四輪驅動電動輪汽車主動變道系統的轉矩分配研究

段婷婷 呂冬慧 姜紹忠

摘 要：基于電動輪汽車主動變道的安全性和整車的穩定性，考慮前輪驅動力對整車橫擺力矩的影響，以橫擺角速度和質心側偏角為整車狀態參量，采用基于模糊推理的控制方法對電動輪汽車的操縱穩定性進行調節，在此基礎上對電動輪汽車主動變道的驅動轉矩進行分配，并通過Carsim和Matlab/Simulink的聯合仿真平臺，驗證該控制策略的可行性，為電動輪汽車自動駕駛的轉矩分配開發奠定基礎。

關鍵詞：前輪驅動力;狀態參量;模糊推理;轉矩分配

伴隨著自動駕駛產業和智能網聯技術的不斷革新，汽車行業對于電動汽車主動變道系統和智能駕駛系統的研究越來越多[1]，而電動輪汽車主要依據輪轂電機和電控系統來實現整車的運行，其響應速度和精準度更高，整車力矩分配的實時性高，是未來智能駕駛的發展方向[2]。

基于世界能源的危機性和環境保護的緊迫性，考慮到四輪獨立驅動電動輪汽車的優點，國內外研究機構對四輪獨立驅動電動輪汽車的主動變道系統的研究較為關注。智能駕駛的關鍵技術主要有環境感知、汽車行駛的軌跡規劃、整車的穩定性控制和整車轉向和制動的協調控制等方面，而電動輪汽車具有四輪獨立可控的優點，更有利于智能駕駛智能網聯的實現[3]。

目前，國內外對電動輪汽車的研究熱點轉矩協調和穩定性控制等問題上，對電動輪汽車智能駕駛的協調方面的研究剛剛開始。陳文韜等人使用多種控制方式對汽車的ACC進行控制仿真，設計出較為適合智能駕駛車輛的基于模糊推理控制的ACC控制器[4]。江慶坤等人通過分析智能駕駛汽車在常見道路上的避障風險和軌跡規劃，采用模型預測和駕駛員預瞄相結合，提高形式的安全性[5]。

1 動力學模型

1.1 整車模型

2 控制策略

為保障汽車電動輪汽車主動變道的安全性和整車的穩定性，汽車主動變道系統的轉矩分配策略應滿足行車軌跡精準跟蹤、穩定性目標控制良好、有效抵抗各種不確定干擾、對模型的不確定性具有良好的魯棒性等特點。

2.1 左右驅動力矩對橫擺力矩的影響

整車在運行過程中，四個車輪的運動彼此獨立又相互耦合，即轉矩分配系數的大小影響橫擺力矩，繼而左右著整車橫向的穩定性。假定整車左轉避障狀態，不同附著系數下，前輪驅動力矩與橫擺力矩的關系如圖所示前輪驅動力的大小可以對整車不足轉向或過多轉向的特性起矯正作用[6]。

2.2 模糊推理控制器

基于汽車在變道時工況的不確定性，無法精確其條件量，故采用模糊推理的方式來橫擺力矩分配系數值來控制整車，模糊推理的原則是通過邏輯規則和模糊集合建立數學模型。本項目通過設定γd和βd為輸入量，依據圖1和圖2所示的驅動力與橫擺力矩的關系將橫擺力矩分配系數進行規則化[6]。

通過對γd和βd進行模糊推理后得到橫擺力矩分配隸屬度函數值，其三維視圖如圖3。

3 控制結果及分析

為驗證模糊推理控制器的轉矩分配策略的可行性，本文對整車在主動變道工況下的穩定性進行在線仿真驗證。假設車速為30km/h，整車在行駛30s時對前方障礙物緊急避障，仿真結果如圖4和圖5所示。根據仿真結果可以看出，基于模糊推理控制的橫擺角速度和質心側偏角，其振蕩幅值較小，能快速收斂，跟蹤效果更為理想。

4 結論

本項目在研究模糊推理原則的基礎上，考慮前輪驅動力對整車橫擺力矩的影響，以橫擺角速度和質心側偏角為整車狀態參量對整車主動變道工況下橫擺力矩進行分配，保證電動輪汽車主動變道的安全性和整車的穩定性，通過對系統的聯合仿真平臺，驗證該控制策略的可行性，為電動輪汽車的主動安全乃至自動駕駛的開發提供理論基礎。

參考文獻：

[1]趙臻.基于電子信息與智能化技術在汽車中的運用分析[J].內燃機與配件，2019（16）：236-237.

[2]Yu Z，Hui C，Waslander S L，et al.Hybrid trajectory planning for autonomous driving in highly constrained environments[J].IEEE Access，2018，6：32800-32819.

[3]李印祥.汽車主動制動/轉向避障控制系統研究[D].合肥工業大學，2018.

[4]陳文韜，劉志斌，丁嘉浩，姚森.汽車縱向主動避障系統研究[J].時代汽車，2017（10）：71-72.

[5]江慶坤.智能汽車避障危險評估和軌跡規劃研究[D].吉林大學，2016.

[6]段婷婷.四輪獨立驅動電動輪汽車驅動轉矩協調分配研究[D].南京航空航天大學，2015.

基金項目：天津市自然科學基金項目19JCTPJC45000;天津中德應用技術大學科研基金項目（zdkt2018-010）

作者簡介：段婷婷（1990—），女，初級。