信息，算法適應(yīng)性和魯棒性得到了提高[22]。2力矩分配研究現(xiàn)狀上層控制器決策出附加橫擺力矩參考值后，需要通過力矩分配將附加橫擺力矩需求轉(zhuǎn)換成對執(zhí)行系統(tǒng)的需求，并通過執(zhí)行層實現(xiàn)。因此力矩分配解決的是如何利用多輪的力矩分配來實現(xiàn)車輛側(cè)縱向運動協(xié)同控制的問題。除了前輪驅(qū)動、后輪驅(qū)動、平均分配等簡單分配方式，針對分布式驅(qū)動電動汽車的特點，國內(nèi)外研究機構(gòu)和學(xué)者也提出了一些智能優(yōu)化分配方法[23-25]，根據(jù)不同的優(yōu)化目標(biāo)，選取三種比較有代表意義的典型力矩分配方法：（1）路面附著消耗率最小的分配方法：以四個車輪總的路面附著消耗率之和最小為目標(biāo)的優(yōu)化分配方法。在滿足同樣的縱向和側(cè)向需求條件下，使路面附著最小，就可以提供最大的附著余量，通過這種方法使輪胎距離飽和區(qū)較遠(yuǎn)，間接上可以提高車輛的穩(wěn)定能力[26]。（2）驅(qū)動系統(tǒng)效率最高的分配方法：以驅(qū)動系統(tǒng)效率最高為目標(biāo)的優(yōu)化分配方法。這種分配方法可以使驅(qū)動系統(tǒng)的效率最高，也就提高了整車的能量利用率，減少能量損失，提高經(jīng)濟性[27]。（3）前后輪同時達(dá)到附著極限的分配方法：該方法以前后軸車輪同時達(dá)到附著極限為目標(biāo)的分配方法。與直線制動時“I”曲線分配類似，這種分配方法理論上可以使車輛在路面附著條件范圍內(nèi)，達(dá)到最理想的轉(zhuǎn)向狀態(tài)，趨于中性轉(zhuǎn)向[28]。在力矩分配方案方面，姚學(xué)松提出了基于固定比例的力矩分配方法，該方法通過調(diào)節(jié)前后輪驅(qū)動力矩比例系數(shù)以及左右輪驅(qū)動力矩比例系數(shù)，實現(xiàn)了四輪力矩分配[29]。這種方法雖然簡單且實時性好，但比例系數(shù)選取較難確定，無法實現(xiàn)最優(yōu)分配效果。同濟大學(xué)余卓平等人提出了一種最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配方法，最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配方法根據(jù)四個車輪在行駛中的實際需求，實時進(jìn)行輪間的轉(zhuǎn)矩分配，直至在四輪和兩輪之間切換，力求達(dá)到最佳經(jīng)濟特性[30]。吉林大學(xué)的武冬梅在分析常見力矩分配方式對車輛性能的影響的基礎(chǔ)上，提出“前后輪節(jié)能分配、左右輪安全調(diào)節(jié)”的綜合力矩分配方法，滿足橫擺力矩需求，同時保證了車輛的節(jié)能性和安全性[31]。黃開啟,羅良銓,程健等提出了一種以提高輪胎附著裕量和改善驅(qū)動性能的轉(zhuǎn)矩分配策略，該方法建立包含輪胎利用率和縱向驅(qū)動力兩個性能的目標(biāo)函數(shù)，應(yīng)用全局序列二次規(guī)劃法求解目標(biāo)函數(shù)[32]。仿真試驗結(jié)果表明：該分配策略在保證車輛穩(wěn)定性的前提下改善了車輛的動力性能，同時提高了車輪附著裕量。綜合對比了多種轉(zhuǎn)矩分配策略，現(xiàn)如今，轉(zhuǎn)矩分配發(fā)展為以多目標(biāo)優(yōu)化控制的分配方式為主。轉(zhuǎn)矩優(yōu)化控制分配的方式能夠考慮汽車的各項參數(shù)和性能，改善整車的穩(wěn)定性，降低能耗，提升動力性能等，現(xiàn)已成為了分布式驅(qū)動電動汽車的焦點。參考文獻(xiàn)趙云峰,楊武雙,李榕杰,宋欣蔓.我國純電動汽車發(fā)展趨勢分析[J].汽車工程師,2020,(07):14-17.楊子.輪轂電機四輪驅(qū)動電動汽車穩(wěn)定性控制策略研究[D].北京：北京理工大學(xué),2016.趙樹恩,李玉玲,余強.基于底盤多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的車輛穩(wěn)定性控制[J].交通運輸工程學(xué)報,2015,15(4):77–85.JALALIM,KHAJEPOURA,CHENS,etc.Integratedstabilityandtractioncontrolforelectricvehiclesusingmodelpredictivecontrol[J].ControlEngineeringPractice,2016,54:256–266.LENZOB,SORNIOTTIA,GRUBERP.Ontheexperimentalanalysisofsingleinputsingleoutputcontrolofyawrateandsideslipangle[J].InternationalJournalofAutomotiveTechnology,2017,18(5):799–811.KANCHWALAH,WIDEBERGJ,ALBACB.Controlofanindependent4WDelectricvehiclebyDYCmethod[J].InternationalJournalofVehicleSystemsModellingandTesting,2015,10(2):168.白玉,桑楠.基于擴張狀態(tài)觀測器的汽車質(zhì)心側(cè)偏角估計[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2013,35(12):154-158.崔高健，劉金龍，陳曌，曲代麗。基于卡爾曼濾波理論的汽車質(zhì)心側(cè)偏角估計[J].機械工程師,2016,(01),111-113.郭孔輝,付皓,丁海濤.基于擴展卡爾曼濾波的汽車質(zhì)心側(cè)偏角估計[J].汽車技術(shù),2009(04):1-3+44.趙林輝.車輛狀態(tài)和路面附著系數(shù)的非線性估計方法研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2009.張琳.分布式驅(qū)動電動汽車狀態(tài)估計與力矩矢量控制研究[D].吉林：吉林大學(xué)，2019.崔高健，劉金龍，陳曌，曲代麗.基于卡爾曼濾波理論的汽車質(zhì)心側(cè)偏角估計.機械工程師，2016,(01)：111-113.DINGS,LIUL,ZHENGWX.SlidingModeDirectYaw-MomentControlDesignforIn-WheelElectricVehicles[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2017,64(8):6752–6762.HUANGY,WANGH,KHAJEPOURA,etc.Areviewofpowermanagementstrategiesandcomponentsizingmethodsforhybridvehicles[J].RenewableandSustainableEnergyReviews,2018,96:132–144.LENZOB,SORNIOTTIA,GRUBERP,etc.Ontheexperimentalanalysisofsingleinputsingleoutputcontrolofyawrateandsideslipangle[J].InternationalJournalofAutomotiveTechnology,2017,18(5):799–811.郭孔輝,付皓,丁海濤.基于擴展卡爾曼濾波的汽車質(zhì)心側(cè)偏角估計[J].汽車技術(shù),2009(04):1-3+44.林程,徐志峰,周逢軍,曹萬科.分布式驅(qū)動電動汽車穩(wěn)定性分層控制策略研究[J].北京理工大學(xué)學(xué)報,2015,35(05):490-493.LUQ,GENTILEP,TOTAA,etc.Enhancingvehiclecorneringlimitthroughsideslipandyawratecontrol[J].MechanicalSystemsandSignalProcessing,2016,75:455–472.MANNINGWJ,CROLLADA.Areviewofyawrateandsideslipcontrollersforpassengervehicles[J].TransactionsoftheInstituteofMeasurementandControl,2007,29(2):117–135.YUANH,GAOY,GORDONTJ