四輪獨立驅動與轉向電動汽車四輪轉向研究綜述

姬曉 李剛 曹天琳

摘 要：四輪獨立驅動與轉向電動汽車作為分布式電動汽車的一種，通過四個輪轂電機分別獨立控制各個車輪的轉角和轉矩而取代了傳統汽車的分動器等其他機械結構，簡化了車輛的底盤結構，同時又為車輛的各種控制提供了便利條件。文章介紹了四輪獨立驅動與轉向電動汽車轉向控制的研究背景和特點，對國內外的研究情況進行了闡述，提出四輪轉向控制的發展方向。

關鍵詞：電動汽車;四輪獨立轉向;輪轂電機;轉向控制

中圖分類號：U469.72? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）17-05-03

Overview of Research on Steering Control of Four-wheel Independent Driving

and Steering Electric Vehicle*

Ji Xiao， Li Gang， Cao Tianlin

（College of Automobile and Traffic Engineering， Liaoning University of Technology， Liaoning Jinzhou 121001）

Abstract： Four-wheel independent drive and four-wheel independent steering electric vehicles are a kind of distributed electric vehicles. The four in-wheel motors independently control the rotation angle and torque of each wheel， replace the transfer case of traditional car and other mechanical structures. It saves space and provides convenient conditions for various control of the vehicle. The paper introduces the research background and characteristics of the steering control of four-wheel independent drive and steering electric vehicles， expounds the research situation at home and abroad， and proposes the development direction of steering control.

Keywords： Electric vehicle; Four wheel independent steering; In-wheel motor; Steering control

CLC NO.： U469.72? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）17-05-03

前言

隨著科學技術的迅速發展，近年來汽車行業迅猛發展，汽車不管在形態上還是結構上都發生了巨大的變化。2012年，國務院常務會議討論通過了《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012-2020年）》并指出：加快培育和發展節能與新能源汽車產業，對于緩解能源和環境壓力，推動汽車產業轉型升級，培育新的經濟增長點，具有重要意義[1]。隨之而來，新能源意識也越來越被人們重視，人們對新能源汽車到來的呼喚越來越熱切，在此背景下誕生了許多新能源汽車。其中分布式驅動電動汽車相對于傳統汽車在穩定性、主動安全及節能等方面具有顯著控制優勢，成為汽車行業的一大熱點方向[2]。四輪獨立驅動與轉向電動汽車是一種典型的分布式汽車，擁有四個轉向電機和驅動電機，具有更多可控自由度，車輛機動性和可操縱性更強[3]。由于其四輪轉角可獨立控制，因此可實現傳統汽車無法實現的四輪轉向和原地轉向等其他多種特殊轉向模式，具有廣闊的應用前景，成為一大研究熱點。

1 國內外研究現狀

四輪轉向汽車在轉彎時，不僅前輪可以做轉向運動，而且后輪也可以參與運動，相比于傳統的前輪轉向車輛，具有更高的機動性和靈活性。前后車輪取得不同的轉向方向可以有效減小車輛的轉彎半徑，便于車輛在狹小空間的操作;高速行駛時前后車輪取得相同轉向方向，可以快速改變車道，減少車輛甩尾失穩的可能性。四輪轉向具有多種優勢因而成為了國內外各大高校和研究所的研究熱點。

1.1 國外研究現狀

國外較早就展開了對四輪轉向的研究。上世紀80年代后期為了保證汽車更高程度的安全性和對駕駛員意圖的準確實現，各大汽車公司紛紛展開了對四輪轉向技術的研究。Nisssan日產[4]為實現對未來汽車的愿望憧憬，在1985年的東京車展上展出了“面向駕駛員設計”的概念車ARC-X，其車輛集成功能已經到當時的最高水平，各子系統通過CPU間的通訊協作工作。該車除了控制前輪轉角外，還通過電子方式控制后輪轉向角，提供操縱性能的額外度量。

日本某大學Ossama Mokhiamar[5]等人為了改善車倆的操縱性和穩定性，研究了四個輪胎在底盤控制中如何分擔工作獲得最優控制，設計了一種可以單獨控制四輪轉角的方法，并應用摩擦圓理論對輪胎力進行優化分配。通過計算機仿真車輛在不同附著系數路面上對單正弦波轉向的響應，驗證了該法的有效性。

伊朗某大學R.Kazemi[6]等人對非線性車輛模型的后輪轉向穩定性與機動性進行了調查，提出了一種基于考慮輪胎特性的7自由度車輛非線性模型的模糊控制算法，協調四輪轉向的優勢，經過計算機模擬演示證明了該算法可以改善車輛的操縱穩定性。