電動汽車多電機獨立驅(qū)動技術(shù)研究綜述＊

張多 劉國海 趙文祥 繆鵬虎 葉浩

（江蘇大學(xué)）

電動汽車多電機獨立驅(qū)動技術(shù)研究綜述＊

張多 劉國海 趙文祥 繆鵬虎 葉浩

（江蘇大學(xué)）

多電機獨立驅(qū)動電動汽車是電動汽車發(fā)展中的重要方向之一，其多電機驅(qū)動系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制及可靠性問題是亟待解決的首要問題。針對由多臺輪轂電機驅(qū)動及線控技術(shù)為特征的分布式四輪獨立驅(qū)動（4WID）電動汽車，介紹了其驅(qū)動系統(tǒng)在電子差速、主動安全控制、多電機轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)、容錯控制等方面的研究現(xiàn)狀，指出了多電機獨立驅(qū)動電動汽車研究尚存的問題，并探索了該領(lǐng)域今后的研究方向與趨勢。

1 前言

面對能源和環(huán)境的雙重壓力和重大需求，電動汽車已無可爭議地成為21世紀汽車工業(yè)發(fā)展的主流方向，而以多臺輪轂電機驅(qū)動和線控技術(shù)為特征的分布式四輪獨立驅(qū)動（4WID）電動汽車也成為電動汽車發(fā)展中的主要方向之一。4WID電動汽車的4臺輪轂電機分別置于各輪轂之內(nèi)，分別驅(qū)動汽車的4個車輪，車輪之間沒有機械傳動環(huán)節(jié)。由于各輪的驅(qū)動力/制動力均獨立可控，從而為改善電動汽車的動力性、穩(wěn)定性及安全性提供了更大的技術(shù)支持。

2 4WID電動汽車研究現(xiàn)狀

電動汽車多電機分布式獨立驅(qū)動結(jié)構(gòu)如圖1所示。

與單電機中央驅(qū)動型的電動汽車相比，分布式4WID電動汽車在底盤結(jié)構(gòu)、傳動效率和控制性能等方面更具優(yōu)勢與潛力，體現(xiàn)在以下幾方面。

a.輪轂電機直接驅(qū)動車輪，省去離合器、變速器、傳動軸等機械環(huán)節(jié)，減輕了整車質(zhì)量，提高了傳動效率及能源利用率。

b.利用各驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快速、精確可控的特點，對車輛的狀態(tài)量如質(zhì)心側(cè)偏角、路面附著系數(shù)、輪胎力等較容易實施觀測與辨識，從而實現(xiàn)高性能的主動安全控制目的，如牽引力控制系統(tǒng)（TCS）、防抱死系統(tǒng)（ABS）、直接橫擺力矩控制（DYC）等。

c.各驅(qū)動輪均可實現(xiàn)制動能量的回收，與單電動機驅(qū)動的電動汽車相比能量回收效率更高。同時，整車控制器可根據(jù)當前車輛行駛狀態(tài)協(xié)調(diào)各驅(qū)動電機輸出，實現(xiàn)車載能源的最優(yōu)分配，顯著提高電動汽車續(xù)駛里程。

d.分布式驅(qū)動結(jié)構(gòu)不僅降低了對車輛機械傳動零部件的要求，也降低了電機驅(qū)動系統(tǒng)的母線電壓，從而提高了整車的電氣安全性。此外，電機分布式布置使得車輛底盤空間布置更靈活，利于提高車輛的被動安全性。

e.分布式4WID電動汽車的控制分配方式靈活，根據(jù)汽車行駛狀態(tài)可實時協(xié)調(diào)各輪的驅(qū)動力，更易實現(xiàn)汽車的“電子主動底盤”[1]。

多電機獨立驅(qū)動電動汽車已成為各國汽車廠商及科研機構(gòu)關(guān)注的研究熱點，國內(nèi)外研究所取得的成果也證明了4WID電動汽車的優(yōu)越性[2]。但迄今為止，4WID電動汽車尚未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，除受其生產(chǎn)成本偏高、可靠性需求高、電池技術(shù)水平問題等因素外，更重要的原因是多電機驅(qū)動系統(tǒng)能量優(yōu)化及協(xié)調(diào)控制等方面的研究還未成熟，所采用的理論及方法在經(jīng)濟性、可靠性、實用性等方面存在不足。

由于多電機獨立驅(qū)動電動汽車驅(qū)動結(jié)構(gòu)的特殊性和復(fù)雜性，成為限制4WID電動汽車發(fā)展的瓶頸之一。若多電機協(xié)調(diào)控制不當，會出現(xiàn)電動輪間相互拖拽的現(xiàn)象，不僅增加功率損耗，而且嚴重時會破壞電動汽車的穩(wěn)定性，導(dǎo)致車禍的發(fā)生。因此，多電機協(xié)調(diào)控制的優(yōu)劣直接影響車輛的經(jīng)濟性、可靠性、安全性和舒適性[1]。目前，多電機協(xié)調(diào)控制的研究主要分為兩類，一是實現(xiàn)各驅(qū)動輪在轉(zhuǎn)向行駛時內(nèi)外輪差速行駛的電子差速[3]研究；二是以車輛行駛穩(wěn)定性和操控性為目標的電動汽車主動安全控制技術(shù)研究。

3 電子差速研究

傳統(tǒng)汽車依靠行星輪的自轉(zhuǎn)實現(xiàn)左、右車輪轉(zhuǎn)向時的差速行駛，而多電機獨立驅(qū)動電動汽車則必須采用電子差速系統(tǒng)實現(xiàn)各輪的轉(zhuǎn)速協(xié)調(diào)，以保證轉(zhuǎn)向時各車輪不發(fā)生拖動或滑移，實現(xiàn)差速行駛，保證電動汽車轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性。

根據(jù)驅(qū)動電機被控變量的不同，多電機驅(qū)動電動汽車的電子差速系統(tǒng)分為以下2類。

一類是以車輪轉(zhuǎn)速為控制變量的轉(zhuǎn)速型電子差速系統(tǒng)，是在Ackerman穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向模型（圖2）基礎(chǔ)上推導(dǎo)出各驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速。

圖2中，Vfin、Vfout、Vrin、Vrout分別為各輪轉(zhuǎn)速；δfin、δfout為左、右前輪轉(zhuǎn)向角，且在轉(zhuǎn)向角較小時，δfin=δfout=δ；Rf、Rr為前、后軸中心處的轉(zhuǎn)向半徑；Rfin、Rfout、Rrin、Rrout分別為前、后、左、右各輪的轉(zhuǎn)向半徑。如文獻[4]中根據(jù)該模型推導(dǎo)計算獲得了各驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速并對其實施控制，實現(xiàn)了車輛轉(zhuǎn)向時各輪速度的協(xié)調(diào)。

Perez-Pinal F J等人[5]采用主從式多電機結(jié)構(gòu)建立虛擬主電機，將兩驅(qū)動輪電機作為從電機，跟據(jù)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向模型計算各輪轉(zhuǎn)速并進行閉環(huán)控制（圖3），在車輛受到外部擾動或驅(qū)動輪負載變化時，對驅(qū)動輪的驅(qū)動力進行預(yù)判和調(diào)整，提高了電子差速系統(tǒng)的響應(yīng)速度和魯棒性。

針對Ackerman穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向模型中各輪轉(zhuǎn)速的非線性，也有學(xué)者利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合獲取當前工況下的各車輪轉(zhuǎn)速[6]，以提高電動車中低速行駛時的平穩(wěn)性，但其工況適應(yīng)性較差，通用性不強。

文獻[7]依據(jù)車輛橫擺速率及縱向速度與驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，分別對前兩輪驅(qū)動、后兩輪驅(qū)動及四輪驅(qū)動的電子差速進行了比較研究，表明在低速情況下，無論采取哪種差速系統(tǒng)均能實現(xiàn)電動輪的差速行駛，且性能無明顯差異；而車輛在附著極限工況下行駛時，此類以車輪轉(zhuǎn)速為控制目標的電子差速系統(tǒng)很難滿足整車對差速及穩(wěn)定性的要求。

另一類電子差速系統(tǒng)是以控制各驅(qū)動輪的附著力或滑移率相等為目標的轉(zhuǎn)矩型電子差速。文獻[8]根據(jù)車輛垂直載荷的變化動態(tài)分配各驅(qū)動輪的輸出力矩，控制電動汽車兩側(cè)驅(qū)動車輪的滑移率相等，從而起到電子差速的作用，以提高電動汽車轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性。存在的問題是：小滑移率的實時檢測和復(fù)雜行駛工況下最優(yōu)滑移率的識別均較難實現(xiàn)。另外，這類電子差速系統(tǒng)的研究與驅(qū)動防滑的研究緊密結(jié)合，隨著研究的深入，此類研究將逐漸融入車輛主動安全控制技術(shù)的研究中。

4 主動安全控制技術(shù)研究

直接橫擺力矩控制（DYC）系統(tǒng)是目前主要的一類汽車動力學(xué)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。DYC利用輪胎縱向力的線性范圍大于側(cè)向力線性范圍的特性，調(diào)整車輛左、右兩側(cè)驅(qū)動輪的縱向力來產(chǎn)生橫擺力矩，直接控制車輛的橫擺運動，以提高車輛的操縱穩(wěn)定性。因多電機分布式4WID電動汽車具有各輪驅(qū)動力/制動力均獨立可控的特點，使得DYC在4WID電動汽車主動安全控制領(lǐng)域內(nèi)的潛力得到了充分發(fā)揮[1]。當前，以DYC為代表的主動安全控制系統(tǒng)一般采用分層控制結(jié)構(gòu)，由整車控制、控制分配及底層控制層組成，如圖4所示。

4.1 DYC的理論與方法

為提高電動車輛安全性及操控穩(wěn)定性性，最優(yōu)控制、模糊控制、滑模變結(jié)構(gòu)等各種控制方法應(yīng)用于車輛DYC系統(tǒng)中。

文獻[9]采用二自由度控制結(jié)構(gòu)，將前饋—反饋相結(jié)合，前饋補償器將車輛的質(zhì)心側(cè)偏角控制在一個比較小的范圍內(nèi)，采用線性二次最優(yōu)獲得反饋系數(shù)，消除受控變量的穩(wěn)態(tài)誤差。從本質(zhì)上講，線性二次最優(yōu)法屬于線性控制范疇，對于車輛這種具有很強非線性特征且存在參數(shù)不確定的動力學(xué)系統(tǒng)來說，魯棒性不能得到保證。

滑模變結(jié)構(gòu)控制目前廣泛應(yīng)用于車輛穩(wěn)定性控制中，它根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)偏離滑模面的程度來變更控制器結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)按滑移面運行，對模型不確定性、未知干擾等不確定因素具有較強的魯棒性。日本學(xué)者Abe和Mokhiamar等人[10]以質(zhì)心側(cè)偏角和橫擺角速度為控制變量，設(shè)計了滑模變結(jié)構(gòu)的DYC系統(tǒng)，并通過實車驗證了其動態(tài)品質(zhì)的優(yōu)良。該方法無需在線辨識且具有很好的魯棒性，改善了控制性能，但是滑模變結(jié)構(gòu)控制中的高頻切換使驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)矩及受控車輛的橫擺角速度出現(xiàn)“振顫”現(xiàn)象。文獻[11]在滑移率控制中引入具有開關(guān)切換的二階滑模變結(jié)構(gòu)控制，在提高系統(tǒng)性能的同時削弱了“振顫”。

針對車輛非線性特征，模糊理論與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也被用于多電機獨立驅(qū)動的電動汽車的控制中，以提高電動汽車的操控性和魯棒性。文獻[12]對全輪獨立驅(qū)動電動汽車設(shè)計了一個多層動力學(xué)控制系統(tǒng)，牽引控制層采用模糊推理實現(xiàn)各電機目標滑移率的調(diào)整。模糊控制雖能一定程度上改善車輛的性能，但模糊規(guī)則的建立主要依賴于經(jīng)驗，其應(yīng)用受到車輛復(fù)雜多變的行駛工況的極大限制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于四輪轉(zhuǎn)向車輛控制中，能夠克服車輛非線性帶來的不利影響，提高車輛的穩(wěn)定性[13,14]。文獻[14]針對后兩輪獨立驅(qū)動電動汽車的橫向及橫擺運動的耦合進行可逆性分析，在構(gòu)造車輛質(zhì)心側(cè)偏角的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)左逆觀測器的基礎(chǔ)上，設(shè)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合逆控制器，實現(xiàn)橫擺角速度與質(zhì)心側(cè)偏角解耦的同時減小電機輸出，提高了整車效率。其不足之處在于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本的采集與獲取受到限制，導(dǎo)致對車輛復(fù)雜工況的適應(yīng)性差，且實時性略顯不足。

4.2 集成控制研究

車輛行駛狀態(tài)主要取決于輪胎與地面的接觸六分力，輪胎力學(xué)特性的摩擦橢圓規(guī)律導(dǎo)致輪胎側(cè)向力與縱向力相互影響，且輪胎的側(cè)向力和縱向力都與輪胎的垂直載荷緊密關(guān)聯(lián)。顯然，由驅(qū)動、制動、轉(zhuǎn)向和懸架等子系統(tǒng)組成的汽車底盤在車輛的縱向、側(cè)向和垂向動力學(xué)間存在復(fù)雜的耦合關(guān)系，如圖5所示。因此，電動汽車已是一個高度復(fù)雜、強耦合、時變的非線性動力學(xué)系統(tǒng)，且其所處環(huán)境多變、工況復(fù)雜。然而，隨著電動汽車各類主動安全系統(tǒng)的不斷推出，底盤電控結(jié)構(gòu)與功能日趨復(fù)雜，各底盤控制子系統(tǒng)間相互耦合的趨勢更加明顯，各系統(tǒng)之間不可避免地存在相互影響和功能沖突，導(dǎo)致整車行駛性能反而變差。如何有效管理、協(xié)調(diào)各系統(tǒng)的工作，使其能夠根據(jù)車輛當前行駛狀態(tài)與駕駛員操控要求，合理協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)工作時序和效能，盡量消除子系統(tǒng)之間的沖突，獲得更好的主動安全性、操縱穩(wěn)定性和駕駛舒適性，成為當前電動汽車底盤控制的重要研究內(nèi)容之一[15]。

4WID電動汽車的獨立驅(qū)動結(jié)構(gòu)亦為底盤集成控制的研究開拓了新的空間。研究表明，在輪胎側(cè)向力進入飽和區(qū)域之前，直接對側(cè)向力控制的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)依然是提高車輛側(cè)向穩(wěn)定性最直接有效的手段。而在輪胎側(cè)向力進入飽和區(qū)后，DYC并沒有直接對輪胎的側(cè)向力進行控制，而是利用輪胎縱向力直接控制車輛的橫擺運動。因此，如何利用輪胎的側(cè)向力和縱向力彌補主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與DYC的相互不足，并發(fā)揮各自優(yōu)點的集成控制成為當前主動安全控制研究的主要內(nèi)容[16]。Yi Kyongsu[17]對車輛輪胎的橫向、縱向及聯(lián)合工況輸出力進行觀測，采用統(tǒng)一底盤控制策略協(xié)調(diào)控制各電機轉(zhuǎn)矩輸出，提高了車輛橫向穩(wěn)定性和操控性；山東大學(xué)李貽斌[18]利用四輪獨立驅(qū)動平臺實現(xiàn)了AFS+ASR+DYC的模糊控制，提高了車輛的操控性和安全性。

顯然，此類研究對充分利用多電機獨立驅(qū)動的優(yōu)勢，進一步提高4WID電動汽車的安全性和操控性有著特別重要的理論意義與研究價值。

4.3 多電機轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制研究

4WID電動汽車各輪獨立可控，雖然增加了控制的自由度，但也對電機協(xié)調(diào)控制提出了新的挑戰(zhàn)，多電機的轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制技術(shù)已成為亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是制約4WID電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制實際上就是控制分配問題，本質(zhì)上屬于有約束的優(yōu)化問題，最先在飛行控制系統(tǒng)中提出，目前已推廣至許多工程實際中。其基本思想是將上層控制指令依據(jù)某種優(yōu)化目標分配給冗余的執(zhí)行機構(gòu)，并滿足執(zhí)行機構(gòu)的約束條件。控制分配的求解方法主要分為廣義逆方法、鏈式遞增方法、直接分配方法和數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，包括線性規(guī)劃和二次規(guī)劃，實際應(yīng)用中主要關(guān)注控制分配中優(yōu)化求解的實時性[19]。

控制分配以經(jīng)典數(shù)學(xué)最優(yōu)化算法與現(xiàn)有實際應(yīng)用的優(yōu)化分配算法相結(jié)合的方式展開，同時考慮各種實際約束條件和二次目標，如系統(tǒng)冗余特性、執(zhí)行機構(gòu)物理約束、輪胎利用率約束、輪胎力最小目標等，以實現(xiàn)總控制目標量的最優(yōu)分配。根據(jù)優(yōu)化目標的不同，4WID電動汽車動力學(xué)控制領(lǐng)域內(nèi)的控制分配方法主要分為以下兩類。

一類是以安全性為目標優(yōu)化指標，沿襲傳統(tǒng)車輛穩(wěn)定性控制思路，通過控制電機轉(zhuǎn)矩，在充分利用輪胎附著力、降低輪胎利用率、提高車輛穩(wěn)定性的同時，提高驅(qū)動效率。如Masao Nagai[16]針對雙后輪驅(qū)動的“Novel”電動汽車，通過一側(cè)增加驅(qū)動/制動扭矩，另一側(cè)相應(yīng)地減小驅(qū)動/制動扭矩來實現(xiàn)DYC控制。但這種方法沒有考慮車輪當前的工作狀況與電機的輸出約束，導(dǎo)致車輪縱向力出現(xiàn)高頻抖振，對車輛的穩(wěn)定性和平順性產(chǎn)生不利影響。同濟大學(xué)余卓平等人[20]采用層次化的控制分配方法，考慮執(zhí)行器的約束條件，以加權(quán)二乘法優(yōu)化驅(qū)動/制動的扭矩分配，降低總的輪胎利用率，提高輪胎的安全裕度，從而提高車輛的操縱穩(wěn)定性。清華大學(xué)李克強等人[21]則綜合直接橫擺力矩、地面附著及電機輸出受限等要求，得出全輪縱向力優(yōu)化分配的約束條件，基于模糊理論設(shè)計了以車輛質(zhì)心側(cè)偏角為變量的權(quán)重函數(shù)，對縱向力分配實時動態(tài)調(diào)整，進一步提升了車輛的穩(wěn)定性和機動性。

另一類是從提高整車運行經(jīng)濟性的角度出發(fā)，根據(jù)電機在不同轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)效率的不同，合理分配電機控制力矩，提高驅(qū)動電機的效率，從而提高整車驅(qū)動效率。研究表明，基于電機效率模型的控制分配更能準確地反映能量流動情況[22]。因此，眾多學(xué)者從電機效率MAP圖出發(fā)，研究電動汽車運行的能量優(yōu)化與控制分配方法，提高電機驅(qū)動效率[23,24]。Yan Chen和JunminWang等人[23]考慮電機的效率特性，根據(jù)車輛不同行駛工況下4個輪轂電機的驅(qū)動效率，綜合分配四輪驅(qū)動力矩，達到了整車能量消耗最小的控制目標。此外，Yan Chen和Junmin Wang等人[24]也提出了基于卡羅需-庫恩-塔克條件（KKT）的過執(zhí)行系統(tǒng)的能量最小消耗全局優(yōu)化控制分配算法，提高了4WID電動汽車整車驅(qū)動系統(tǒng)效率。此類研究均假設(shè)車輛處于穩(wěn)定狀態(tài)，由于欠缺對車輛安全約束的考慮，實際運行時有可能造成車輪打滑或抱死，從而影響整車行駛的穩(wěn)定性。

文獻[25]則根據(jù)當前車輛的運行工況，設(shè)計了一種經(jīng)濟性最優(yōu)的目標函數(shù)，其綜合考慮安全性及經(jīng)濟性目標，當車輛處于穩(wěn)定狀態(tài)時采用經(jīng)濟性驅(qū)動力分配方式，而當車輛處于不穩(wěn)定狀態(tài)時則采用基于安全性的目標函數(shù)實現(xiàn)驅(qū)動力的優(yōu)化分配，增強了車輛的側(cè)向穩(wěn)定性。

5 電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)容錯控制研究

4WID電動汽車復(fù)雜的行駛工況及大量采用驅(qū)動系統(tǒng)線控技術(shù)，致使電機驅(qū)動系統(tǒng)故障率較高，安全隱患增加。4WID電動汽車一旦出現(xiàn)驅(qū)動電機故障，則驅(qū)動電機不能輸出期望轉(zhuǎn)矩或無轉(zhuǎn)矩輸出，將導(dǎo)致整車出現(xiàn)非期望的橫擺角速度，致使車輛出現(xiàn)“跑偏”現(xiàn)象，嚴重時會導(dǎo)致車輛事故的發(fā)生。當前，針對驅(qū)動電機失效的容錯控制研究尚處于起步階段。4WID電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)本質(zhì)上屬于冗余過驅(qū)動系統(tǒng)，具備一定的帶故障運行能力。如，文獻[26]采用了冗余結(jié)構(gòu)的前/后輪獨立驅(qū)動系統(tǒng)，在電機出現(xiàn)故障后，將故障電機所在前輪/后輪均變?yōu)樽杂奢啠瑑H由正常的后輪/前輪驅(qū)動整車運行，但并沒有充分利用4WID電動汽車四輪獨立驅(qū)動的特點。

已有學(xué)者開始嘗試將容錯控制理論運用于車輛主動安全控制，如文獻[27]在驅(qū)動力分配層中設(shè)計了失效控制策略，設(shè)置失效因子來處理故障電機，通過簡單協(xié)調(diào)控制規(guī)則實現(xiàn)控制的再分配，可實現(xiàn)車輛的帶故障運行。考慮到4WID電動汽車中電機故障、輸入受限、外部擾動等情況，文獻[28]設(shè)計了Lypunov自適應(yīng)容錯控制律，文獻[29]基于Lypunov函數(shù)結(jié)合線性二次最優(yōu)方法設(shè)計了最優(yōu)容錯控制律，均可保證車輛在驅(qū)動電機故障下的路徑跟蹤能力。此類研究基本屬于被動容錯控制范疇，無需故障診斷就能夠保證車輛在驅(qū)動電機失效時的安全性。美國Junmin Wang[30]的課題組研究較深入，不僅針對4WID電動汽車被動容錯控制器進行了研究，而且開展了基于電機故障診斷的主動容錯控制技術(shù)研究[31,32]，取得了較好的控制效果。

總體而言，4WID電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)容錯控制研究尚未將其它領(lǐng)域內(nèi)相對成熟的容錯控制理論應(yīng)用于車輛主動安全控制領(lǐng)域，其故障診斷與控制算法的實時性依然是主要難題。

6 結(jié)論及展望

對電動汽車多輪獨立驅(qū)動技術(shù)進行研究，不僅能提高電動汽車的安全性、操控性、穩(wěn)定性，而且能進一步提高電動汽車的經(jīng)濟性和舒適性。雖然目前這方面應(yīng)用及理論研究取得了一定的成果，但總體來說仍處于起步階段和探索階段，遠未達到實際運用的要求，以下幾方面是今后電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)及車輛動力學(xué)控制領(lǐng)域研究和實踐的重點。

a.電機及驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性研究。電動汽車驅(qū)動電機具有小型輕量化、高效率、高功率密度等特點，且電機工況復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣，對電機的可靠性要求極高。作為電動汽車核心技術(shù)之一的電機驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)廣域的高可靠性、高效率、高功率密度，且具有低成本、低噪聲、較好的能量回饋等特點依然是研究重點之一。

b.電動汽車的非線性動力學(xué)分析與控制。由于車輛本身動力學(xué)的非線性、不確定性，控制變量的多樣化，控制的魯棒性、實時性、高動態(tài)響應(yīng)性的要求等，使整車動力學(xué)控制實施極其困難。先進的控制策略及控制方法是電動車輛能否具有良好的操縱穩(wěn)定性及安全性的關(guān)鍵因素。因此，采用先進的控制理論和方法設(shè)計出性能優(yōu)越、魯棒性高、實時性強的控制算法是電動汽車動力學(xué)控制研究的重要方向之一[32]。需要指出的是，多電機獨立驅(qū)動系統(tǒng)中，每個驅(qū)動輪均可驅(qū)動或回饋制動運行，因此如何在穩(wěn)定性控制的同時兼顧運行效率，實施系統(tǒng)能量管理，提高整車效率，從系統(tǒng)控制科學(xué)的角度看，亦是一個頗具挑戰(zhàn)性而又具有深遠意義的研究領(lǐng)域。

c.智能底盤主動安全控制研究。目前，針對4WID電動汽車的主動安全控制研究雖取得了一定進展，但是仍未能從整體性、相關(guān)性方面對底盤各控制子系統(tǒng)之間的相互制約和相互影響的機理進行深入分析，4WID電動汽車在底盤控制方面的潛力和優(yōu)勢遠未發(fā)揮，已成為制約4WID電動汽車開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的瓶頸之一。多電機獨立驅(qū)動電動汽車結(jié)構(gòu)比一般電動汽車復(fù)雜，故障率相對較高，一定程度上降低了電動汽車的可靠性。此外，4WID電動汽車多采用線控方式，線控系統(tǒng)發(fā)生故障時沒有任何預(yù)警信息，給車輛的行車安全又帶來了一定的安全隱患。因此，研究線控系統(tǒng)的故障檢測，并利用多電機獨立驅(qū)動系統(tǒng)的執(zhí)行器冗余的特點，協(xié)調(diào)故障電機與正常電機的轉(zhuǎn)矩分配，實現(xiàn)整車的高可靠性主動安全控制，成為未來智能底盤控制技術(shù)重要的研究方向之一。

d.未來環(huán)保、智能電動汽車的研究。隨著信息技術(shù)以及控制科學(xué)的發(fā)展，研究新一代智能化汽車成為現(xiàn)代汽車研究的主要趨勢之一。未來智能電動汽車不僅要實現(xiàn)安全、舒適、節(jié)能與環(huán)保等四大功能，更應(yīng)是集清潔能源動力、電控化底盤與智能信息交互三大系統(tǒng)為特征的一體化的智能交通系統(tǒng)[33]。材料科學(xué)、信息科學(xué)等多學(xué)科的理論研究以及集成制造技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展將進一步推動電動汽車底盤控制技術(shù)向電動化、模塊化、智能化和集成化方向發(fā)展。

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（責任編輯文 楫）

修改稿收到日期為2015年2月25日。

Overview of Multi-motor Independent Drive of Electric Vehicles

Zhang Duo,Liu Guohai,Zhao Wenxiang,Miao Penghu,Ye Hao
（Jiangsu University）

The four-wheel-independent-drive(4WID)electric vehicles(EVs)have become one of the most important trends for EVs.However,it suffers from the problems of the multi-motor coordinated control and reliability.In this paper, the research on the electric differential,active safety control,multi-motor coordinated control and fault tolerant control are reviewed.Finally,some problems existing in 4WID electric vehicle are pointed out,and the developing direction and trend of the 4WID technology is investigated.

Electric vehicles,Multi-motor independent drive,Coordinated control,Reliability

電動汽車 多電機獨立驅(qū)動 協(xié)調(diào)控制 可靠性

U469.72

A

1000-3703（2015）10-0001-06

國家自然科學(xué)基金(51077066，61273154)、教育部博士點基金（20123227110012），江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程（蘇政辦發(fā)2011-6）、江蘇大學(xué)研究生創(chuàng)新工程（CX10B_014X）資助。