轮毂电机驱动车辆极限工况操纵稳定性控制
常见极限工况分析
主动追求极限—比赛成绩与驾驶乐趣
➢赛车手追求最优圈速
➢竞争性驾驶
◼被动进入极限—主动安全
➢鱼钩测试
➢麋鹿测试
极限工况特点
➢汽车悬架、轮胎进入非线性区
➢轮胎六分力强耦合
➢瞬间失稳（毫秒级）
分布式驱动稳定性控制
四轮独立驱动四轮独立转向车辆
➢单个电动轮转矩精确可测
• 轮端驱动转矩和电制动转矩精确控制
• 更精确的车辆状态估计
➢各轮驱动、制动、转向独立可控
• 独立驱/制动可在满足纵向力不变条件下产生额外的横摆力矩
• 独立转向可解除传统转向梯形机械结构限制
动力学控制边界最广，动力学潜能最大，为更好的操纵稳定性控制提供了可能
分布式驱动稳定性控制
四轮转向 (4WS) 控制
➢作用效果
• 提高车辆后轴侧向力响应
➢控制目标
• 以质心侧偏角为主
➢控制方法
• 使用LQR、SMC和MPC等控制方法
➢测试场景
• 转向阶跃输入、正弦输入、双移线等
分布式驱动稳定性控制
横摆力矩 (DYC) 控制
➢作用效果
• 改善车辆转向特性
• 提高车辆稳定性
• 提高对路面附着的利用率
➢控制目标
• 横摆角速度，质心侧偏角
➢控制方法
• 使用LQR、SMC和MPC等控制方法计算横摆力矩
• 进行轮胎力分配
➢测试场景
• 转向阶跃输入、正弦输入、双移线等
速度优势
➢ 后轴侧向力响应更快
➢ 转向特性更线性
➢ 附着利用更充分
稳定性优势
➢ 后轴侧向力响应更快
➢ 转向特性更线性
➢ 轨迹跟踪误差小
四轮独立驱动四轮独立转向实验车
➢ 四轮毂电机，四转向机
➢ 整车500kg
➢ 单台轮毂电机峰值功率15kW，峰值转矩350Nm
➢ 快速原型控制器，支持代码生成
➢ GPS+IMU组合惯导
➢ 悬架位移传感器、车轮转角传感器等
轮胎力学应用
轮胎作为车辆与道路唯一接触部件，是汽车动力学控制主要外力来源
极限工况动力学控制效果直接取决于轮胎力学特性研究是否深入
峰值轮胎力的确定，不仅影响轮胎力分配效果，同时影响分布式驱动可控力域大小，进一步影响上层运动控制决策
胎面运动状况复杂，接地印迹内各点速度和微元切向力大小不同，方向不同。
接地面积，接地压力分布，黏着滑移区域分布研究有利于峰值轮胎力计算与控制算法开发。
魔术公式
➢ 对稳态六分力数据拟合精度较 高
➢ 拟合参数过多，拟合成本过高
➢ 不能从结构层面给出轮胎六分力产生作用机理解释
➢ 缺少极限数据时，外推结果不可信
轮胎力学应用
建立适用于极限工况汽车动力学控制的轮胎复合工况模型
➢精度
➢模型复杂度（实时性）
➢理论意义◼模型建立方法
➢理论公式
➢有限元模型
➢实验数据
轮胎模型参数化试验
➢稳态试验—复合工况稳态六分力试验等
➢瞬态试验—动态滑移率侧偏角下的六分力试验（纵侧向松弛长度）
分布式驱动漂移初探
当汽车行驶状态已经超出控制极限发生失稳时，可采用漂移控制。
➢避免T-bone collision
➢避免二次碰撞的碰撞后控制
分布式驱动车辆的过驱动特性使得在漂移过程中可以同时跟随变曲率半径、变参考质心侧偏角、变参考车速的路径。
当汽车行驶状态已经超出控制极限发生失稳时，可采用漂移控制。
分布式驱动车辆的过驱动特性使得在漂移过程中可以同时跟随变曲率半径、变参考质心侧偏角、变参考车速的路径。
