轮毂/轮边电驱动车辆底盘构型生成及车辆动力学行为协调控制研究

Hub/wheel electric drive vehicle has the outstanding advantages, such as short transmission chain, high efficiency, compact and drive brake force distribution, which provides a new design space and control freedom for the new chassis system configuration design, dynamic design, energy management and dynamic coordination control. The project is aimed to carry out electric chassis system configuration optimization, control vehicle lateral dynamics stability, improve the nonlinear broadband dynamic ceiling vibration of hub motor vertical dynamics , wheel hub edge electric drive vehicle energy management and dynamic distributed coordination control. For multi-degree of freedom feature of speed and torque of the electric chassis system, the driving system configuration synthesis method based on the concept of degree of freedom torque; formation of lateral dynamics control stability design method. Through the open-loop unstable design, closed-loop pole dynamic configuration method provided high vehicle mobility and vehicle layout flexibility. In this research, a method of improving the ride comfort of the wheel drive vehicle is proposed, and dynamic vibration absorber is designed by using the nonlinear dynamic vibration absorbing theory. The research will provide theoretical support for the optimization design and distributed coordination control of the electric vehicle chassis system for wheel hub-type electric drive vehicle.

轮毂/轮边电驱动汽车具有驱动传动链短、高效、紧凑、驱动制动力分配灵活等突出优点，为全新的底盘系统构型设计、动力学设计、能量管理与动力学协调控制提供了新的设计空间和控制自由度。本项目开展电动化底盘系统构型优化、车辆横向动力学随控稳定、改善轮毂电机底盘垂向动力学特性的非线性宽频动力吸振、轮毂轮边电驱动汽车能量管理与动力学分布式协调控制等方面的基础研究，针对电动底盘系统转速和转矩的多自由度特征，提出基于转矩自由度概念的驱动系统构型综合方法；形成横向动力学随控稳定设计方法，通过开环不稳定设计、闭环极点动态配置等方法提高车辆机动性和整车布局灵活性；提出应用非线性动力吸振理论提高轮毂轮边电驱动汽车的平顺性及动力吸振器设计方法；通过电驱动汽车能量管理与动力学控制的交互作用机制研究，提出能量管理与动力学协调控制方法。研究将为轮毂轮边电驱动汽车电动化底盘系统的优化设计与分布式协调控制提供理论支撑。

本项目按照研究计划执行，完成了全部的研究内容。提出了轮毂轮边电驱动车辆电动化底盘构型拓扑综合算法研究，通过构型优化算法得出轮毂轮边驱动底盘的主要构型。开展了采用随控稳定思想的横向动力学理论研究，提出了线控底盘的鲁棒极点配置和最大包络线控制方法。建立了开关磁阻电机机电耦合动力学模型和悬架系统多体动力学模型，基于模型完成了动力吸振构型的悬架系统参数匹配。利用循环工况概率统计方法建立基于高阶马尔科夫链模型的车速预测器，提出了基于工况预测的插电式混动轮毂驱动汽车能量管理优化策略和基于分层控制架构的轮毂驱动四轮转矩优化控制方法。完成了基于北汽某越野车的轮边驱动实物样机的独立电驱动改造并进行了实车道路试验，验证了提出的底盘系统设计方法与控制方法。研究成果应用于特种车辆底盘上，成功研制系列轮毂驱动车全线控通用底盘产品，实现了宽尺寸、宽负重、宽功率、宽续航应用场景覆盖，成功研制分布式驱动无人物流车、无人接驳车、无人巡逻车、无人摆渡车、无人小巴车等产品，年均交付无人车台套数达到200台套以上，产品服务于2019年世界军运会等国内外重大活动，间接经济效益近1.2亿元。有关研究结果已在国内外学术期刊发表论文49篇，其中SCI检索论文30篇，EI检索论文16篇，3篇论文入选ESI高被引论文。出版英文专著1部。申请发明专利51件，授权32件。项目执行期内，项目团队1人次入选中国工程院院士（项昌乐），1人次入选国家“万人计划”科技创新领军人才（胡纪滨），2人次入选中国科协“青年人才托举工程”（倪俊、秦也辰）。培养研究生共24名，其中1人获得中国汽车工程学会优秀博士学位论文奖（黄琨），1人获中国汽车工程学会优秀青年论文奖（张渊博），1人获转子机械动力学与控制国际会议最佳论文奖（彭浩楠）；1人获中国精品科技期刊顶尖学术论文奖（丁峰）。