考虑坡路工况的轮毂电机电动车纵横向稳定性综合控制研究.pdf

考虑坡路工况的轮毂电机电动汽车纵横向稳定性综

合控制研究

摘要

轮毂电机电动汽车具有四个车轮驱动、制动转矩可独立控制，传动效率高、

操作响应迅速等点。因此，对轮毂电机电动汽车的控制技术提出更高的要求。

本文针对四轮轮毂电机电动汽车进行了纵向和横向稳定性综合控制策略的研

究，考虑坡路工况对纵横向稳定性的影响，修正汽车纵横向稳定性综合控制策

略，并验证了修正后控制算法的有效性。

首先，建立了车辆七自由度动力学模型，描述车辆动力学性，作为坡度

估计器设计的理论依据，然后对轮毂电机进行模型，并在Simulink中搭建轮毂

电机模型。在Carsim中搭建动力及传动系统模型、转向模型，为

Simulink/Carsim联合仿真奠定基础。

其次，搭建纵横向稳定性上层控制器，结合驱动防滑与横摆力矩控制策略

设计了纵横向稳定性综合控制器，建立了PI车速跟踪器，分别基于积分和超螺

旋滑模算法设计纵横向控制器以调控车轮滑转率、控制质心侧偏角和横摆角速

度。利用无迹卡尔曼滤波算法设计路面坡度估计器对坡度进行实时估计，优化

和修正控制策略，得到修正后的纵向驱动/制动补偿力矩和直接横摆力矩。

然后，搭建下层控制器用于转矩分配。将上层控制器修正后的期望补偿转

矩作为输入，进行轮毂电机电动汽车四车轮的转矩分配。基于灰狼和粒子群融

合算法对四车轮驱动力矩进行优化分配，以轮胎附着利用率最小作为优化目标，

将修正后纵向驱动/制动补偿力矩和直接横摆力矩分配到各个车轮。

最后，利用Simulink、Carsim软件搭建轮毂电机驱动电动汽车的仿真模型

和控制策略模型。通过Matlab/Simulink和Carsim联合仿真进行轮毂电机电动

汽车多工况行驶稳定性试验。在低附着系数路面工况下，分别进行急加减速、

双移线、超车、上下坡路双移线试验，验证纵横向稳定性控制器在坡路工况下

的有效性。

关键词：轮毂电机；纵横向稳定性；坡度估计；分数阶滑模；超螺旋滑模

I

ResearchonComprehensiveControlof

LongitudinalandLateralStabilityofHub-Motor

ElectricVehiclesConsideringSlopeConditions

Abstract

Thewheelhubmotordrivenelectricvehicle,equippedwiththeability

forfour-wheeldriveandindependentcontrolofbrakingtorque,exhibits

characteristicsofhightransmissionefficiencyandrapidresponse.

Consequently,itimposesmorestringentrequirementsonitscontrol

strategy.Inlightofthis,thispaperfocusesonacomprehensivecontrol

strategyforthelongitudinalandlateralstabilityoffour-wheelhubmotor

electricvehicles.Additionally,simulationisconductedtoverifythe

effectivenessoftheproposedcontrolalgorithmunderslopeconditions.

Firstly,asevendegreeoffreedomdynamicmodelofthevehiclewas

establishedtodescribeitsdynamiccharacteristics,layingthefoundation

forslopeestimationinthefollowingtext.Then,thehubmoto