四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車四輪轉(zhuǎn)向研究綜述

姬曉 李剛 曹天琳

摘 要：四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車作為分布式電動(dòng)汽車的一種，通過四個(gè)輪轂電機(jī)分別獨(dú)立控制各個(gè)車輪的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩而取代了傳統(tǒng)汽車的分動(dòng)器等其他機(jī)械結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了車輛的底盤結(jié)構(gòu)，同時(shí)又為車輛的各種控制提供了便利條件。文章介紹了四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)向控制的研究背景和特點(diǎn)，對(duì)國內(nèi)外的研究情況進(jìn)行了闡述，提出四輪轉(zhuǎn)向控制的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向;輪轂電機(jī);轉(zhuǎn)向控制

中圖分類號(hào)：U469.72? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）17-05-03

Overview of Research on Steering Control of Four-wheel Independent Driving

and Steering Electric Vehicle*

Ji Xiao， Li Gang， Cao Tianlin

（College of Automobile and Traffic Engineering， Liaoning University of Technology， Liaoning Jinzhou 121001）

Abstract： Four-wheel independent drive and four-wheel independent steering electric vehicles are a kind of distributed electric vehicles. The four in-wheel motors independently control the rotation angle and torque of each wheel， replace the transfer case of traditional car and other mechanical structures. It saves space and provides convenient conditions for various control of the vehicle. The paper introduces the research background and characteristics of the steering control of four-wheel independent drive and steering electric vehicles， expounds the research situation at home and abroad， and proposes the development direction of steering control.

Keywords： Electric vehicle; Four wheel independent steering; In-wheel motor; Steering control

CLC NO.： U469.72? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）17-05-03

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，近年來汽車行業(yè)迅猛發(fā)展，汽車不管在形態(tài)上還是結(jié)構(gòu)上都發(fā)生了巨大的變化。2012年，國務(wù)院常務(wù)會(huì)議討論通過了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》并指出：加快培育和發(fā)展節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)，對(duì)于緩解能源和環(huán)境壓力，推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，培育新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，具有重要意義[1]。隨之而來，新能源意識(shí)也越來越被人們重視，人們對(duì)新能源汽車到來的呼喚越來越熱切，在此背景下誕生了許多新能源汽車。其中分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車相對(duì)于傳統(tǒng)汽車在穩(wěn)定性、主動(dòng)安全及節(jié)能等方面具有顯著控制優(yōu)勢(shì)，成為汽車行業(yè)的一大熱點(diǎn)方向[2]。四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車是一種典型的分布式汽車，擁有四個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，具有更多可控自由度，車輛機(jī)動(dòng)性和可操縱性更強(qiáng)[3]。由于其四輪轉(zhuǎn)角可獨(dú)立控制，因此可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)汽車無法實(shí)現(xiàn)的四輪轉(zhuǎn)向和原地轉(zhuǎn)向等其他多種特殊轉(zhuǎn)向模式，具有廣闊的應(yīng)用前景，成為一大研究熱點(diǎn)。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

四輪轉(zhuǎn)向汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)，不僅前輪可以做轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，而且后輪也可以參與運(yùn)動(dòng)，相比于傳統(tǒng)的前輪轉(zhuǎn)向車輛，具有更高的機(jī)動(dòng)性和靈活性。前后車輪取得不同的轉(zhuǎn)向方向可以有效減小車輛的轉(zhuǎn)彎半徑，便于車輛在狹小空間的操作;高速行駛時(shí)前后車輪取得相同轉(zhuǎn)向方向，可以快速改變車道，減少車輛甩尾失穩(wěn)的可能性。四輪轉(zhuǎn)向具有多種優(yōu)勢(shì)因而成為了國內(nèi)外各大高校和研究所的研究熱點(diǎn)。

1.1 國外研究現(xiàn)狀

國外較早就展開了對(duì)四輪轉(zhuǎn)向的研究。上世紀(jì)80年代后期為了保證汽車更高程度的安全性和對(duì)駕駛員意圖的準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)，各大汽車公司紛紛展開了對(duì)四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)的研究。Nisssan日產(chǎn)[4]為實(shí)現(xiàn)對(duì)未來汽車的愿望憧憬，在1985年的東京車展上展出了“面向駕駛員設(shè)計(jì)”的概念車ARC-X，其車輛集成功能已經(jīng)到當(dāng)時(shí)的最高水平，各子系統(tǒng)通過CPU間的通訊協(xié)作工作。該車除了控制前輪轉(zhuǎn)角外，還通過電子方式控制后輪轉(zhuǎn)向角，提供操縱性能的額外度量。

日本某大學(xué)Ossama Mokhiamar[5]等人為了改善車倆的操縱性和穩(wěn)定性，研究了四個(gè)輪胎在底盤控制中如何分擔(dān)工作獲得最優(yōu)控制，設(shè)計(jì)了一種可以單獨(dú)控制四輪轉(zhuǎn)角的方法，并應(yīng)用摩擦圓理論對(duì)輪胎力進(jìn)行優(yōu)化分配。通過計(jì)算機(jī)仿真車輛在不同附著系數(shù)路面上對(duì)單正弦波轉(zhuǎn)向的響應(yīng)，驗(yàn)證了該法的有效性。

伊朗某大學(xué)R.Kazemi[6]等人對(duì)非線性車輛模型的后輪轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性與機(jī)動(dòng)性進(jìn)行了調(diào)查，提出了一種基于考慮輪胎特性的7自由度車輛非線性模型的模糊控制算法，協(xié)調(diào)四輪轉(zhuǎn)向的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)模擬演示證明了該算法可以改善車輛的操縱穩(wěn)定性。