四轮独立驱动电动汽车转弯节能与转向机动转矩定向分配关键技术研究

Electric-wheel-independent-drive is the development direction of electric vehicle (EV) in the future. Most of the existing researches focus on its dynamic stability control, However, how to utilize the characteristics of four-wheel independent drive as an over-actuated system to implement the control of energy-saving and maneuverability improvement is not common. This project is aimed at the four-wheel independent drive EVs and studies the dynamics mechanism, torque distribution optimization decision and stability coordination control for vehicle energy saving control and maneuvering control in cornering by using the torque vectoring (TV) technology..This project will explain the causality of vehicle turning resistance and the energy consumption restraint of vehicle turning resistance and wheel mean slippage caused by differential driving. Based on this, a TV differential torque decision-making scheme based on on-line identification of tire longitudinal slip stiffness is formulated. A multi-indicator weighted online optimization coordination control strategy is proposed for the issue of motor efficiency changes and driving stability influenced by differential drive. In addition, the vehicle ultimate turning ability and the mechanism of increasing the lateral margin, reducing the steering load of the front axle through differential driving are studied. Then the TV differential torque decision-making scheme for controlling the steady-state gain and transient yaw damping of the vehicle is formulated. As for the issue of driving stability while cornering in limit, the coordinated control strategy based on phase plane theory is proposed..The project achievement will enrich the theory of electric-wheel independent driving and lay a theoretical foundation for the follow-up design of electric TV system and the development of high-performance EV.

电动轮独立驱动是未来电动汽车发展方向。已有研究多集中于动力学稳定性控制，而如何利用四轮独立驱动过驱动系统特点实施节能与机动性改善的控制却并不普遍。本项目面向四轮独立驱动电动汽车，研究转矩主动定向分配技术（TV）实现汽车转弯节能控制和操纵机动控制的动力学机理、转矩分配优化决策和稳定性协调控制问题。.本项目将诠释汽车转弯阻力成因及差动驱动抑制整车转弯阻力与车轮平均滑转能耗机理，据此制定基于轮胎纵滑刚度在线识别的TV差动转矩决策方案，并针对差动时电机工作效率变化和行驶稳定性问题，设计多指标加权在线优化协调控制策略。另外研究汽车极限转弯能力和差动驱动提高侧向裕度、降低前轴转向负荷机理，制定控制横摆稳态增益和瞬态阻尼的TV差动转矩决策方案，并针对极限转弯时行驶稳定性问题，设计基于相平面理论的协调控制策略。.项目成果将丰富电动轮独立驱动理论，为项目后续电动TV系统设计和高性能电动汽车开发奠定理论基础。

电动汽车是国家重要战略新兴领域。但是目前电动汽车自身节能问题关注不高，人们普遍关注其续驶里程和充电效率共性问题，对于其驱动效率改善，操纵机动性和行驶稳定性研究尚不及传统汽车重视。近几年，分布式独立驱动汽车以其全新的驱动方案和底盘架构成为未来电动汽车发展前沿方向，在上述电动汽车综合性能提升方面潜力巨大。.本项目针对采用转矩定向分配电动驱动桥或多个轮毂电机驱动的高性能四轮独立驱动电动汽车，利用其多自由度过驱动平台特点，提出一种多目标转矩定向分配（TV）技术，并就基于此技术的汽车转弯节能控制和操纵机动控制涉及的动力学机理、转矩分配优化决策和稳定性协调控制三方面科学问题开展研究。研究内容涉及从调研研究、理论研究、方法研究、开闭环仿真研究和台架试验研究等工作在内的3项、共7点研究内容。.研究取得重要理论规律和技术方法成果，得到具有工程应用价值的关键数据。理论规律方面，提出了转弯阻力系数表达式，解释了轮胎线性区载荷变化引起的平均滑转率变化规律，推导了TV降低转弯能耗方程；解释了TV提高本驱动轴轮胎侧向力裕度和改善车辆转弯机动性的动力学原理；推导了转矩定向分配系数对汽车稳态和瞬态转向特性的影响规律。技术方法方面，设计了基于RLS的轮胎纵滑刚度识别方法和基于附着特性曲线梯度的轮胎附着圆估计方法；提出了基于离线优化+在线寻优的经济性与稳定性加权优化协调控制策略；提出了提高机动性为目的的稳态增益+瞬态阻尼的比例TV控制策略；提出了基于修正函数或模糊规则的机动性与稳定性分区协调控制策略研究。关键数据方面，验证了TV可以在转弯工况降低驱动轴平均滑转率10%以上；验证了兼顾电驱动效率变化的TV优化分配方法可以降低转弯能耗4%以上，且综合多目标的四轮转矩优化分配方法可使电动轮独立驱动汽车相对常规平均分配降低电动汽车总能耗13%；机动性驾驶模式TV可提高极限过弯车速5%以上。.研究取得成果和数据对于指导电动四驱汽车转矩优化分配，提升电动汽车包括行驶经济性在内的综合动力学性能具有重要意义。