黃亞東 郭桂芳

摘 要：分布式驅動電動汽車的主要結構特征是將驅動電動機直接安裝在驅動輪內或驅動輪附近，具有驅動傳動鏈短、傳動高效、結構緊湊等突出優(yōu)點。電機獨立驅動的優(yōu)勢使得每個電機能夠實現(xiàn)精確控制，為提升分布式驅動電動汽車地盤動力學以及全線控技術提供了巨大優(yōu)勢基礎。從電子差速技術和橫向穩(wěn)定性兩方面的研究進展進行綜述，介紹這兩方面技術中所涉及到的驅動電機轉矩分配技術和分配的方式，以及控制過程中所使用的算法。并對分布式驅動電動汽車轉矩分配策略的研究方向做幾點展望。

關鍵詞：分布式驅動電動汽車;電子差速技術;橫向穩(wěn)定性;轉矩分配

中圖分類號：U469.72? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）22-230-08

Abstract： The main structural feature of distributed drive electric vehicles is that the drive motor is directly installed in or near the drive wheel， which has the outstanding advantages of short drive transmission chain， high transmission efficiency， and compact structure. The advantages of independent driving of motors enable each motor to achieve precise control， which provides a huge advantage foundation for improving the dynamics of distributed driving electric vehicles and the full line control technology. This paper summarizes the research progress of electronic differential speed and lateral stability， introduces the torque distribution technology and distribution method of the drive motor involved in these two technologies， and the algorithm used in the control process. And some prospects for the research direction of distributed drive electric vehicle torque distribution strategy.

Keywords： Distributed drive electric vehicle; Electronic differential technology; Lateral stability; Torque distribution

CLC NO.： U469.72? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）22-230-08

前言

能源危機和環(huán)境污染兩大問題，使得電動汽車逐漸成為研究熱點。電動汽車主要有兩種結構，分別由傳統(tǒng)的燃油汽車改造或是重新設計而來，類似于傳動燃油車結構的電動汽車為單電機集中式驅動的結構，適應于電動汽車的另外一種結構則是多電機分布式驅動的結構。隨著對電動汽車的深入研究，分布式驅動電動汽車開始備受關注。如圖1所示。分布式驅動電動汽車是將2個及以上的安裝在驅動輪內的電機（輪轂電機）或者安裝在驅動輪附近的電機（輪邊電機）作為驅動源，實現(xiàn)獨立驅動的電動汽車。分布式驅動電動汽車具有驅動傳動鏈短、傳動效率高、結構緊湊等突出優(yōu)點，為車輛底盤的智能全線控技術以及動力學控制技術提供了廣闊的前景。[1]對分布式驅動電動汽車的電機轉矩分配策略進行研究，能充分利用電機獨立驅動的優(yōu)勢，對電動汽車電子差速技術的研究和改善車輛的橫向穩(wěn)定性、安全性具有重大意義。

1 分布式驅動電動汽車的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的集中式驅動電動汽車相比，分布式驅動電動汽車最大的區(qū)別在于其各個驅動輪可以實現(xiàn)單獨的驅動和制動。因此，它的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：通過優(yōu)化控制的方式能夠實現(xiàn)電機轉矩的最優(yōu)的驅/制動力分配方式;將機械連接方式轉化為電氣連接的方式便于實現(xiàn)靈活的車輛底盤布置和實現(xiàn)車輛的一體化控制;多電機的控制使用能夠提高車輛在部分驅動電機失效情況下的可靠性。除此之外，還有如下優(yōu)勢：

1）路面附著利用率高：通過輪轂、輪邊電機實現(xiàn)多輪獨立驅動，路面附著利用率高。

2）模塊化與總布置便捷：電驅動系統(tǒng)移至輪內，為整車空間布置創(chuàng)造了有利條件，易實現(xiàn)模塊化設計。

3）扭矩矢量控制靈活：通過對每個驅動電機的反饋控制，能夠實現(xiàn)精確的驅動防滑、橫擺穩(wěn)定性控制等主動控制功能。[2][3]

2 分布式電動汽車轉矩分配技術

相對于集中式驅動電動汽車，分布式驅動電動汽車的4個車輪的轉矩均能獨立控制，在其能力范圍內轉矩可按照任意比例分配[4]，使得電機工作在高效區(qū)來減小能耗，同時實現(xiàn)車輛操縱穩(wěn)定性和平順性的改善。

在涉及到轉矩分配的問題上，主要包含分布式驅動電動汽車電子差速控制技術和橫向穩(wěn)定性控制兩個方面。一般來說，采用輪轂電機驅動是分布式驅動電動汽車的主要驅動形式，它取消了傳統(tǒng)燃油車上的機械式差速器，而且驅動轉矩由每個車輪獨立產生，轉矩的失調可能會加劇輪胎磨損或造成車輛橫向失穩(wěn)，因此需要電子差速控制來協(xié)調各車輪的轉矩，實現(xiàn)傳統(tǒng)汽車中機械差速器的功能。因此，通過合理地分配電機轉矩，能夠有效地實現(xiàn)車輛轉彎時的差速控制，是輪轂電機驅動電動汽車研究的重點和難點。

同時，分布式驅動電動汽車在高速轉向行駛時也需要協(xié)調車輪的轉速或轉矩，不僅是為了避免輪胎磨損，還要避免側滑、甩尾、激轉等橫向失穩(wěn)事故。鑒于此，分布式電動汽車的獨立驅動的特點使得電動汽車在提高穩(wěn)定性和減小能耗方面具有令人矚目的潛力。

3 電子差速控制中的轉矩分配

3.1 電子差速技術

當車輛轉彎行駛時，內輪和外輪有不同的速度以防止不穩(wěn)定的驅動，傳統(tǒng)的車輛能夠通過機械差速器實現(xiàn)這個功能。分布式獨立驅動電動汽車的驅動電機直接安裝在輪輞內或其附近，由于各電動輪之間無機械連接，驅動電機可有效地獨立調節(jié)控制，故可通過電子差速控制系統(tǒng)使內、外側電動輪轉速滿足轉向行駛時的差速要求，從而省去結構復雜的機械差速器[5]。對于分布式電動車的差速設計，完全擺脫了目前機械差速器的技術路線和機械設計的束縛，差速功能主要由軟件完成，即電子差速控制。[6]

電子差速控制可以根據(jù)轉彎條件對左右驅動輪輸入不同的轉矩，從轉彎時的控制響應特性看，希望車輛獲得更大的加速度或減速度、更大的向心加速度和車體質心偏離角以及更小的瞬時轉彎半徑;從轉彎行駛的操縱性能看，希望差速控制算法能有更多考慮，及時避免可能導致的不安全傾向，使得駕駛更安全平穩(wěn);此外，輪式驅動電動車由于免去了機械傳動機構的損耗和延時效應，系統(tǒng)將具有更快的響應特性和更高的效率。[7]

根據(jù)控制電機的方式，實現(xiàn)電子差速的方式基本分為兩種：一是基于轉速的電子差速控制策略，二是基于轉矩的電子差速控制策略。前者主要是參考Ackermann轉向模型的幾何關系，確定各個驅動輪所需轉速，并通過閉環(huán)控制實現(xiàn)轉矩分配，跟蹤理想車速的目的;后者是對輪轂電機采用直接轉矩控制，將滑移率、質心側偏角、橫擺角速度的擾動值分別、部分或全部作為控制變量，以最大限度抑制這些擾動為目標調整電機電樞電流、實現(xiàn)各輪轂電機協(xié)同轉矩控制。[8]

3.2 基于轉矩控制的電子差速力矩分配

機械差速器的運動規(guī)律是：無論轉彎行駛或直線行駛，兩側驅動車輪的轉速之和始終等于差速器殼轉速的2倍。常用的對稱式錐齒輪差速器，其內摩擦力矩很小，實際上可以認為無論左右驅動輪轉速是否相等，兩邊扭矩總是平均分配，這樣的分配比例對于車輛在良好路面上直線或轉彎行駛時，其運行狀態(tài)都是滿意的，但是車輛行駛工況復雜多變，至今還沒有哪一種差速器可以滿足所有路況下的功能要求。[9]

]研究了四輪馬達獨立驅動車輛的全輪轉向控制策略。提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡PID電子差動的速度和轉矩綜合控制策略，用于四輪目標轉速的計算。采用四個PID控制器在四個輪轂電機上實現(xiàn)轉矩分配，并且實現(xiàn)電子差速轉向。在不同參考轉向角度和速度下的仿真結果表明，該策略可以提高車輛低速轉向的操縱性和穩(wěn)定性。

提出了一種高效、魯棒的電動汽車電子差動系統(tǒng)控制方案。系統(tǒng)由兩個無刷直流電機組成，采用反電動勢過零檢測方法對電機進行控制，保證電動汽車的兩個后輪的驅動。電子差動控制器（EDC）保證最大轉矩，可以獨立控制驅動輪在任意曲線上以不同的速度轉彎，也可以根據(jù)轉向角度將動力分配給每臺電機。實驗表明：該方案具有令人滿意的性能，并保證了車輛在所有道路條件下的穩(wěn)定性。

介紹了一種用于后輪驅動、兩個電機驅動的電動汽車的電子差速器。所提出的架構包括通過簡單的電機轉矩控制器來驅動兩個電機，通過平分每個電機的轉矩。其原理與機械微分相似。其目的是提高電動汽車的傳動系統(tǒng)效率，從而提高車輛的行駛里程。

提出了轉向時驅動電機等轉矩分配的自適應電子差速策略;基于Simulink和Carsim建立的分布式驅動電動汽車聯(lián)合仿真平臺，對比分析了不同轉向行駛工況時等轉矩分配電子差速策略的分布式驅動電動汽車和開放式機械差速器的集中式驅動電動汽車的差速性能以及操縱穩(wěn)定性。仿真結果表明，兩種驅動方式電動汽車的差速性能相同，相比于集中式驅動電動汽車的轉向操縱穩(wěn)定性，分布式驅動電動汽車轉向操縱穩(wěn)定性稍差。

針對后輪獨立驅動電動輪汽車轉向差速控制技術，在研究車輛轉向過程中，車輛控制系統(tǒng)采集油門踏板信號，給出相應的總驅動力矩，結合采集到的方向盤轉角和車速信號，計算出兩側驅動輪的轉矩。通過增大外側驅動輪轉矩和減少內側驅動輪轉矩的方式實現(xiàn)力矩分配，不僅實現(xiàn)了電子差速功能，還合理分配了驅動輪轉矩，產生正橫擺力偶矩，從而對車輛轉向起到輔助作用。

以上文獻主要通過平均分配、轉矩差分配或轉向角分配的方式對電子差速技術上的驅動輪力矩分配。較好的分配方式還是以車輛轉彎時的橫擺角速度和質心側偏角的擾動值為控制變量和保證滑移率最佳作為電子差速進行轉矩分配的依據(jù)。

為實現(xiàn)輪轂電機驅動的純電動汽車的差速穩(wěn)定轉向，在低速時設計了基于阿克曼轉向模型的速度控制器，實現(xiàn)轉彎時對理想車速的差速速度跟隨;高速時設計了基于理想橫擺角速度和質心側偏角的PID理想橫擺力矩控制器，通過橫擺角速度誤差和質心側偏角誤差產生的橫擺力矩被分配到每個驅動輪，實現(xiàn)轉彎時的四輪力矩合理分配。并通過仿真實驗證明了控制策略的可行性和合理性。

針對輪轂式電動汽車在轉彎時存在驅動輪相對滑移率受外界干擾大的問題，提出一種基于相對滑移率的電動汽車電子差速控制方法，設計了基于最優(yōu)控制和滑?？刂频木€性二次型最優(yōu)滑?？刂破?。采用前輪轉向后輪驅動的輪轂式電動汽車作為研究對象，通過控制汽車的轉矩協(xié)調百分比來控制驅動輪的輸出轉矩，從而控制了驅動輪的相對滑移率。仿真結果表明，該控制方法實現(xiàn)了車輛在轉彎過程中驅動輪的相對滑移率最小，且提高了電子差速系統(tǒng)的抗干擾能力，有效地增強了系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性，提高了車輛的行駛安全性。

對后輪轂電機驅動電動汽車的電子差速控制策略進行研究，提出了一種基于滑轉率控制的 P-模糊 PID 雙模態(tài)控制方法，建立了整車動力學模型和電機模型，設計了P-模糊PID 控制器，降低電動汽車兩側車輪的滑轉率，并趨于理想值。仿真對比了常規(guī)的模糊控制方法，結果表明，系統(tǒng)動態(tài)響應速度提高，并且沒有超調，提升了電動汽車的動力學特性，尤其是在低附著系數(shù)路面上的轉向及加速行駛時的控制效果更為明顯。

改進了傳統(tǒng)僅以滑移率作為轉矩分配依據(jù)的控制方法，采用更加主動的預分配與補償分配相結合的控制方法，改善了汽車的轉向穩(wěn)定性、舒適性和安全性。轉矩預分配模型根據(jù)車輛參數(shù)計算出各輪垂向載荷與整車質量的比值并以此為依據(jù)對各輪驅動轉矩進行預分配并輸送給轉矩補償控制器，轉矩補償控制器根據(jù)汽車各輪反饋的實際滑移率與路面識別控制器估算出的該路面下的最優(yōu)滑移率的差值計算出各輪需要補償?shù)霓D矩，與預分配控制器得到的轉矩相加后一起輸送給輪轂電機;由于電機執(zhí)行目標轉矩信號時會有延遲和誤差，這里將輪轂電機輸出的實際轉矩反饋到電機控制信號的輸入端與轉矩補償控制器的輸出目標轉矩比較，由 PID 控制器進一步優(yōu)化控制效果。

除了以上轉矩分配策略外，近年來優(yōu)化控制的分配方式也成為了轉矩分配中主要考慮的問題。

為了提高車輛的操縱性和降低能耗，提出了一種基于多目標優(yōu)化的車輪扭矩分配策略。在高層方法中，由于模型誤差和參數(shù)誤差，采用滑?？刂苼碛嬎闼璧钠搅亍５讓硬捎糜善搅乜刂破谩Ⅱ寗酉到y(tǒng)能量損失和轉差率約束組成的懲罰函數(shù)進行車輪轉矩控制分配的數(shù)學規(guī)劃。為降低計算成本，將離線優(yōu)化和在線優(yōu)化相結合進行編程，并將優(yōu)化結果作為轉矩命令發(fā)送給電機控制器?；贛ATLAB和Carsim的協(xié)同仿真表明，所開發(fā)的策略既能提高車輛的可操作性，又能降低能耗。

針對分布式驅動電動汽車轉彎工況轉矩優(yōu)化分配問題，建立了永磁同步電機的效率優(yōu)化模型，并提出了基于模型的轉彎工況下效率最優(yōu)的轉矩分配算法，實現(xiàn)了轉彎時轉矩分配的問題，同時實現(xiàn)了電子差速問題。仿真結果表明：轉彎工況下的能效優(yōu)化效果與轉向角成正比?；谔岢龅膬?yōu)化算法，分布式驅動電動轎車最大轉向角下的能效提升效果可達2.5%。

廈門金龍客車蘇亮[21]針對某型分布式驅動電動客車以經(jīng)濟性指標，節(jié)能控制為目標，對驅動扭矩分配控制策略進行優(yōu)化。首先根據(jù)油門踏板，制動踏板和車速計算出電機需求驅制動扭矩。在驅動模式下，將需求扭矩與電機允許最大扭矩值相除，得到負荷率系數(shù)，若該系數(shù)大于預定義的閾值，則進入四輪驅動模式，電機根據(jù)扭矩分配系數(shù)進行驅動扭矩的分配;若該系數(shù)小于閾值，則進入后輪驅動模式。在制動模式下，采用以上同樣原理。其中閾值與扭矩分配系數(shù)是以節(jié)能為控制目標，使用多島遺傳算法進行優(yōu)化的變量。

根據(jù)車速和穩(wěn)定性參數(shù)制定了適應車速變化的四輪轉矩分配策略。在低速時，為改善轉向機動性能，依據(jù)阿克曼轉向關系，以參考車輪轉速為控制目標，通過調節(jié)兩側車輪驅動轉矩達到跟蹤理想車輪轉速的目的，實現(xiàn)驅動輪的主動差速;在高速時，為提高車輛轉向行駛的穩(wěn)定性，通過二次規(guī)劃方法優(yōu)化分配各車輪驅動力矩，分析輪胎縱橫向附著裕度建立目標函數(shù)，并加入附加橫擺力矩和路面附著力的限制，進行車輪驅動轉矩的在線優(yōu)化分配。

為了提高四輪式獨立驅動電動汽車在具有不同附著系數(shù)的道路上（例如在聯(lián)合道路和?分割道路上）的轉向穩(wěn)定性，提出了一種分層電子轉向控制策略。上層控制器基于道路附著力的影響，在直接偏航力矩控制中實現(xiàn)了質心側偏角和側滑角的自適應控制。下層控制器設計為雙層次結構，可以根據(jù)道路附著系數(shù)自適應地改變扭矩分配算法，并實現(xiàn)每個車輪扭矩的不同權重控制。在RT-LAB測試平臺和實時汽車測試中進行的實時仿真結果表明，在附著系數(shù)變化的道路上，四輪式獨立驅動電動汽車的轉向穩(wěn)定性得到了改善。特別是在聯(lián)合路和分岔路上進行的“雙變道”測試，與普通控制策略相比，質心側偏角誤差降低高達55.1%，各輪內電機的輸出轉矩及其波動明顯減小。

4 橫向穩(wěn)定性中的轉矩分配

分布式驅動電動汽車橫向穩(wěn)定性屬于汽車操縱動力學問題，主要與輪胎側向力有關。當分布式電動汽車在高速過彎、變道以及在地面附著條件惡劣的情況下轉向行駛時，會發(fā)生側滑、急轉和側翻等失穩(wěn)的危險工況，為解決橫向穩(wěn)定性問題，分布式電動汽車的橫向穩(wěn)定性控制技術在國內外各大高校和研究機構得到廣泛的關注和研究。[24][25]

橫向穩(wěn)定性問題指的是車輛在轉向過程中由側向力引起的傾覆和側滑等失穩(wěn)現(xiàn)象。其次，由于分布式驅動電動汽車每個輪轂電機獨立可控，通過合理分配各驅動輪的驅、制動力，可實現(xiàn)橫向穩(wěn)定性控制[26][27][28][36]。因此，通過研究控制過程中的力矩分配策略有利于橫向穩(wěn)定性的實現(xiàn)。

分布式驅動電動汽車的橫向穩(wěn)定性控制一般采用分層控制結構，包括頂層的信號采集層、中層的直接橫擺力矩決策層和底層的車輪轉矩分配層，其中，信號采集層主要通過傳感器實時采集車輛狀態(tài)參數(shù);直接橫擺力矩決策策略可以采用模糊控制、PID控制等不基于模型的控制算法，以及滑模控制、LQR控制、H∞魯棒控制等基于模型的控制算法。針對車輪轉矩分配層，學者們也深入開展了轉矩分配策略的研究。

湖南大學袁希文等人[29]提出了一種考慮側向穩(wěn)定性的電液復合制動滑移率控制策略，通過主動前輪轉向系統(tǒng)來補償制動過程中車輛的側向穩(wěn)定性，再利用滑模極值搜算法設計滑移率控制器。電液扭矩協(xié)調控制采用動態(tài)控制分配法，通過增加執(zhí)行機構速率的懲罰來擴展一般的二次規(guī)劃控制分配算法，這樣算法具有頻率依賴性特性，同時考慮了執(zhí)行機構帶寬的問題。

提出一種新的橫向穩(wěn)定性控制策略和轉矩分配策略。在橫擺力矩決策層，采用基于狀態(tài)觀測的H∞控制算法進行直接橫擺力的計算。鑒于分布式驅動電動汽車底盤布局的優(yōu)勢，在車輪轉矩分配層中將差動制動與差動驅動結合。為了盡量讓輪轂電機工作在額定率附近，提高電機效率，在直接橫擺力矩較小時，首先在前軸兩輪上進行轉矩分配。為了最大限度地利用前輪附著極限，減小輪胎磨損，當前輪縱向滑移率超過最佳縱向滑移率時，驅動模式能由前軸兩輪驅動切換至四輪驅動模式，驅動轉矩采用等差值分配法。

廈門大學王進，郭景華等人[31]針對分布式電動汽車在高速轉彎和變道時，由于其高度的非線性特性和參數(shù)的不確定性而出現(xiàn)失穩(wěn)問題，提出了分布式電動車輛橫向穩(wěn)定性模糊滑?？刂频姆椒?。利用模糊邏輯對滑?？刂破髦谢Ｇ袚Q函數(shù)的系數(shù)不斷進行調整優(yōu)化，采用直接橫擺力矩控制方法得出期望的附加橫擺力矩;最后使用平均分配原則實現(xiàn)附加橫擺力矩的控制分配。

同濟大學余卓平等人[32]研究了四輪輪轂電機驅動電動汽車通過驅動和制動轉矩的分配控制達到提高整車經(jīng)濟性的方法。文中所謂的轉矩分配控制是指：四輪輪轂電機驅動電動汽車的四個電動輪根據(jù)實際汽車的行駛要求（包括驅動和制動）實時進行四輪輪間轉矩的分配，直至在四輪驅動和兩輪驅動之間進行切換，力求達到系統(tǒng)的最佳經(jīng)濟特性。研究表明，轉矩最優(yōu)分配控制方法能夠明顯提高運行經(jīng)濟性，是一種具有良好應用前景的控制方法。

分布式驅動電動汽車的各個驅動輪可獨立精準控制，具有多信息源的特點。通過考慮輪轂電機所獲得的車輛狀態(tài)參數(shù)，以及車輛的本身性能，多目標優(yōu)化的分配方式也成為了學者們進行研究的內容。

西安交通大學續(xù)丹等人[33]提出了一種以提高驅動系統(tǒng)能效為目標的轉矩分配策略。系統(tǒng)能效目標函數(shù)中包含了穩(wěn)定性和經(jīng)濟性2個指標，旨在滿足穩(wěn)定行駛的同時盡量降低車輛的能量消耗。在橫擺力矩、最大附著力和最大驅動力的約束條件下，對目標函數(shù)進行了求解，仿真結果表明，優(yōu)化分配策略在保證車體穩(wěn)定行駛的前提下，能夠明顯減少驅動系統(tǒng)的能量消耗，提高車體的系統(tǒng)能效.

針對分布驅動電動汽車的操縱和穩(wěn)定控制問題，提出了一種基于縱向力分配優(yōu)化的分層車輛穩(wěn)定控制設計方法。開發(fā)了八自由度車輛模型和三層控制系統(tǒng)。上控制器引入虛擬控制將側滑角和偏航率兩個控制變量解耦，采用積分2自由度車輛模型計算車輛穩(wěn)定性的等效偏航力矩。中間控制器在車輛執(zhí)行器的約束下，利用線性二次優(yōu)化方法優(yōu)化前后轉向角和輪胎縱向力的分布。在底層設計了基于滑動模式的滑動控制器，實現(xiàn)了車輪力矩的再分配。通過仿真實驗驗證了該設計方案的有效性。結果表明，該控制系統(tǒng)能有效地使車輛達到預期目標，提高了車輛在高速極端條件下的操縱穩(wěn)定性和執(zhí)行器失效情況下的主動安全性。

指出，連續(xù)且精確地調節(jié)每個車輪的驅動和制動扭矩被認為是在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)條件下控制車輛性能的最終目標。為此，必須開發(fā)專用的扭矩矢量（TV）控制器，該控制器可在所有可能的駕駛條件下實現(xiàn)最佳的車輪扭矩分配?？梢酝ㄟ^基于優(yōu)化的控制分配算法解決特定駕駛條件下的最佳單個車輪扭矩分配問題，該算法必須依賴于目標函數(shù)的適當選擇。通過新開發(fā)的離線優(yōu)化程序，評估了替代目標函數(shù)的性能，以實現(xiàn)四輪驅動全電動汽車的最佳車輪扭矩分配。結果表明，基于最小輪胎滑移準則的目標函數(shù)提供了比基于能量效率的函數(shù)更好的控制性能。

指出，電機可獨立控制的方式為提高全電動汽車的操作性和能源效率提供了機會。通過離線優(yōu)化程序評估了最小的電動機驅動器功率損失的最佳車輪扭矩分配，然后使用簡單的函數(shù)進行了在線控制分配的近似。車輪扭矩分配方案通過模擬方法進行評估，該方法結合了以恒定速度進行的直行駕駛，坡道操縱和一系列步進轉向操縱。與將扭矩均勻分布在四個車輪上的簡單方法相比，節(jié)能車輪扭矩分配方案可降低電動機的功率損耗并節(jié)省總功率。該方法不依賴復雜的在線優(yōu)化，并且可以應用于實際的電動車輛，以提高效率，從而減少不同操縱期間的功耗。

為了提高電動汽車的操縱性能和穩(wěn)定性，提出了一種針對4個獨立輪式電機的電動汽車的最優(yōu)轉矩分配方法。提出了一種新的目標函數(shù)，通過考慮不同性能指標之間的干擾，以多功能的方式工作：車輛重心的力和力矩誤差、執(zhí)行機構控制力度和輪胎工作負荷使用。為了適應不同的駕駛條件，設計了一種加權因子調整方案來調整目標函數(shù)中各性能指標的相對權重。通過仿真，驗證了所提出的最佳轉矩分配方案的有效性。在不同駕駛場景下的仿真結果表明，所提出的控制策略可以有效地提高車輛在濕滑路面條件下的操縱性能和穩(wěn)定性。

吉林大學的武冬梅[38]在分析常見力矩分配方式對車輛性能的影響的基礎上，提出“前后輪節(jié)能分配、左右輪安全調節(jié)”的綜合力矩分配方法，滿足橫擺力矩需求，同時保證了車輛的節(jié)能性和安全性。

文獻[39]提出具有四個單獨控制的傳動系統(tǒng)的電動汽車是過驅動的系統(tǒng)，可以通過無限數(shù)量的可行車輪扭矩組合來實現(xiàn)總車輪扭矩和橫擺力矩要求。因此，四個傳動系統(tǒng)之間的節(jié)能扭矩分配對于減少傳動系統(tǒng)的功率損耗和擴大行駛范圍至關重要?？梢愿鶕?jù)車速，將最佳扭矩分配公式化為參數(shù)優(yōu)化問題的解決方案。在實驗確認的假設下，為傳動系相等的情況提供了一種解析解決方案，該假設是，傳動系功率損耗嚴格隨扭矩需求而單調增加。通過在電動汽車演示器上的模擬和實驗，沿著行駛周期和轉彎動作，對易于實施且計算快速的車輪扭矩分配算法進行了驗證。與替代的扭矩分配策略相比，結果表明可節(jié)省大量能源。

針對四輪電機獨立驅動電動汽車，提出了一種電子穩(wěn)定控制算法，利用電機驅動和再生制動力矩分配控制來提高汽車的穩(wěn)定性。其中轉矩分配算法分別采用平均轉矩分配策略、基于輪胎動力載荷的轉矩分配策略和基于最小目標函數(shù)的最優(yōu)轉矩分配策略來控制電機驅動轉矩或再生制動轉矩以提高車輛穩(wěn)定性。提出的三種扭矩分配策略可用于調節(jié)車輛完成“單變道”、“雙變道”和“蛇變道”等任務。仿真研究表明，與不使用穩(wěn)定控制相比，使用所提出的最優(yōu)轉矩分配算法的偏航率誤差均方根[RMS]平均降低了75%。

北京理工大學林程等人[41]在加速轉向聯(lián)合工況下的車輪驅動轉矩控制分配問題上，基于分層結構搭建了分布式電驅動汽車操縱性與驅動節(jié)能控制策略。所提策略上層進行廣義控制力矩決策，基于滑模控制進行主動橫擺力矩計算;策略下層進行車輪轉矩控制分配構建了以提高車輛操縱性、降低電能損失為目標的優(yōu)化問題，并基于離線計算和在線優(yōu)化相結合的方式進行求解。與車輪轉矩平均分配相比，基于離線計算的分配或基于離線計算加在線優(yōu)化算法控制下，車輛操縱性都有較明顯提高。

提出了一種新的目標函數(shù)，它以多函數(shù)的方式工作，考慮三種不同的性能指標：最小化重心力和力矩誤差，最小化執(zhí)行器控制效果和最小化輪胎工作負載。通過在不同工作情況下對目標函數(shù)進行調整權重系數(shù)，并給出了優(yōu)化問題的封閉解。仿真結果表明，該控制方案能夠提高四輪獨立電機驅動的電動汽車的操縱性能和穩(wěn)定性。

為了提高四輪驅動車輛的操縱性能和穩(wěn)定性，提出了一種最優(yōu)轉矩分配控制方法。首先，提出了一種新的多功能的目標函數(shù)，以使期望力和力矩和實際力和力矩的誤差最小為目標函數(shù)。然后，根據(jù)駕駛條件，設計權重因子來調整目標函數(shù)中不同性能指標的相對權重。此外，還提出了一種基于滑動模觀測器的輪胎力估計方法，以提高輪胎力估計的精度。最后，仿真結果表明，該控制方法可以提高四輪獨立馬達車輛的操縱性能和穩(wěn)定性。

針對四輪電機驅動電動汽車橫向穩(wěn)定控制系統(tǒng)，提出了非線性和制動器冗余問題。輪胎非線性問題的求解采用非線性模型預測控制方法求解目標的直接橫擺力矩。以各輪胎負荷率最小最為優(yōu)化目標，縱向力和橫擺力矩作為限制條件。制動時，電機的制動力與液壓制動聯(lián)合應用。仿真結果表明，所提出的控制方案能有效地跟蹤所要求的偏航率和船側角，并保證了車輛的橫向穩(wěn)定性。

針對分布式驅動車輛系統(tǒng)非線性的特性，提出一種基于最優(yōu)轉矩矢量控制的車輛側向穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。借鑒近似線性二次型規(guī)劃的最優(yōu)控制思想，設計基于質心側向加速度的增益可調的橫擺轉矩控制方法，并根據(jù)驅動電機峰值轉矩和輪胎摩擦圓的約束條件進行轉矩矢量分配。仿真和硬件在環(huán)實驗結果表明，控制系統(tǒng)能對車輛進行有效的實時控制，在顯著改善車輛穩(wěn)定性的同時不嚴重影響車輛的縱向性能。

針對分布式驅動電動汽車在驅動滑轉和電機失效時會引起驅動力下降及產生非期望橫擺力矩，提出了一種以提高輪胎附著裕量和改善驅動性能的轉矩分配策略。建立包含輪胎利用率和縱向驅動力2個性能的目標函數(shù)，基于廣義橫擺力矩決策控制，并在驅動防滑、電機失效、最大驅動轉矩和路面附著的約束條件下，應用全局序列二次規(guī)劃法求解目標函數(shù)。仿真試驗結果表明：該分配策略在保證車輛穩(wěn)定性的前提下改善了車輛的動力性能，同時提高了車輪附著裕量。

針對前后軸雙電機電動汽車的效率提升問題，設計了基于電機效率最優(yōu)和基于電池效率最優(yōu)的前后輪雙電機轉矩分配方法。研究發(fā)現(xiàn)這兩種效率最優(yōu)的方法在轉矩分配上存在沖突現(xiàn)象，因此，采用一種多目標粒子群優(yōu)化算法求得同時顧電機效率和電池效率的最優(yōu)策略，從而避免兩種策略同時工作時出現(xiàn)的競爭現(xiàn)象。仿真和實驗結果表明，采用多目標粒子群優(yōu)化算法的前后軸雙電機轉矩分配方案可以提高電動汽車的系統(tǒng)效率和續(xù)航里程。整車動力學分析表明，采用多目標粒子群優(yōu)化算法的前后軸雙電機轉矩分配方案不會對整車的穩(wěn)定性和平順性產生影響。

以上，主要以近十年的研究內容分析，可以發(fā)現(xiàn)，分布式電動汽車橫向穩(wěn)定性中所涉及到的轉矩分配的問題，多趨向于采用基于優(yōu)化的控制方法，根據(jù)車輛狀態(tài)將最佳扭矩分配公式轉換成多參數(shù)優(yōu)化的問題進行解決。通過優(yōu)化控制方法分配轉矩，可在保證汽車穩(wěn)定行駛的同時，最大程度地提高驅動系統(tǒng)的能源效率以及其他性能。

5 總結

分布式驅動電動汽車的底盤由傳統(tǒng)的機械連接變?yōu)殡姎膺B接，為突破底盤線控技術對智能網(wǎng)聯(lián)車發(fā)展意義重大。同時，分布式驅動電動汽車的四輪力矩具有獨立且可快速精準控制的特點，具有明顯的控制優(yōu)勢，為方便進行連續(xù)多種動力學控制和車輛穩(wěn)定性提高提供了重要的硬件條件。

對分布式驅動電動汽車的驅動電機進行合理的力矩分配在電子差速技術和橫向穩(wěn)定性方面有著重要作用。在電子差速技術上，在各個驅動輪上進行合理的轉矩分配能夠實現(xiàn)電子差速的功能，同時保證轉向穩(wěn)定性。在橫向穩(wěn)定性方面，合理的轉矩分配能夠實現(xiàn)轉向過程中穩(wěn)定性的提高。

綜合對比了多種轉矩分配策略，現(xiàn)如今，轉矩分配發(fā)展為以多目標優(yōu)化控制的分配方式為主。轉矩優(yōu)化控制分配的方式能夠考慮汽車的各項參數(shù)和性能，改善整車的穩(wěn)定性，降低能耗，提升動力性能等，現(xiàn)已成為了分布式驅動電動汽車的焦點。

文章主要討論了電子差速技術和橫向穩(wěn)定性兩方面的轉矩分配策略，由于驅動電機獨立控制，針對分布式電動汽車潛在的多電機失效的情況，各驅動輪如何協(xié)調工作，如何進行轉矩分配控制未做討論，這對于發(fā)揮分布式電動汽車的優(yōu)勢仍然具有重要意義。

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