1、2023 年 5 月May 2023第 44 卷第 3 期Vol 44No 3doi:10 3969/j issn 1671 7775 2023 03 002开放科学(资源服务)标识码(OSID):轮毂电动机驱动滑移转向车辆驱动力控制付翔1，2，3，4，赵熙金1，2，3，4，刘道远1，2，3，4(1 武汉理工大学 汽车工程学院，湖北 武汉 430070;2 武汉理工大学 现代汽车零部件技术湖北省重点实验室，湖北 武汉430070;3 武汉理工大学 汽车零部件技术湖北省协同创新中心，湖北 武汉 430070;4 武汉理工大学 湖北省新能源与智能网联车工程技术研究中心，湖北 武汉 430070)摘
2、要:为提高滑移转向车辆机动性和稳定性，以轮毂电动机驱动滑移转向车辆为研究对象，充分利用转矩矢量控制在车辆动力学中的优势，针对传统滑模控制存在抖振问题，提出了一种基于自适应模糊滑模控制(adaptive fuzzy sliding mode control，AFSMC)的直接横摆力矩控制方法 设计自适应模糊滑模控制器，计算跟随控制目标所需的附加横摆力矩，构建模糊系统实时逼近变增益符号函数，模糊自适应律通过 Lyapunov 方法导出，提高控制策略的鲁棒性并抑制输出控制量的抖振问题 对下层控制器，提出了一种基于优化分配的驱动力分配方案，根据轮胎负荷率和加权因子建立目标函数 所提出的策略充分考虑了车
3、辆的非线性动力学特性 实车试验结果表明:所提出的控制策略能够在车辆操纵性和稳定性方面获得良好的性能，控制系统具有较强的鲁棒性关键词:轮毂电动机;滑移转向;自适应模糊滑模控制;驱动力分配中图分类号:U461.1文献标志码:A文章编号:1671 7775(2023)03 0254 08引文格式:付翔，赵熙金，刘道远 轮毂电动机驱动滑移转向车辆驱动力控制J 江苏大学学报(自然科学版)，2023，44(3):254 261收稿日期:2021 09 01基金项目:武汉理工大学自主创新研究基金资助项目(107 3120620906)作者简介:付翔(1973)，女，湖北随州人，副教授(fuxiang whu
4、t edu cn)，主要从事分布式驱动汽车动力系统研究赵熙金(1996)，男，四川泸州人，硕士研究生(zhao_xj1163 com)，主要从事分布式驱动汽车动力学控制研究Driving force control of wheel motor drive skid steer vehicleFU Xiang1，2，3，4，ZHAO Xijin1，2，3，4，LIU Daoyuan1，2，3，4(1 School of Automotive Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan，Hubei 430070，China;2 Hubei K
5、ey Laboratory ofAdvanced Technology for Automotive Components，Wuhan University of Technology，Wuhan，Hubei 430070，China;3HubeiCollaborative Innovation Center for Automotive Components Technology，Wuhan University of Technology，Wuhan，Hubei 430070，China;4 Hubei Engineering Technology esearch Center for N
6、ew Energy and Intelligent Connected Vehicle，Wuhan University of Technology，Wuhan，Hubei 430070，China)Abstract:To improve the maneuverability and stability of the skid steer vehicle driven by hub motors，the advantages of torque vectoring control in vehicle dynamics were fully utilized To solve the cha
7、tteringproblem in traditional sliding mode control，a direct yaw moment control method was proposed based onadaptive fuzzy sliding mode control(AFSMC)The AFSMC controller was designed to calculate theadditional yaw moment for following the control target，and a fuzzy system was constructed to approxim
8、atethe variable gain sign function in real time The fuzzy adaptive law was derived through the Lyapunovmethod to enhance the robustness of the control strategy and suppress output control chattering For thelower level，an optimized driving force distribution scheme based on tire load rate and weighti
9、ng factorswas proposed by establishing an objective function In the proposed strategy，the nonlinear dynamiccharacteristics of the vehicle was fully considered The experimental results on a real vehicle show that by第 3 期付翔等:轮毂电动机驱动滑移转向车辆驱动力控制255the proposed control strategy，the good performance in ve
10、hicle handling and stability can be achieved withstrong robustness of the control systemKey words:wheel motor;skid steer;adaptive fuzzy sliding mode control;driving force distribution滑移转向车辆1 与阿克曼转向车辆不同，其主要由两侧车轮形成的转速差来实现转向功能 它消除了传统转向系统、传动机构、齿轮等部件，提高了车辆配置的灵活性 滑移转向车辆具有良好的机动性、越野性能、响应能力等优点，可实现原地转向及中心转向功能
11、 目前国内有陆军装备的山猫全地形滑移转向越野车，国外有洛克希德马丁公司开发的 MULE、AMX 10 C、AMBOW UGV 等滑移转向车辆2 国内外学者针对滑移转向车辆控制展开了研究 文献 3在分析对比各种车辆的转向结构和转向原理基础上，提出一种转矩矢量控制策略，准确地对 6 轮独立驱动滑移转向车辆进行各车轮转矩实时控制分配 文献 4提出了基于最优控制分配的 6WD/6WS 驱动控制算法 文献 5提出了椭圆抛物线接触压力分布的轮胎分析模型，建立了滑移转向车辆在转向工况下的动力学分析模型 文献 6 为了提高滑移转向车辆的机动性和稳定性，提出了一种采用独立驱动电动机的 6 轮驱动滑移转向电动无人
12、地面车辆的分层驱动力分配和控制策略文献 7 提出了一种用于滑移转向车辆的鲁棒控制方案，能够在越野路面实现高速路径跟踪 文献 8提出 6WID 滑移转向车辆发展的瓶颈是轮胎控制的协调性、控制需求的实时性和组合运动中的动力协调性 协调的车轮转矩控制是实现滑移转向和车辆驾驶控制的关键因素 针对车辆在复杂行驶工况下轮胎路面附着条件复杂多变从而影响动力学控制效果的问题，文献 9分析了滑移转向车辆的动力学特性，提出了双闭环结构的侧向动力学控制方法 文献 10考虑滑移转向车辆车轮 地面相互作用和车轮动力学的综合动力学模型，提出了一种基于模型的协调自适应鲁棒控制方案 文献 11 提出了一种松弛静态稳定性动力学
13、控制方法，以过极点配置技术的横摆力矩控制来改善闭环操纵稳定性现有的下层电动机转矩分配方法多针对分布式四轮驱动系统，控制分配方法主要分为基于规则的分配方法12 和针对基于优化的转矩分配方法 在文献 13 14的 4 种 MIDEV 转矩控制分配方法中，与那些最小化能效的目标函数相比，基于最小轮胎滑移准则的目标函数具有更好的控制效果由于特殊的转向模式，滑移转向车辆在转向时轮胎会进入侧偏纵滑的复合运动状态，会对轮胎侧/纵向力学特性产生显著影响 对于滑移转向车辆来说，快速通过弯道是为了保证车辆的转向灵敏性和车辆行驶稳定性，这比减少轮胎损耗更为重要 但是现有的研究大多集中于单个轮胎上，例如，在曲线场景中
14、，即使使用相同的轮胎，左侧车轮在潜力和对整体横摆力矩的贡献方面与右侧车轮有明显的差异 同样，前轮和后轮在产生横摆力矩方面也有不同的效率针对上述问题，笔者提出一种针对6 轮滑移转向车辆驱动力分层控制策略，建立基于滑移转向车辆系统动力学模型、轮胎动力学模型和车轮动力学模型的 9 自由度动力学模型 基于分层控制思想，上层控制器使用自适应模糊滑模控制得到滑移转向车辆满足转向控制所需附加横摆力矩通过自适应律逼近法解决滑移转向车辆系统的不确定性和外部扰动等非线性干扰 在下层控制器中，提出一种基于优化分配的驱动力分配方案，根据轮胎负荷率和加权因子，建立目标函数 最后通过实车试验验证提出的控制策略对滑移转向车
15、辆控制的有效性1车辆动力学模型由于滑移转向车辆没有车轮转角，横摆角速度的响应是通过改变内外侧车轮的转速而实现转向 2自由度车辆动力学模型1 只能描述车辆横向运动和横摆运动 这里用该模型计算滑移转向车辆理想横摆率，整车模型方程如下:m(vy+vx)=2vx(ky1+ky2+ky3)vy+aky1bky2(b+c)ky3 ，I=B(kx1+kx2+kx3)2vxvx2vx aky1 bky2(b+c)ky3 vy1vx12B2(kx1+kx2+kx3)+2 a2ky1+b2ky2+(b+c)2ky3，(1)式中:m 为车辆质量;vx为车辆纵向速度;vy为车辆256第 44 卷侧向速度;为横摆角速度
16、;kxi、kyi分别为第 i 轴轮胎的纵滑刚度和侧偏刚度，i=1，2，3 分别为前、中、后轴;a、b、c 分别为前、中、后轴距离质心的距离;I为整车转动惯量;B 为车辆轮距;vx为车辆左右车轮接地点速度差基于阿克曼转向车辆 2 自由度单轨模型计算得到的稳态横摆角速度增益为=vx/L1+Kv2x，(2)式中:为转向盘转角;L 为轴距;K 为稳定性系数与式(2)类比可得，滑移转向 6 轮车辆稳态横摆角速度增益为dvx/vx=vxA/C1+D/Cv2x，(3)式中:d为推导的期望横摆角速度;D/C 表征滑移转向 6 轮车辆的稳定性因数9;A=B(kx1+kx2+kx3)(ky1+ky2+ky3)，C=B2(kx1+kx2+kx3)(ky1+ky2+ky3)+4(ky1+ky2+ky3)(a2ky1+b2ky2+c2ky3)4(aky1+bky2+cky3)2，D=2 aky1 bky2(b+c)ky3m(4)期望横摆角速度的选取还需考虑路面附着条件限制，即max=g/vx，(5)式中:max为最大横摆角速度;g 为重力加速度;为路面附着系数对车轮施加纵向力时，由于车轮摩擦椭圆的限制，轮胎横向
