直接橫擺力矩控制研究綜述

曹天琳 李剛 余志超 沈玉龍

摘 要：車輛的主動安全一直是汽車行業(yè)研究的熱點話題。直接橫擺力矩控制也是主動安全中的一種，論文針對直接橫擺力矩控制的發(fā)展和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，進(jìn)行了綜述。首先介紹了直接橫擺力矩控制概念的來源，對直接橫擺力矩控制國內(nèi)外研究概況進(jìn)行了說明，最后指出分布式驅(qū)動電動車的優(yōu)勢，對于橫擺力矩控制的研究提供方便，從而提高汽車的行駛穩(wěn)定性。充分發(fā)揮其控制優(yōu)勢通過電機(jī)驅(qū)動/制動和制動器制動的有效結(jié)合，從而更為合理分配附加橫擺力矩是未來研究的重要內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：主動安全;直接橫擺力矩;控制策略;行駛穩(wěn)定性

中圖分類號：U461.6 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）16-270-03

Abstract： Active safety of vehicles has always been a hot topic in the automotive industry. Direct yaw moment control is also a kind of active safety. The paper summarizes the development of direct yaw moment control and the current research status at home and abroad. Firstly， the source of the concept of direct yaw moment control is introduced， and the research overview of direct yaw moment control at home and abroad is explained. Finally， the advantages of distributed drive electric vehicles are pointed out， which provides convenience for the research of yaw moment control， thereby improving the performance of automobiles. Driving stability. Giving full play to its control advantages through the effective combination of motor drive/braking and brake braking， so as to allocate additional yaw moment more reasonably is an important content of future research.

Keywords： Active safety; Direct yaw moment; Control strategy; Driving stability

CLC No.： U461.6 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-270-03

前言

本田公司首席工程師 Shibahata[1]認(rèn)為車輛在大側(cè)偏角時，恢復(fù)橫擺力矩可減小汽車失穩(wěn)的可能性。因此提出了直接橫擺力矩控制的概念。直接橫擺力矩控制是控制車輛穩(wěn)定性的主動安全系統(tǒng)，DYC系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)組成了車輛電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)[2]。直接橫擺力矩控制是在制動防抱死系統(tǒng)/驅(qū)動防滑系統(tǒng)的基礎(chǔ)，上開發(fā)出的一種新功能，使得汽車主動安全技術(shù)更加趨于完善化，已經(jīng)成為汽車穩(wěn)定性控制中的最具發(fā)展前景的底盤控制方法。如何提高車輛的操縱穩(wěn)定性和行駛安全性成為研究的焦點。對此國內(nèi)外企業(yè)和學(xué)者做出了大量的科學(xué)研究。

1 國外研究現(xiàn)狀

BOSCH公司的DYC是ESC系統(tǒng)最具代表性的控制方法之一，該控制方法采用二自由度車輛模型來描述期望的車輛運行狀態(tài)，將車載傳感器采集到的汽車實際運行狀態(tài)與期望運行狀態(tài)進(jìn)行比較，控制器計算得到使車輛恢復(fù)到期望運行狀態(tài)所需的附加橫擺力矩，然后按照制動力分配控制規(guī)則將附加橫擺力矩分配給不同的制動車輪，從而控制汽車的運行姿態(tài)[3-4]。

Abe M[5]基于滑膜控制算法設(shè)計了DYC控制器，主要控制質(zhì)心側(cè)偏角，使車輛跟蹤理想質(zhì)心側(cè)偏角，保證車輛能夠按照駕駛員的行駛方向行駛。文獻(xiàn)[6]對橫擺力矩控制和四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)進(jìn)行了對比，研究結(jié)果表明，直接橫擺力矩控制具有更好的控制效果。文獻(xiàn)[7]開發(fā)了基于模型預(yù)估計控制的車輛穩(wěn)定性以及跟蹤期望路徑的能力。

Wanki Cho等[8]設(shè)計了一個多層控制結(jié)構(gòu)對AFS和ESC進(jìn)行了集成控制，其控制方法為將橫擺角速度作為邏輯門限值，去判斷車輛是需要機(jī)動性還是操穩(wěn)性。

2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

重慶交通大學(xué)方春杰[9]針對純電動汽車在極限工況下操縱穩(wěn)定性和行駛安全性的問題，選取橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角作為ESC系統(tǒng)控制量，選取差動制動控制方法，通過單側(cè)車輪制動方式實現(xiàn)各車輪制動器制動力的分配控制。

吉林大學(xué)劉剛[10]針對乘用車在極限工況行駛時的車輛操縱性和穩(wěn)定性的問題，對基于分層的DYC算法進(jìn)行了研究分析?？刂撇呗缘纳蠈涌刂扑惴òㄖ苯訖M擺力矩算法，直接橫擺力矩控制采用滑模變結(jié)構(gòu)控制算法計算得到。

武漢科技大學(xué)葉剛[11]針對電動輪驅(qū)動車輛的穩(wěn)定性控制問題，采用模型預(yù)測控制（MPC）理論計算所需要的廣義控制力，下層為轉(zhuǎn)矩分配層，采用能效最優(yōu)的分配策略。

武漢科技大學(xué)劉穎[12]采用分層控制結(jié)構(gòu)，上層基于滑膜控制算法，搭建了DYC系統(tǒng)，下層通過邏輯門限規(guī)則分配把附加橫擺力矩以驅(qū)動的方式分配給兩側(cè)車輪，實現(xiàn)汽車軌跡的糾正，提高操縱穩(wěn)定性。

吉林大學(xué)李剛[13]提出了基于橫擺角速度與質(zhì)心側(cè)偏角聯(lián)合控制的模糊控制方法，并設(shè)計了規(guī)則制動力分配方法，通過主動差動制動來實現(xiàn)對車輛的控制。

清華大學(xué)褚文博[14]研究了IEV車輛狀態(tài)參數(shù)觀測，并設(shè)計了一套完整的 IEV 車輛驅(qū)動力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

3 結(jié)論

四輪獨立驅(qū)動電動車具有四輪驅(qū)動力矩獨立可控、縱向力分配靈活、電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩精確的優(yōu)勢四輪獨立驅(qū)動電動車是直接橫擺力矩控制的理想載體。目前研究工作大多數(shù)基于傳統(tǒng)車選擇不同的附加橫擺力矩計算策略，通過單輪制動或者同側(cè)車輪制動的方式對直接橫擺力矩進(jìn)行控制。由于四輪獨立驅(qū)動電動車的出現(xiàn)，也有大多學(xué)者借助其進(jìn)行直接橫擺力矩控制研究，一般都是選取規(guī)則分配、LQR、二次規(guī)劃等優(yōu)化方法對驅(qū)動力/制動力進(jìn)行優(yōu)化分配。因此還有很大的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

[1] Shibahata Y，Shimada K， Tomari T.Improvement of vehicle maneu -verability by direct yaw moment control.Vehicle System Dynamics， 1993，22（5-6）：465-481.

[2] VAN ZANTEN A T. Bosch ESP systems： 5 years of experience[C]. SAE Technical Paper Series，2000-01-1633.

[3] Kanchwala H， Wideberg J， Alba C B， et al.Control of an independent 4WD electric vehicle by DYC method[J]. International Journal of Vehicle Systems Modelling and Testing， 2015，10（2）：168-184.

[4] Shin-Ichiro Sakai，Hideo Sado， Yoichi Hori. Dynamic driving/braking force distribution in electric vehicles with independently driven four wheels[J]. Electrical Engineering in Japan， 2002，138（1）：79-89.

[5] Abe M.Vehicle Dynamics and Control for Impro- ving Handling and Active Safety：From Four-Wheel Steering to Direct Yaw Moment Control[J].Biogeoc hemistry，1952，15（6）：1952-1967.

[6] T.Yoshioka . Application of Sliding-mode Control to Control Vehicle Stability[C]//AVEC，1998：772-780.

[7] Zong C F， Liang H Q， Tian C W， et al. Vehicle chassis coordinated control strategy based on model predictive control method. In： 2010 IEEE International Conference on Information and Automation （ICIA）. IEEE， 2010.655-659.

[8] Wanki Cho，Jaewoong Choi，Chongkap Kim，Seibum Choi，and Kyong -su Yi. United chassis control for the improvement of agility， maneu -verability， and lateral stability. Vehicular Technology， IEEE Trans on， 6 （3）：1008-1020，march 2012.

[9] 方春杰.純電動汽車極限工況下的ESC控制研究[D].重慶交通大學(xué)，2018.

[10] 劉剛.乘用車ESC分層控制策略及液壓執(zhí)行單元控制算法的研究[D].吉林大學(xué)，2018.

[11] 葉剛.電動輪車輛直接橫擺力矩控制策略研究[D].武漢科技大學(xué)， 2018.

[12] 劉穎.電動汽車DYC系統(tǒng)與主動懸架系統(tǒng)聯(lián)合控制研究[D].武漢科技大學(xué)，2018.

[13] 李剛.線控四輪獨立驅(qū)動輪轂電機(jī)電動汽車穩(wěn)定性與節(jié)能控制研究[D].吉林大學(xué)，2013.

[14] 褚文博.分布式電驅(qū)動車輛動力學(xué)狀態(tài)參數(shù)觀測及驅(qū)動力協(xié)調(diào)控制[D].清華大學(xué)，2013.