四轮独立驱动电动汽车直接横摆力矩控制方法研究.pdf

摘要

摘要

中国机动车和驾驶人员总量已经位居全球首位，汽车出行已经成为居民出行的主

要方式。随着汽车保有量不断攀升，也带来了环境污染、能源短缺和交通问题等一系

列挑战，人们对于车辆出行的环保和安全越来越关注。本文根据四轮独立驱动电动汽

车的特性，重点研究直接横摆力矩控制方法，本文主要研究工作分为如下四个方面：

1.针对四轮独立驱动电动汽车转向时的动力学特性，设计了包括电动汽车车身

动力学模型、车轮动力学模型、轮胎模型、电机模型以及驾驶员模型的车辆七自由度

模型，为车辆状态估计与环境感知以及直接横摆力矩控制器设计提供基础模型。

2.轮胎侧偏刚度、纵向车速、横摆角速度以及车辆质心侧偏角是车辆保证侧向

操纵稳定性的重要参数。应用带有遗忘因子的递推最小二乘法估计前轮轮胎侧偏刚度

和后轮轮胎侧偏刚度，设计了基于扩展卡尔曼滤波的车辆状态观测器估计纵向车速、

横摆角速度以及车辆质心侧偏角。

3.车辆直接横摆力矩控制系统能够有效地提升车辆极速过弯和紧急避让时的操

纵稳定性，搭建了包括参考模型、DYC（DirectYawMomentControl）控制器和力矩

分配的直接横摆力矩控制系统。应用二自由度车辆模型设计参考模型，采用优化分配

策略进行力矩分配，重点讨论不同控制算法的DYC控制器设计。利用PID控制、模

糊控制、基于横摆角速度的滑模控制以及基于车辆质心侧偏角的滑模控制进行DYC

控制器设计，搭建了四种不同的直接横摆力矩控制系统。模拟蛇形工况进行仿真测试，

仿真结果表明，设计的控制系统有效提升了车辆侧向稳定性。

4.为更加全面地验证控制策略的有效性，本文应用Carsim和Matlab/Simulink搭

建联合仿真平台进行仿真验证。选用不同车速和低摩擦系数的双移线工况，通过综合

对比分析提出的直接横摆力矩控制策略，即基于车辆质心侧偏角设计滑模控制器的车

辆直接横摆力矩控制系统进行仿真验证，仿真实验结果表明，本文设计的控制策略能

有效地保证车辆的侧向安全稳定性。

关键词：四驱电动汽车车辆状态估计车辆横摆力矩控制力矩优化分配

I

Abstract

Abstract

Chinastotalnumberofmotorvehiclesanddrivershasrankedfirstintheworld,and

cartravelhasbecomethemainmodeoftravelforresidents.Withtherisingcarownership,

italsobringsaseriesofchallengessuchasenvironmentalpollution,energyshortageand

trafficproblems,andpeopleareincreasinglyconcernedabouttheenvironmentalprotection

andsafetyofvehicletravel.Thispaperfocusesonthedirect-yaw-momentcontrolmethod

accordingtothecharacteristicsoffour-wheelindependentdriveelectricvehicles,andthe

mainresearchworkofthispaperisdividedintofouraspectsasfollows:

1.Inthispaper,wedesignaseven-degree-of-freedomvehiclemodelincludingan

electricvehiclebodydynamicsmodel,awheeldynamicsmodel,atiremode