四驱车辆操纵稳定性控制研究
李军1，2，刘恒硕1，隗寒冰1，2
（1.重庆交通大学机电与车辆工程学院，重庆400074；2.重庆轨道交通车辆系统集成与控制重点实验室，重庆400074）
来稿日期：2018-05-04
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51305472）；重庆市自然科学基金重点项目（CSTC2013yykfB0184）；
重庆市工程技术中心项目（cstc2015yfpt_gcjsyjzx0110）
作者简介：刘恒硕，（1992-），男，河南人，硕士研究生，主要研究方向：新能源汽车技术及应用；
李军，（1964-），男，重庆人，博士研究生，教授，主要研究方向：汽车发动机排放与控制，新能源汽车技术及应用
1引言
与传统前驱汽车操纵稳定性控制方式相比，利用差动制动或差动驱动后两轮的方法来控制，更为方便快捷[1-4]。在传统燃油车上，差动制动是控制直接横摆力矩的主要方式，对于时下流行的新能源汽车，尤其是四驱形式的，由于其四轮驱动力矩独立控制，可独立调整，故其主要由差动驱动实现，亦可通过差动制动来实现。尤其在汽车转弯时，可以将制动与驱动相结合，可以有效降低整车车速以保持车辆处于稳定行驶状态。当前阶段稳定性控制的方法主要是通过模糊的方法来调整直接横摆力矩[5-6]，这虽然对于传统燃油车的稳定性控制有值得借鉴的地方，但对于四轮独立驱动车辆，仍有一定的不适应性。建立了整车7-DOF 动力学模型，对于四轮独立驱动的情况设计了四驱车辆操纵稳定性控制方法，并在Matlab/Simulink 软件中对设计的控制方法进行验证。
2整车动力学模型
以某款长安汽车为研究对象，对其零部件进行适当更换，其主要参数，如表1所示。
表1整车主要参数
Tab.1Vehicle Parameters
参数名称数值
整车质量m /kg 1470横摆转动惯量I z /kg ·m 2
2350重量加速度g /m ·s -2
9.8车轮半径r /m 0.316迎风面积A /m 2
2.05轴距L /m
2.66前轴距离质心的距离a /m 1.06后轴距离质心的距离b /m 1.6质心离地距离h g /m 0.55前（后）轮距B /m 1.55车轮转动惯量I w /kg ·m 2
1.08
摘要：为了提高四驱车辆的整车操纵稳定性，文章以某一现有车型为原型，通过理论建模法，在适当精简的基础上建立
了包括横向运动、纵向运动、横摆运动和四个车轮的转动等在内的整车七自由度动力学模型。基于车辆转矩最优控制原理，通过PID 控制算法对整车横摆角速度进行控制，使其能够较好的跟随理想横摆角速度变化，优化分配车轮所需转矩，并通过Matlab/Simulink 仿真软件验证所优化分配的转矩的合理性、有效性，结果表明所设计的控制器及方法可以有效地改善四驱车辆的操纵稳定性。
关键词：操纵稳定性；最优控制；PID 控制算法；横摆角速度；转矩控制中图分类号：TH16；U461.6
文献标识码：A
文章编号：1001-3997（2018）11-0021-04
Research on the Four-Wheel Drive Vehicle Stability Control
LI Jun 1，2，LIU Heng-shuo 1，WEI Han-bing 1，2
（1.School of Mechantronics and Automotive Engineering ，Chongqing Jiaotong University ，Chongqing 400074，China ；
2.Chongqing Rail Transit Vehicle System Integration and Control Key Laboratory ，Chongqing 400074，China ）
Aｂstract ：In order to improve the handling stability of four-wheel drive vehicles ，the article took a certain existing vehicle as prototype ，and the 7DOF dynamic model of the vehicle ，including the transverse motion ，the longitudinal motion ，the yawing motion and the rotation of the 4wheels ，was established based on some appropriate simplifications.Then through the theoretical modeling method ，the yaw rate of the vehicle was controlled by PID control algorithm to better followed the ideal yaw rate change and distributed the torque needed to each wheel ，finally using Matlab/Simulink simulation software to verify the distribution of the torque was reasonable and effective ，and the results showed that the designed controller and method can effectively improve the steering stability of the 4WD vehicle.
Key Words ：Vehicle Handling and Staｂility ；LQR Control ；PID Control Algorithm ；Yaw Velocity ；Torque Control
Machinery Design ＆Manufacture
机械设计与制造
第11期
2018年11月
21
万方数据