直接橫擺力矩控制研究綜述

曹天琳 李剛 余志超 沈玉龍

摘 要：車輛的主動安全一直是汽車行業研究的熱點話題。直接橫擺力矩控制也是主動安全中的一種，論文針對直接橫擺力矩控制的發展和國內外研究現狀，進行了綜述。首先介紹了直接橫擺力矩控制概念的來源，對直接橫擺力矩控制國內外研究概況進行了說明，最后指出分布式驅動電動車的優勢，對于橫擺力矩控制的研究提供方便，從而提高汽車的行駛穩定性。充分發揮其控制優勢通過電機驅動/制動和制動器制動的有效結合，從而更為合理分配附加橫擺力矩是未來研究的重要內容。

關鍵詞：主動安全;直接橫擺力矩;控制策略;行駛穩定性

中圖分類號：U461.6 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）16-270-03

Abstract： Active safety of vehicles has always been a hot topic in the automotive industry. Direct yaw moment control is also a kind of active safety. The paper summarizes the development of direct yaw moment control and the current research status at home and abroad. Firstly， the source of the concept of direct yaw moment control is introduced， and the research overview of direct yaw moment control at home and abroad is explained. Finally， the advantages of distributed drive electric vehicles are pointed out， which provides convenience for the research of yaw moment control， thereby improving the performance of automobiles. Driving stability. Giving full play to its control advantages through the effective combination of motor drive/braking and brake braking， so as to allocate additional yaw moment more reasonably is an important content of future research.

Keywords： Active safety; Direct yaw moment; Control strategy; Driving stability

CLC No.： U461.6 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-270-03

前言

本田公司首席工程師 Shibahata[1]認為車輛在大側偏角時，恢復橫擺力矩可減小汽車失穩的可能性。因此提出了直接橫擺力矩控制的概念。直接橫擺力矩控制是控制車輛穩定性的主動安全系統，DYC系統和轉向控制系統組成了車輛電子穩定性控制系統[2]。直接橫擺力矩控制是在制動防抱死系統/驅動防滑系統的基礎，上開發出的一種新功能，使得汽車主動安全技術更加趨于完善化，已經成為汽車穩定性控制中的最具發展前景的底盤控制方法。如何提高車輛的操縱穩定性和行駛安全性成為研究的焦點。對此國內外企業和學者做出了大量的科學研究。

1 國外研究現狀

BOSCH公司的DYC是ESC系統最具代表性的控制方法之一，該控制方法采用二自由度車輛模型來描述期望的車輛運行狀態，將車載傳感器采集到的汽車實際運行狀態與期望運行狀態進行比較，控制器計算得到使車輛恢復到期望運行狀態所需的附加橫擺力矩，然后按照制動力分配控制規則將附加橫擺力矩分配給不同的制動車輪，從而控制汽車的運行姿態[3-4]。

Abe M[5]基于滑膜控制算法設計了DYC控制器，主要控制質心側偏角，使車輛跟蹤理想質心側偏角，保證車輛能夠按照駕駛員的行駛方向行駛。文獻[6]對橫擺力矩控制和四輪轉向技術進行了對比，研究結果表明，直接橫擺力矩控制具有更好的控制效果。文獻[7]開發了基于模型預估計控制的車輛穩定性以及跟蹤期望路徑的能力。

Wanki Cho等[8]設計了一個多層控制結構對AFS和ESC進行了集成控制，其控制方法為將橫擺角速度作為邏輯門限值，去判斷車輛是需要機動性還是操穩性。

2 國內研究現狀

重慶交通大學方春杰[9]針對純電動汽車在極限工況下操縱穩定性和行駛安全性的問題，選取橫擺角速度和質心側偏角作為ESC系統控制量，選取差動制動控制方法，通過單側車輪制動方式實現各車輪制動器制動力的分配控制。

吉林大學劉剛[10]針對乘用車在極限工況行駛時的車輛操縱性和穩定性的問題，對基于分層的DYC算法進行了研究分析。控制策略的上層控制算法包括直接橫擺力矩算法，直接橫擺力矩控制采用滑模變結構控制算法計算得到。

武漢科技大學葉剛[11]針對電動輪驅動車輛的穩定性控制問題，采用模型預測控制（MPC）理論計算所需要的廣義控制力，下層為轉矩分配層，采用能效最優的分配策略。

武漢科技大學劉穎[12]采用分層控制結構，上層基于滑膜控制算法，搭建了DYC系統，下層通過邏輯門限規則分配把附加橫擺力矩以驅動的方式分配給兩側車輪，實現汽車軌跡的糾正，提高操縱穩定性。

吉林大學李剛[13]提出了基于橫擺角速度與質心側偏角聯合控制的模糊控制方法，并設計了規則制動力分配方法，通過主動差動制動來實現對車輛的控制。

清華大學褚文博[14]研究了IEV車輛狀態參數觀測，并設計了一套完整的 IEV 車輛驅動力協調控制系統。

3 結論

四輪獨立驅動電動車具有四輪驅動力矩獨立可控、縱向力分配靈活、電機輸出轉矩精確的優勢四輪獨立驅動電動車是直接橫擺力矩控制的理想載體。目前研究工作大多數基于傳統車選擇不同的附加橫擺力矩計算策略，通過單輪制動或者同側車輪制動的方式對直接橫擺力矩進行控制。由于四輪獨立驅動電動車的出現，也有大多學者借助其進行直接橫擺力矩控制研究，一般都是選取規則分配、LQR、二次規劃等優化方法對驅動力/制動力進行優化分配。因此還有很大的發展空間。

參考文獻

[1] Shibahata Y，Shimada K， Tomari T.Improvement of vehicle maneu -verability by direct yaw moment control.Vehicle System Dynamics， 1993，22（5-6）：465-481.

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[4] Shin-Ichiro Sakai，Hideo Sado， Yoichi Hori. Dynamic driving/braking force distribution in electric vehicles with independently driven four wheels[J]. Electrical Engineering in Japan， 2002，138（1）：79-89.

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[8] Wanki Cho，Jaewoong Choi，Chongkap Kim，Seibum Choi，and Kyong -su Yi. United chassis control for the improvement of agility， maneu -verability， and lateral stability. Vehicular Technology， IEEE Trans on， 6 （3）：1008-1020，march 2012.

[9] 方春杰.純電動汽車極限工況下的ESC控制研究[D].重慶交通大學，2018.

[10] 劉剛.乘用車ESC分層控制策略及液壓執行單元控制算法的研究[D].吉林大學，2018.

[11] 葉剛.電動輪車輛直接橫擺力矩控制策略研究[D].武漢科技大學， 2018.

[12] 劉穎.電動汽車DYC系統與主動懸架系統聯合控制研究[D].武漢科技大學，2018.

[13] 李剛.線控四輪獨立驅動輪轂電機電動汽車穩定性與節能控制研究[D].吉林大學，2013.

[14] 褚文博.分布式電驅動車輛動力學狀態參數觀測及驅動力協調控制[D].清華大學，2013.