天天头条：湖南大学机械与运载工程学院研究成果：分布式电动汽车驱动力分配控制方法研究

发表于: 2022-09-14 18:27:31 来源：搜狐汽车

《汽车工程》2022年第7期发表了湖南大学机械与运载工程学院研究成果“分布式电动汽车驱动力分配控制方法研究”一文。论文提出了针对驱动电机正常工作和故障模式下的驱动力优化分配策略，该协调控制策略在正常工作和故障模式下均能较好地跟踪期望车速，并使得侧向和横摆方向误差保持在较小范围内。

研究背景

分布式电动汽车凭借其传动效率高、四轮独立可控和驱动系统固有冗余等优势，近年来得到学术界和工业界的广泛重视。然而，现有分布式驱动车辆驱动分配方法针对驱动电机正常与故障工况下的一体化操纵稳定性控制不多；且较少考虑故障工况下驱动电机的输出能力，可能无法产生足够横摆力矩以维持车辆稳定。

(资料图片仅供参考)

研究内容

1. 四轮正常驱动下的分配控制策略构建：首先依据行驶车速偏差基于PID控制计算总纵向力，并结合横摆角速度与质心侧偏角偏差分别设计横摆力矩滑模控制器，设计加权模块求得附加横摆力矩。将轮胎侧向裕度作为优化目标函数，考虑驱动电机容量、路面附着条件等约束，利用二次规划求得四轮最优驱动力。

图1 分配控制策略架构图

2. 驱动电机故障下的分配控制策略构建： 驱动电机发生故障时，驱动力重新分配会导致故障同侧车轮的电机输出力矩增大，如若执行器过饱和并令其强制输出峰值力矩，电机会在短时间内烧毁或自动降低力矩输出；并且由于驱动电机发生过饱和，仅通过驱动力分配将无法产生足够的横摆力矩，车辆仍会偏离期望轨迹；因此，当驱动电机达到其输出限制时，考虑协同前轮转向的方式进行分配控制，实现车辆操纵稳定和动力性多目标最优控制。

3. 仿真验证：在Carsim和Simulink搭建联合仿真模型并进行仿真分析，并与平均分配到四个车轮的控制方式作为对比，验证优化分配的控制效果。

研究结果

1. 四轮正常驱动时优化分配仿真分析：在正常工作模式下，可通过控制左右侧车轮驱动转矩来维持车辆横向跟踪能力，同时质心侧偏角维持在稳定范围内，优于平均分配。由于纵向力采用等式约束，两者车速均在期望值附近。

图2 车辆横摆角速度曲线

图3 车辆质心侧偏角曲线

图4四轮驱动转矩变化曲线

图5车辆车速变化曲线

2. 驱动电机故障下协调控制仿真分析：

（1）驱动电机故障下直线行驶协调仿真分析：在第4、7s电机出现故障导致车辆偏离期望轨迹，故障同侧电机增大转矩输出使得横摆角速度和质心侧偏角迅速收敛到期望值附近；由于滑模厚度设置为0.1，所以横摆角速度误差值均保持在0.1（°）/s内。将纵向力与横摆力矩等式约束松弛后，车辆仍能较好跟踪理想车速，并未出现动力性明显下降。

图6车辆横摆角速度曲线

图7 车辆质心侧偏角曲线

图8四轮驱动转矩变化曲线

图9 车辆车速变化曲线

（2）驱动电机故障下转弯行驶协调仿真分析：在第5s车辆右转弯时外侧电机出现故障导致车辆呈现不足转向趋势，而在左转过程中故障电机变为内侧导致车辆呈现过多转向；为减小横摆角速度误差第8s驱动电机出现过饱和，主动转向介入使得电机峰值转矩由244降至200N·m，而误差值逐渐减小。车速均在期望值附近。仿真结果表明该分配方法可以确保车辆安全性、稳定性与动力性。

图10车辆横摆角速度曲线

图11 车辆质心侧偏角曲线

图12 主动前轮转向角变化曲线

图13 车辆车速变化曲线

创新点和意义

论文提出一种适用于驱动电机正常与故障工况下的一体化协调分配控制方法。该方法通过控制分配不仅可实现驱动电机正常下的车辆操纵稳定控制，还可保障驱动电机故障下的车辆行驶安全稳定性。此外，提出了协同前轮转向的分配控制方法，解决了电机故障下横摆力矩不足的问题。论文为当前分布式电动汽车的主动安全控制研究提供了新的理论工具，具有重要的理论指导意义与工程应用价值。

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