基于线控全轮转向驱动的轮毂电动汽车操控稳定性研究-文献综述

1、深圳大学硕士研究生学位论文文献综述报告书年级2015 级学制 三年姓名 池 成学号2150060508学院（部） 机电与控制工程学院 交通运输工程专业名称 085222专业代码 徐 刚指导教师研究方向 车辆工程2017 年03 月27日1硕士研究生学位文献综述报告撰写要求一、内容要求文献综述是在研究选题确定后（或选题虽末最终确定，但至少已确定了比较具体的研究方向），并在大量搜集、查阅相关文献的基础上，对相关课题或相关领域已有研究成果进行的综合性介绍，目的是理清本课题已有的研究基础及尚存的研究空间，它既可以给研究者在充分借鉴前人已有成果的基础上如何进一步深化本课题的研究指明方向，明确本研究的新意

2、所在。因此，写好文献综述，对于课题研究具有重要作用。文献综述不应是对已有文献的重复、罗列和一般性介绍，而应是对以往研究的优点、不足和贡献的批判性分析与评论。因此，文献综述应包括综合提炼和分析评论双重含义。二、文献综述组成 1标题。文献综述的标题一般多是在论文选题的标题后（若选题尚未最终确定，也可以以研究方向为名）加“研究综述”或“文献综述”字样。 2提要或前言。此部分一般不用专设标题，而是直接作为整个文献综述的开篇部分。内容是简要介绍本课题研究的意义；拟解决的主要问题；如果本课题涉及到较前沿的理论，还应对该理论进行简要介绍；最后要介绍研究者搜集的资料范围及资料来源，其中要讲清查阅了哪些主要著作

3、、在网络中查询了哪些资料库（如中国期刊网全文数据库、学位论文全文数据库等）、并以怎样的方式进行搜索（如通过输入“关键词”或“作者名”或“文章名”进行搜索，一般用精确匹配），共搜索到的相关论文的篇目数量多少，对自己有直接参考价值的论文有多少等信息。3正文。这是文献综述的核心部分。应在归类整理的基础上，对自己搜集到的有用资料进行系统介绍。撰写此部分时还应注意以下两点：其一、对已有成果要分类介绍，各类之间用小标题区分。以下是常见的分类线索：按时空分类（如：本课题的研究历史与研究现状、国外研究现状与国内研究现状）；按本课题所涉2及的不同子课题分类;按已有成果中的不同观点进行分类，等等。其二、既要有概括

4、的介绍，又要有重点介绍。根据自己的分类，对各类研究先做概括介绍，然后对此类研究中具有代表性的成果进行重点介绍。重点介绍时要求要点明作者名、文献名及其具体观点。无论是概括介绍还是重点介绍的文献资料均要求将文献来源在参考文献中反映出来，但不要求一一对应。4总结。对上述研究成果的主要特点、研究趋势及价值进行概括与评价。此部分应着重点明本课题已有的研究基础（已有成果为自己的研究奠定了怎样的基础或从中受到怎样的启发）与尚存的研究空间（本课题已有研究中存在的空白或薄弱环节）。5参考文献。要求列出的参考文献不少于 40 篇，并按论文中的参考文献的格式将作者名、文献名、文献出处、时间等信息全面标示出来。三、格

5、式要求参照深圳大学学报（理工版）格式要求。字数不少于 4000 字。3基于线控全轮转向驱动协调的轮毂电动汽车操控稳定性控制研究文献综述池成 11）深圳大学城市轨道交通学院 广东省深圳市 518000摘要：采用电机直接驱动车轮的轮毂电动汽车是未来汽车极具潜力的发展方向，针对4WIS、4WID轮毂电动汽车操控稳定性控制的发展和国内外研究现状，本文进行分类综述。首先， 介绍了轮毂电动汽车的驱动结构和控制特点；其次，对国内外关于轮毂电动汽车展开的研究进行简要介绍；再次，针对当前轮毂电动车在稳定性控制上取得研究进展进行了分类概述， 并指出了当前研究存在的一些问题；最后，对轮毂电动汽车在稳定性控制领域今后

6、的研究方向与趋势做了简要的展望。关键词：四轮独立驱动；四轮独立转向；轮毂电动汽车；稳定性控制1.绪论近年来，迫于能源与环境的双重压力，推动新能源汽车产业的快速发展已经成为全球各个国家推进交通能源战略转型的重要措施。特别是在国际金融后，为抢占新一轮经济增长的战略制高点，主要汽车工业发达国家纷纷加大对电动汽车的研发投入并且加强政策支持力度1,2。其中，轮毂电动汽车由于采用性的分布式驱动，从而备受关注。轮毂电机将电机置于车轮轮毂位置，电机与车轮组成一体，车轮直接由电机驱动，没有传统内燃机汽车笨重的机械传动系统，且其体积小、比功率大，具有很高的传动效率，可大大简化整车机构和降低整车重量及重心，从而减少

7、电动汽车电池消耗和提高电动车稳定性。四轮独立驱动轮毂电机电动汽车是未来电动汽车重要发展方向。由于四轮驱动力矩独立可控、转矩转速易于测得，因此在稳定性节能方面相对于传统汽车具有显著的控制优势；与此同时，车辆具有更多可控自由度，能减少了对额外传感器和执行器的依赖，便于实现SBW、SBB、SBD、TCS、DYC、ASR、ESP、AFS等主动安全技术的集成控制，能显著增强极限工况下车辆稳定性储备裕度，从而使车辆拥有更佳的主动安全性。因此，业界亦将轮毂电车称之为电动汽车的终极驱动形式3。目前，轮毂电动汽车尚处在研发中，国内外许多高校企业都投入了大量精力，也取得许多喜人的研究成果，但是其距离实际量产依旧还

8、存在许多关键技术难题，其中最为迫切的是轮毂电动汽车操控稳定性研究。车辆的操纵稳定性是指在驾驶员不感到过分紧张、疲劳的条件下，车辆能遵循驾驶员意图行驶的能力，且当遭遇外界干扰时，车辆能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力4，主要强调车辆对侧向动力控制，它是决定极限转向等情况下车辆安全性能的主要因素，也是车辆动力学品质最基本的保证，因此稳定性控制是车辆动力学控制的核心内容。与传统集中式驱动车辆不同，由于采用了分布式驱动机构，轮毂电动汽车各轮相对独立，增加了驱动轮的运动自由度，这就使得四轮毂独立驱动电动汽车的转矩协调控制成为稳定性4控制亟待解决的关键技术之一。此外，各执行机构间原本的机械约束作用消失，导致了

9、各大执行系统的结构属性模糊，当多个子系统同时作用时，由于车辆的耦合特性，加剧了原本就存在执行器复用共生问题，使得此类问题更加复杂，对整车稳定性控制带来了严重的消极影响。例如，由于差动驱动造成的差动转向效应，使驱动系和转向系之间存在着严重的目标冲突与干扰。同理，传统汽车上利用差动制动原理实现的稳定性控制系统，也难以通过平台迁移实现对轮毂电动汽车的稳定性控制。简而言之，轮毂电动汽车稳定性控制需要着重解决的就是执行器分配控制，以及避免执行器复用共生等一系列问题。2.轮毂电动汽车国内外研究现状分布式驱动轮毂电动汽车在稳定性、主动安全控制和节能方面相对于传统汽车具有显著的控制优势，因此国内外针对分布式驱

10、动电动汽车进行了大量的系统研究和实验车辆开发， 为动力学系统研究提供可靠平台。最早的轮毂电机驱动电动车源于保时捷的大胆设想，其取消原有的发动机与动力传动系统，采用两个内置前轮的电机直接驱动。如今，轮毂电动汽车在电子稳定控制、系统集成等方面有了长足进步。例如，针对不同应用需求，日本庆应义塾大学分别开发了高速型和高动力型二款八轮独立驱动电动车 “Ellica”5，如图1（a），进行了一些列的牵引控制研究；三菱汽车（Mitsubishi Motor）公司利用轮毂电机力矩独立控制的特点进行动力学稳定性控制，推出了MIEV概念车6；东京大学Hori教授7,8则基于现有量产车开发了四轮驱动的概念电动车“U

11、OT Electric March”；东京农工大学永井正夫教授9所领导的实验室为研究DYC与SBW 集成控制，提出了轮毂电机驱动的 NOVEL系列微型车技术解决方案；美国通用公司10相续开发了后驱轮毂电机驱动雪弗兰轻型概念车Hy-wire和氢燃料轮毂电动汽车Seque，如图1（b）；美国俄亥俄州立大学11在所开发的四轮轮毂电动汽车上，重点研究驱动和再生制动模式下的力矩分配和节能控制。除了民用领域外，通用公司开发了新一代多轮驱动“悍马”车，极大的改善了车辆的经济性和动力性，减小补给压力。为保持舒适性和操纵性，通过对驱动、转向、制动、悬架在车轮单元的集成， VOLVO12和法国米其林13分别推出了

12、提出的ACM（Autonomous Corner Module）和active wheel motor概念车轮总成。由此可见，轮毂电动汽车已被世界视为未来电动汽车领域发展的重要方向。（a）（b）图1 典型分布式驱动轮毂电动汽车（c）国内针对分布式驱动电动车也开发了相应的试验平台并进行了相应的稳定性、平顺性等研究。例如，同济大学14相继开发了春晖一号、春晖二号和春晖三号等分布式驱动电动车； 清华大学15,16针对城市个人短途工况设计了满足相应实用性和经济性要求的微型分布式驱动电动车“哈利”；吉林大学17,18为了进行线控轮毂电动车集成控制方法研究，设计了全线控5轮毂电动车平台，如图1（c）；此外

13、，上海交通大学19、山东大学20等大学及科研所也针对分布式驱动电动车研究进行了实验样车开发。综上所述，虽然目前国外不少机构针对轮毂电动汽车不同领域研究提出的一些产品级解决方案，但是实际上这种汽车的结构极其复杂，迫于安全和可靠性的原因，现阶段还远远达不到的民用化水平。相比之下，我国对于四轮驱动轮毂电动汽车研究与国外都存在着较大的技术差距，总体上还处于起步阶段。因此，要充分发挥四轮独立驱动、四轮独立转向轮毂电动车拥有的驱动结构优势，还需在稳定性与节能控制等方面进行深入的理论研究和实践探索，开展细致、深入、系统的研究，这将对轮毂电动车稳定性电控系统产生深远影响，对未来智能汽车形式都将起到推动性意义。

14、3.轮毂电动汽车操控稳定性国内外研究现状3.1 控制策略研究现状与趋势车辆稳定性主要强调对车辆侧向动力学特性的控制，即通过对轮胎侧向力的合理控制， 以达到期望的车辆横摆稳定性。事实上，侧向动力学是一个异常复杂的非线性问题，执行器难以精确地控制侧向力，即目前尚无任何技术能够实现对侧向力的直接控制，这是困扰车辆稳定性研究的关键。幸而，车辆轮胎动力学的内在耦合特性，使得侧向力学特性与纵、垂向动力学之间耦合在一起。因此，车辆稳定性控制的关键问题，便是通过对轮胎垂向力、纵向力的合理分配，使车辆状态远离失稳边界，从而提升车辆稳定性裕度，同时增强车辆主动安全性。目前，采用的控制方法相应分为三类：主动转向控制

15、（AWS）、侧倾刚度控制(RSC)和直接横摆力矩控制(DYC)。AWS 作用于轮胎线性区，而在非线性区的效果并不明显。由于受到轮胎非线性饱和因素影响，其单独控制效果无法得到本质上的提升。RSC 主要利用轮胎侧偏刚度与垂向力的非线性耦合关系，通过调节悬架侧倾刚度，产生期望侧倾力矩来提高操纵稳定性；该类方法严重依赖于主动或半主动悬架技术（ASS），在载荷转移明显时才具有效果4。总体上适用工况较窄，且依赖尚未成熟主动悬置技术，应用较少。DYC 利用轮胎纵向力和侧向力间的非线性耦合关系，通过驱动或制动使各轮产生纵向力差，产生直接作用于车辆的横摆力矩。得益于 DYC 控制在位姿调整的上的显著效果，该类控

16、制方法在车身稳定性系统（ESP、VSC） 得到了良好的运用，主要用于在极限工况介入提升整车安全性，逐渐成为目前车辆上主流稳定性控制系统。现有的集中式驱动汽车电子控制系统一般都由不同的厂商在不同时期分别开发和提供， 并往往围绕提高某一特定性能指标或实现某一特定控制目标而设计。各个子系统缺乏甚至也无法考虑与其它系统之间的协调，因而相对封闭和独立，自成一体。当多个控制子系统同时作用时，彼此缺乏协调，由于车辆的耦合特性，容易产生冲突和干扰21。主要表现同一控制目标往往可以通过一个或若干个不同执行机构以不同的控制系统来实现；而同一控制变量也往往可以用于不同的控制系统以实现不同的控制目标；同时，汽车在三维

17、空间六个方向上的动力学耦合使得一个控制系统的输入将对其它系统产生干扰或制约，即使不同控制系统的控制目标不同，也有可能因为车辆动力学的耦合产生冲突。相比之下，轮毂电动汽车取消差速器、转向梯形等机构，各轮之间缺少有效的机械收束6作用，致使传统汽车原有的结构属性变得模糊。传统汽车上的稳定性控制系统，例如 DYCVSCABSAFSARSTCS 等技术，在轮毂电动汽车上存在着更为严重的执行器复用共生问题，从而不能通过简单移植实现车辆操纵稳定性控制。因此，稳定性控制系统的集成研究成为当前轮毂电动汽车稳定性控制研究的热点，并相续产生了三大类集成控制策略，依次是； 基于信息共享的集成控制策略、基于仲裁协调的集

18、成控制策略、基于子系统功能融合的集成控制策略。1)基于信息共享的集成控制策略早期的集成控制主要利用信息共享实现，其特征在于各大子稳定控制系统的决策器相互独立，通过总线相关联后，利用信息共享达到一定的集成效果。例如，丰田的 Kizu22等人通过分析汽车各子系统间的耦合关系，推出概念车 FXV-II ( Future experimental Vehicle-II )， 通过信息共享实现了主动空气悬架、主动后轮转向、带限滑差速的全时四驱控制与牵引力控制、防抱死制动系统、自动巡航与跟随的集成控制。同样，丰田的 Sato23-25等人提出交互式自适应控制的概念，使用所有相关系统的状态计算特定系统的目标

19、值，并在 CELICA 和SOARER 上进行了应用。利用交互式自适应策略，三菱的 Mitamura26等人实现了对制动和转向集成。Taheri27等在设定 ABS 最优滑移率时考虑了车轮转角的影响，以改善强制动大转角时车辆稳定性。2)基于仲裁协调的集成控制策略利用仲裁策略与算法对子系统进行协调的集成策略，多通过设置额外的协调控制器实现。例如，Guvenc 28等对主动转向和差动制动的协调控制做了初步研究，二者共同作用时，通过给定的分配系数将附加横摆力矩分配至两个系统。Delphi 的 Bedner29等通过设置Supervisory 控制单元对 4WS 与 VSE 进行了协调控制，其策略为优

20、先使用主动转向干预，当主动转向能力不足时使用主动制动进行干预。Ford 的 Burgio30等利用系统反馈线性化方法对 AFS 和 ESP 进行协调控制，当 AFS 达到饱和后，剩下的稳定横摆力矩由主动制动来实 现。同济大学姜炜31等根据侧向加速度划分 AFS 和 DYC 的作用域，随着侧向加速度的增 大，依次采用 AFS 单独作用、AFS 与 DYC 共同作用、DYC 单独作用。余卓平32等设定多个行驶工况并通过分析规定各工况下使用的执行器对 AFS 与 ESP 进行了集成，当 AFS 与ESP 共同作用时，通过依据工况确定的权重系数计算各自应承担的控制量。Hwang33采用侧偏角相平面图判

21、断当前车辆状态，当车辆处于稳定范围内时使用 AFS，当车辆即将失稳时同时使用 AFS 与 ESP。Sunderland 大学的 Rengaraj34等研究了 AFS、ASS、ESC 和可变驱动 分配系统 (VTD) 的集成控制系统，研究分析了子系统各自的工作区域，通过基于模糊规则的协调控制器协调各子系统。3)基于子系统功能融合的集成控制策略将子系统的车辆状态功能集成到独立的集成控制器协调集成方法，只保留执行器的执行分配控制功能，子稳定系统的决策功能集中到了集成控制中。通用公司的 Fruechte35等人就提出了基于功能集成的汽车转向、制动、动力传动和悬架的集成控制概念。Boada36等不依赖车

22、辆模型，通过建立质心侧偏角、横摆角速度与附加稳定横摆力矩、主动前轮转角间的模糊规则计算期望的控制输入。类似的，杨福广20,37等针对低附着高速工况下的操纵稳定性， 设计采用模糊控制集成器实现了 AFS 与 DYC、ARS 与 DYC 的集成控制。上海交通大学喻凡38等人基于时变线性二自由度车辆模型设计了 MPC 控制器。吉林大学杨建39森通过建立七自由度车辆模型，以车辆前轮转角与四个车轮转矩为控制变量，直接应用模型预测控制建7立汽车集成控制算法。武建勇40等设计了车身侧偏角滑模观测器，基于鲁棒模型匹配控制对AFS 与 DYC 进行集成。由于信息共享式集成保留了各子系统的完整结构，集成程度较低，

23、总体上对提高汽车稳定性作用有限，基本被边缘化。相比之下，基于仲裁控制策略，采用自底向上（Bottom-up）、针对特定硬件配置的设计思路，但集成控制带来的性能提升仍然有限。这种弊端主要表现在利用规则和逻辑判断以决定执行器的选择和控制量的分配方式，难以适应汽车行驶复杂的动态过程，牺牲了执行器的独立性。鉴于以上原因，目前第三种集成控制策略成为研究热点。由于采用自顶向下（Top-down） 的开发思想，算法集成度高，并在设计初始便充分考虑了整车的动为学特性，所以理论上可以达到全局最优的动力学响应，这种控制架构是未来汽车底盘控制系统的发展趋势。这种设计模式的复杂度非常高，在加大中央控制器计算负担的同时

24、，也牺牲了算法的鲁棒性和可扩展性。为了简化集中式控制的实现难度，行业普遍的做法是采用自上而下的设计模式将集成控制器进行功能上的划分，通过分层式架构实现与集中式控制方法等同的整体控制效果。3.2 主动转向与横摆力矩集成研究现状4WID、4WIS 轮毂电动车机械收束作用消失导致的结构属性模糊，主要体现在轮毂电动汽车可通过差动的方式驱动，即同一轴上实行扭矩不等分配，产生的差动助力转向效应和附加横摆力矩，对车辆的稳定性和转向特性都有较大影响。此时，轮毂电机拖动的车轮不仅是驱动系统的执行器，更是转向系统的重要组成部分。此外，轮毂电动汽车的非线性耦合作用导致基本不可能通过对二者单独控制实现对理想状态的追踪

25、。当然，传统的 DYC 未直接利用轮胎侧偏力学特性，横摆力矩控制不符合转向运动的基本机理，因此对于车辆侧向运动控制并非总是理想，表现在车辆纵向速度的波动，会削弱驾驶员的操纵信心和驾乘舒适性。于是，为兼顾平顺性，出现了将各种系统进行集成的车辆动力学横摆稳定性控制，其中主要是主动转向与直接横摆力矩的集成21。轮毂电动汽车通过差动驱动的方式实现 DYC 控制，不产生纵向速度损失，介入较传统差动制动更为温和；同时，AWS 可以缩短横向加速度及偏转运动的响应时间,减小车体的侧偏角，从而提供良好的操纵性，在驾驶舒适性方面具有优势；因此针对轮毂电动汽车的稳定性控制研究集中在 AWS 和 DYC 集成融合，即

26、主动转向与转矩协调控制。对此，日本东京农工大学 Masao Nagai41研究了主动前轮转向（AFS）和 DYC 集成控制、主动后轮（ARS）和 DYC 集成控制。论文采用模型跟踪控制方法，通过对横摆角速度、质心侧偏角期望值的跟踪，计算出所需的主动转向角和横摆控制力矩，利用前馈和反馈补偿器进行补偿。德国大陆公司42 ESC是在底盘稳定性控制系统 ESC 的基础上集成 AFS 控制，AFS 可以补偿一部分由于差动制动造成的横摆力矩，控制系统自动修正方向盘转角，减轻了驾驶员负担并保证了稳定性。美国俄亥俄州立大学 Junmin Wang43研究了四轮独立驱/ 制动、四轮独立转向车辆的集成控制算法。该

27、控制算法通过上层非线性滑模控制器计算出车辆理想运动所需的总纵向力、总侧向力和总横摆力矩以实现，在下层分配层通过对四轮转角和四轮驱制动力矩分配满足所需的总的力和总的横摆力矩的需要。英国利兹大学 Crolla44 运用滑模控制理论设计集成控制器对车辆 AFS 和动力学稳定性控制（DSC）进行集成控制，减小两子系统之间的功能冲突、提高汽车底盘集成控制性能。8国内上海交通大学喻凡教授45课题组，提出了广义执行器-受控对象的车辆底盘集成控制体系，对车辆底盘集成控制展开了深入研究，采用滑模控制方法、鲁棒控制方法进行了车辆纵向滑移率（TCS）集成控制研究。山东大学的杨秀建46等人采用线性二自由度模型设计了主

28、动前轮转向和主动制动最优保性能集成控制算法，提高考虑侧偏刚度不确定性下的极限工况下汽车稳定。山东大学杨福广20分别采用模糊最优控制方法和模糊控制方法设计了AWS 和 DYC 集成控制算法，并进行了样机的试验。清华大学刘力47等采用广义预测理论设计了 AFS 和 DYC 集成控制算法，研究了不同模式间的平滑切换和随车辆状态反馈变化的控制权重调节问题。吉林大学朱冰48等人设计了主动转向与主动制动集成控制的多变量频域控制方法；吉林大学宗长富教授49基于模型预测控制理论对 AWS 和主动制动进行了集成控制研究。综上所述，针对主动转向和横摆力矩集成控制，国内外都已经进行深入探索，并取得了一定研究成果。但

29、是，此类研究成果多是基于单独 AFS 或者 ARS 与 DYC 的集成，少有对4WS 与横摆力矩的集成控制研究，在全轮主动转向与横摆力矩控制集成研究存在较大空白。四轮主动转向对车身姿态微调上存在较大的优势，单纯的前轴或者后轴与转矩的集成控制， 显然造成了一定的执行资源的浪费，未能充分发掘轮毂电动车在稳定性控制上的潜力。因此开展全轮转向与全轮驱动协调集成的控制研究将是必然趋势。3.3 分配控制研究现状转矩协调分配作为 DYC 的下层控制部分，作用是：按照一定的分配方法，将车辆运动控制所需的控制力，分配到各执行器中，执行器包括制动器和轮毂电机，由多个独立可控的电动轮各自输出转矩，共同产生车辆运动控

30、制所需的控制力。目前，转矩分配主要包括基于规则的分配方法，以及基于优化函数的控制分配方法。（1） 基于规则的分配方法该方法的重点在于制定分配规则。Jackson50针对 6x6 轮毂电机驱动车辆，采用模糊控制进行转矩分配，根据横摆角速度偏差及其变化率，制定了 49 条模糊规则，输出左右两侧电机转矩指令，其中同侧转矩存在比例分配关系。Osborn51采用两个并联 PI 控制器进行转矩分配，一个 PI 控制器根据横摆角速度偏差确定前后轮转矩分配系数，另一个 PI 控制器根据侧向加速度偏差确定左右轮转矩分配系数。吉林大学王庆年52-54课题组按照大小相等、方向相反的规则，在 PID 控制的作用下分配

31、左右电动轮转矩，得到转矩差，实现转向助力。吉林大学陈禹行55设计了一种纵向力分配规则，该规则根据不同电动轮对横摆力矩贡献度的不同，选择贡献度最大的电动轮优先输出转矩，当该轮达到约束边界后，再根据电动轮的贡献度从大到小依次介入。褚文博56设计了分别针对车辆动力性和稳定性的转矩分配策略，制定了单轮打滑情况和同侧双轮打滑情况下的转矩分配规则，该方法计算速度快，但是需要在动力性和稳定性之间作出一定的取舍。（2） 基于优化函数的控制分配方法该方法的主要内容是目标函数确定，以及约束条件的目标函数求解。okhiamar57首次提出轮胎负荷率的概念，以所有轮胎负荷率之和最小为目标函数，通过求目标函数的极值获得

32、最优解。在上述基础上，Mokhiamar58还对目标函数中的轮胎负荷率进行加权，利用权重系数调整轮胎力的优先级。Novellis59,60提出 4 种针对不同性能的目标函数，分别针对驱动9系统能量效率最优、电动轮滑移率与平均滑移率偏差最小、电动轮驱动功率最小、轮胎平均负荷率最小，并以上层控制量为等式约束条件，以电机输出能力、电池功率限制、轮胎力摩Kim61-65擦圆为不等式约束条件，采用内点法分别计算上述目标函数的最优解。韩国学者等人针对 4X4、6X6 和 8X8 毂电机驱动车辆进行了一系列研究，在文献61中根据横摆角速度偏差建立目标函数，通过 Bryson 法则计算目标函数中的权重矩阵，然

33、后采用广义逆法求解该目标函数；文献62考虑轮胎纵向力的负荷率作为目标函数，通过求目标函数的极值获得最优纵向力分配；文献64根据横摆角速度与参考状态之间的关系，将车辆行驶状态分成 4 种，并根据这 4 种状态调整目标函数中的权重系数。随着数学规划算法的应用普及，采用数学规划算法来求解转矩分配问题是当前研究的热点。Kang66等人以电动轮负荷率最小，构建二次目标函数，将约束条件通过加权系数合并到目标函数中，考虑到了轮胎负荷率、电池 SOC、防滑条件等因素，将二次规划问题变成加权最小二乘问题。Plumlee67等针对一般的二次规划算法对外部干扰和参数变化的鲁棒性不足，采用修正的符号保持二次规划算法求

34、解带等式和不等式约束的二次优化问题。熊璐68 对求解约束二次优化问题的三种常用方法分别进行了比较，这三种方法包括再分配伪逆算法、层叠广义逆算法和加权最小二乘法，并指出加权最小二乘法的求解速度最快，且精度满足控制要求的特点。以上分配策略中，基于规则的转矩分配策略共同特点是电动轮转矩之间存在比例关系，降低了计算量和分配难度，计算量小，求解速度快，这在实时性上具有较大的优势，且对控制系统精度要求不高。但是，基于规则的分配控制不能很好地处理执行器约束条件，其中的某些电动轮容易提前达到约束边界，而其他电动轮未充分发挥作用，牺牲电动轮驱动独立可控自由度。基于优化函数的转矩分配，由于考虑了车辆状态信息、路面

35、附着等条件，因此能对外界运行变化工况做出适应性响应；同时，车轮之间转矩没有约束关系，可以充分发挥在快速调整车辆位姿时转矩独立的技术优势。因此，采用优化函数的转矩分配方式成为目前研究主流。然而，目前不少研究对于约束的考虑还过于简单不够全面，往往只限于轮胎与地面的附着约束。虽然一些研究也考虑了执行器约束，但这种将约束简化为轮胎力上下限的方式，较少地考虑轮胎力纵横耦合特性，因此在优化过程中存在约束缺失或定义不准确导致执行资源浪费，在一些复杂工况下难以满足实际的约束条件情况。此外，基于执行器稳态特性的分配策略，往往只考虑执行器幅值特性，这种将执行器动态特性简化成静态约束的做法虽可降低控制系统的复杂程度

36、，但却不具有实际应用价值。因为忽略执行器的瞬态特性和彼此的瞬态响应差异，其结果是导致控制系统的动态分配误差，严重影响控制性能和效率。因此，充分考虑系统多约束条件，基于执行器动态特性的分配控制方法应该得到重视。4.结论与展望对电动汽车多轮独立驱动技术进行研究，不仅能提高电动汽车的安全性、操控性、稳10定性，而且能进一步提高电动汽车的经济性和舒适性。虽然目前在轮毂电动汽车稳定性控制方面应用及理论研究取得了一定的成果，但总体来说仍处于起步阶段和探索阶段，远未达到实际运用的要求。因此，针对以上研究不足，以下几方面在今后的稳定性控制研究中应该得到重视：（1）全轮主动转向与横摆力矩集成控制研究。目前，对主

37、动转向和横摆力矩集成控制多是基于单独AFS或者ARS与DYC的集成，在全轮主动转向与横摆力矩控制集成研究存在较大空白。四轮主动转向对车身姿态微调上存在较大的优势，单纯的前轮或者后轮主动转向与横摆力矩的集成控制，显然造成了一定的执行资源的浪费，未能充分发掘轮毂电动车在稳定性控制上的潜力。因此，在车辆动力控制基础上，开展全轮转向与全轮驱动协调集成控制研究应当成为下阶段研究中得到重视，也是提高轮毂电动汽车集成控制度必须解决的课题。（2）基于执行器动态特性的多约束分配控制研究。执行器动态特征是过驱系统控制分配研究中的关键因素，基于执行器稳态特性的分配策略，由于忽略执行器的瞬态特性和彼此的瞬态响应差异，

38、易导致控制系统的动态分配误差，严重影响控制性能和效率。这种基于静态简化执行器模型的控制与真实情况存在较大的差距，所取得的研究成果难以具有实际工程价值。与此同时，当前研究中也存在着对轮胎力纵横耦合特性考虑不足的导致分配求解失败问题。因此，基于执行器动态特性的多约束优化分配控制研究是亟待开展的，其对推动分配控制理论的的实用化具有重要意义。（3）电机及驱动系统的可靠性研究。系统自身的可靠性也是车辆稳定性控制系统的重要内容，上述稳定性控制研究成果都是基于执行器正常工作前提的。事实上，车辆运行工况较为复杂、工作环境恶劣，容易引发执行器失效。若对此类故障处理应对不足，对车辆稳定性控制系统将产生致命影响，控

39、制系统自身稳定性。因此，进行驱动系统可靠性及故障工况下的稳定性控制研究必须得到重视。针对轮毂电动汽车稳定性控制研究中存在的不足，拟从全轮主动转动与横摆力矩集成控制研究，以及基于执行器动态特性的多约束分配控制二方面入手，进行轮毂电动汽车操控稳定性控制研究。针对主动转向和横摆力矩集成控制和基于多约束优化分配控制，国内外都已经进行深入探索，并取得了一定研究成果，可为本课题研究提供重要理论指导。鉴于课题研究内容要在AFS或者ARS与横摆力矩集成控制基础上，实现全轮主动转向与横摆力矩的集成控制，引入了额外的控制自由度，因此必须实现对多状态变量的联合控制，增加了解耦工作量，导致了运动跟踪控制算法的设计困难

40、。此外，执行器的动态特性产生的影响需经过轮胎与地面的非线性作用才能体现到系统中，因此如何将执行器动态特性转化为动态约束，本身就是难点。此外，由于执行器彼此间的构造和响应特性并不完全相同，将这种彼此间的频域特性差异再反映到系统约束中，进一步加剧了系统约束设定复杂程 度。因此，利用DYC分层式集成控制结构，充分考虑执行器动态特性约束，进行基于全轮主动转向与横摆力矩的集成控制研究，实现轮毂电动汽车稳定性、舒适性、主动安全性将11是崭新的研究内容，能够充实轮毂电动汽车稳定性控制理论，推动控制理论的实际应用。参考文献节能与新能源汽车产业发展规划（20122020 年）1.EB/OL. 2012-06-2

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