分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車橫擺穩(wěn)定性控制探討

葉磊

摘 要：分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車與內(nèi)燃機(jī)汽車相比，其取消汽車結(jié)構(gòu)中冗長的傳動(dòng)鏈，直接對各個(gè)車輪進(jìn)行控制。為了確保分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車在運(yùn)行期間的安全性與穩(wěn)定性，要加強(qiáng)對橫擺穩(wěn)定性控制內(nèi)容的探討。將分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車作為研究對象，針對橫擺穩(wěn)定性控制內(nèi)容進(jìn)行深入分析。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;安全性;穩(wěn)定性;控制措施

1 分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車

分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車（下文統(tǒng)一簡稱為電動(dòng)汽車）主要分為驅(qū)動(dòng)橋式、電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)構(gòu)型、動(dòng)態(tài)吸振驅(qū)動(dòng)形三種，類型不同，其性能和特點(diǎn)也不同，但是，無論是哪一種類型的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車，其傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車相比，都具有車內(nèi)空間大、動(dòng)力學(xué)控制性能好、最小轉(zhuǎn)彎半徑縮小、車身整體重量輕等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)[1]。但是，需要相關(guān)人員研究注意的是，橫擺穩(wěn)定性控制是電動(dòng)汽車中一項(xiàng)重要內(nèi)容，因此，在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車時(shí)，要加強(qiáng)對該項(xiàng)問題的分析，確保最終制造的汽車具有良好的性能，可以滿足應(yīng)用需求。

2 電動(dòng)汽車橫擺穩(wěn)定性控制結(jié)構(gòu)

橫擺穩(wěn)定性控制結(jié)構(gòu)一共分為以下兩種：集中式，在該類型的控制結(jié)構(gòu)中會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)速率降低，以及各項(xiàng)控制量出現(xiàn)相互抵消情況;分層式，在類型的控制結(jié)構(gòu)中，對于各項(xiàng)數(shù)據(jù)內(nèi)容的計(jì)算都是相互獨(dú)立的，完成相應(yīng)的計(jì)算后，及時(shí)、準(zhǔn)確的將通過計(jì)算獲取到的結(jié)果及時(shí)傳到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，從而確保車輛在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性能夠滿足需求，提高舒適度，減少安全事故的發(fā)生[2]。

以模型跟蹤控制思想為基礎(chǔ)的電動(dòng)汽車橫擺穩(wěn)定性控制的主要包括的內(nèi)容如下：

（1）參考模型。該模型在具體應(yīng)用期間的作用就是準(zhǔn)確的將汽車的是狀態(tài)和駕駛員的具體操作情況轉(zhuǎn)變?yōu)槔硐霗M板角度響應(yīng)，從而使運(yùn)動(dòng)跟蹤控制能夠具有的一個(gè)合理的跟蹤目標(biāo)。

（2）橫擺力矩決策層。該決策層在電動(dòng)汽車運(yùn)行發(fā)揮的作用和就是依據(jù)電動(dòng)汽車中與穩(wěn)定性相關(guān)的各項(xiàng)狀態(tài)信心內(nèi)容，對計(jì)汽車穩(wěn)定性控制時(shí)需要施加的橫擺力矩大小進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)，對參考模型在應(yīng)用期間的輸出內(nèi)容進(jìn)行跟蹤。

針對橫擺力矩決策層，在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以采取可拓協(xié)調(diào)控制方式完成對其的設(shè)計(jì)，通過對這種設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用，使汽車在行駛過程中的狀態(tài)劃分問題能夠的都有效解決。將可拓展協(xié)調(diào)控制應(yīng)用在電動(dòng)汽車上，依據(jù)質(zhì)心側(cè)偏角與橫擺角度速度的具體值與設(shè)計(jì)理想值之間的偏差的具體大小，完成對電動(dòng)汽車具在實(shí)際行駛過程中具體狀態(tài)的合理劃分，不同行駛穩(wěn)定程度對應(yīng)的區(qū)域不同，而針對不同區(qū)域，可以采取不同方式完成相應(yīng)的控制。

（3）控制分配層。依據(jù)電動(dòng)汽車所需的目標(biāo)力矩和施加的橫擺力矩情況，合理分配電動(dòng)汽車四輪驅(qū)動(dòng)力矩情況。

（4）執(zhí)行層。該層從本質(zhì)上來說就是控制分配層的一個(gè)“幫手”，其在電動(dòng)汽運(yùn)行中起到的作用就是讓控制分配曾的輸出在電動(dòng)汽車中的每個(gè)車輪上得到體現(xiàn)。

電動(dòng)汽車中的橫擺穩(wěn)定性分層控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 電動(dòng)汽車橫擺穩(wěn)定性特種的各項(xiàng)參數(shù)內(nèi)容

電動(dòng)汽車在實(shí)際行駛期間，其具體狀態(tài)時(shí)有汽車的縱向、橫擺角、側(cè)向速度共同決定的。而針對電動(dòng)汽車來說，其橫擺角度速度和質(zhì)心側(cè)的具體偏轉(zhuǎn)角度能夠?qū)崿F(xiàn)對電動(dòng)汽車橫擺穩(wěn)定性的描述，因此，下面針對這兩項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行全面分析。

3.1 電動(dòng)汽車行駛時(shí)的橫擺角度速度

電動(dòng)汽車的橫擺角度速度大小會(huì)隨著其在行駛過程中的速度改變而發(fā)生變化，主要體現(xiàn)在電動(dòng)汽車在行駛期間，對穩(wěn)定性上的準(zhǔn)確描述，其可以能夠精準(zhǔn)反應(yīng)電動(dòng)汽車在行駛期間，航向角的具體變化速度，同時(shí)，也決定了電動(dòng)汽車在轉(zhuǎn)向上的具體特點(diǎn)，并且會(huì)對于電動(dòng)氣動(dòng)的性能會(huì)造成直接影響。

電動(dòng)汽車中采用的輪胎在位于線性區(qū)域時(shí)，與非線性區(qū)域相比，前者在實(shí)際操縱期間，具有性能好優(yōu)點(diǎn)，也正是因?yàn)槿绱?，在質(zhì)心偏角相對較小的情況下，在對汽車橫擺穩(wěn)定性進(jìn)行研究時(shí)，可以對線性二自由度參考模型進(jìn)行應(yīng)用，得到不同車速和方向盤轉(zhuǎn)角條件橫擺角速度。

3.2 電動(dòng)汽車中的質(zhì)心側(cè)偏角

質(zhì)心側(cè)偏角在具體應(yīng)用期間的作用就是描述電動(dòng)汽車在行駛過程中保持的軌道足跡進(jìn)行準(zhǔn)確描述，精準(zhǔn)反映電動(dòng)汽車在進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，與預(yù)定軌道相比，發(fā)生的偏離情況。

對于電動(dòng)汽車中的質(zhì)心側(cè)偏角的具體大小，可以通過汽車側(cè)向車速和縱向車速進(jìn)行計(jì)算獲取，該數(shù)值會(huì)對電動(dòng)汽車輪胎側(cè)向力的具體大小造成一定影響。如果質(zhì)心側(cè)偏角較小，此時(shí)，橫擺力矩與之心側(cè)偏角呈約180°，近似一條直線。質(zhì)心側(cè)偏角如果增大，電動(dòng)汽車中橫擺力矩則會(huì)從某一質(zhì)心偏角不斷變小，經(jīng)過一段時(shí)間的變化后，最終將會(huì)在區(qū)域一個(gè)相對穩(wěn)定性的狀態(tài)，在該狀態(tài)下，電動(dòng)汽車駕駛員難以利用方向盤完成對電動(dòng)汽車具體行駛情況的合理控制。

依據(jù)電動(dòng)汽車側(cè)向、縱向，以及橫擺動(dòng)力學(xué)之間的具體耦合關(guān)系，對電動(dòng)汽車的具體行駛情況進(jìn)行分析，通過分析可以發(fā)現(xiàn)，質(zhì)心側(cè)偏角會(huì)對縱向運(yùn)動(dòng)情況造成一定影響，特別是對橫擺運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的影響尤為明顯。在對電動(dòng)汽車進(jìn)行分析時(shí)，為了使該耦合問題能夠得到解決，可以在對電動(dòng)汽車具體情況進(jìn)行全面分析基礎(chǔ)上，構(gòu)建四輪全驅(qū)線性二自由度解耦控制模型，對控制變量進(jìn)行解耦處理，弱化不同變量之間的關(guān)聯(lián)。

此外，為了使電動(dòng)汽車質(zhì)心側(cè)偏校對信息為得到全面利用，以及精度偏低問題能夠得到解決，相關(guān)研究人員可以在對擴(kuò)展卡爾曼濾波方法進(jìn)行應(yīng)用的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)處一種可以用于對電動(dòng)汽車質(zhì)心側(cè)偏角進(jìn)行精準(zhǔn)估計(jì)的狀態(tài)的觀測器，這也就使電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性得到了進(jìn)一步提高。

4 結(jié)語

科技的快速發(fā)展使電動(dòng)汽車逐漸成為了人們在出行過程中的一項(xiàng)重要交通工具，在對電動(dòng)汽車進(jìn)行研究時(shí)，要提高對橫擺穩(wěn)定性控制問題的探討，確保最終制造的電動(dòng)汽車能夠滿足應(yīng)用需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭烈，葛平淑，孫大川，林肖.分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車緊急工況下穩(wěn)定性控制[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，48（01）：60-65.

[2]王子銘，劉勇，鮑俊屹.分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制策略研究[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2019（16）：15-16+36.