轮毂电机驱动电动汽车的侧翻稳定性分析与控制

收稿日期：2017－12－29基金项目：国家自然科学基金资助项目（51775269）；南京航空航天大学研究生创新基地（实验室）开放基金资助项目（kfjj20170222）；中央高校

基本科研业务费专项资金资助项目（NS2016025）

0引言

基于四轮独立的轮毂电机驱动电动汽车，驱动力矩可控、转矩转速易于测得，可实现防侧滑、防侧翻、差动助力转向等多种功能，从而极大提升了汽车的操作稳定性和行驶安全性。轮毂电机驱动电动汽车时，电机定子与悬架系统刚性连接，车轮驱动力反作用力和力矩直接作用于悬架［1］，在不平整路面上，悬架弹簧被压缩且势能被累积，车辆

行驶一定距离后，悬架压缩势能释放，可与车体和

车轮的运动耦合，转化为侧翻动能［2］。研究轮毂

电机驱动电动汽车的侧翻稳定性具有重要意义。

目前，针对轮毂电机驱动电动汽车稳定性控

制的问题，国内外学者已取得了一定成果。FUJI-

MOTO 等［3］提出了利用主动转向系统的轮毂电机

驱动电动汽车横向力控制方法，实现各个车轮上

工作载荷的均衡分布和快速横摆响应；ZHU 等［4］轮毂电机驱动电动汽车的侧翻稳定性分析与控制

金智林陈国钰赵万忠

南京航空航天大学能源与动力学院，南京，210016

摘要：针对轮毂电机驱动电动汽车非簧载质量与侧倾稳定性之间的非线性关系，分析不同路面激励下非簧载质量对轮毂电机驱动电动汽车侧翻稳定性的影响，提出分层防侧翻控制策略。考虑轮毂电机驱动电动汽车四轮独立驱动特点，建立包括主动悬架在内的汽车侧翻动力学模型，确定适用于不平整路面的绊倒型侧翻因子；以某轮毂电机驱动SUV 为对象，分析非簧载质量与侧翻稳定性之间的关系；根据四轮独立驱动的特点，设计分层控制器，选取典型汽车侧翻工况进行实例仿真。研究结果表明：在平整路面上，非簧载质量与车辆侧翻稳定性成正态分布关系；在不平整路面上，非簧载质量对车辆侧翻稳定性的影响存在耦合关系；提出的防侧翻分层控制器，可有效提升车辆在不平整路面行驶时的防侧翻能力。

关键词：轮毂电机；防侧翻控制；非簧载质量；不平整路面

中图分类号：U461.91；U469.72

DOI ：10.3969/j.issn.1004-132X.2018.15.002开放科学(资源服务)标识码(OSID)：

Rollover Stability and Control of In -wheel Motor Drive Electric Vehicles

JIN Zhilin CHEN Guoyu ZHAO Wanzhong

College of Energy and Power Engineering ，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ，

Nanjing ，210016

Abstract ：To figure out the non-linear relationship between the unsprung mass and rollover stability of in-wheel motor drive electric vehicles ，the effects of the unsprung mass on rollover stability in differ-ent road excitations were analyzed and an anti -rollover control strategy was investigated.First ，taking the characteristics of four -wheel independent drive into consideration ，the rollover dynamics vehicle models including the active suspension were established ，and the rollover index suitable for uneven road was determined.Next ，taking an in-wheel motor drive SUV as an example ，the effects of unsprung mass on the vehicle roll stability were verified respectively.Finally ，hierarchical controllers were designed based on the distributions of the four wheels driving torques.And some simulation tests with typical ma-noeuvres were also conducted to evaluate the proposed control method.The results show that ，the un-sprung mass and the rollover stability form a normal distribution on flat road ，however ，once existing road excitation ，there is complex coupling relationship among the effects of unsprung mass and rollover stability.With the hierarchical rollover prevention controller ，the vehicle rollover maybe avoided effec-tively.

Key words ：

in-wheel motor ；rollover stability control ；unsprung mass ；uneven road

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