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电动四驱汽车在差动助力转向时的独立车轮转矩控制
轮毂电机有巨大的潜力去创造先进的全轮四驱系统。在本文中，基于独立四驱电动汽车的驱动特性，一种新型助力转向技术及其转矩分配控制系统被提出。这项研究的第一部分完整地描述差动助力转向系统的基本理论。在这之后，建立了四驱电动汽车的动力学模型以及驱动模型。此外还介绍了差动助力转向控制系统，以及驱动扭矩分配和补偿控制系统。其中通过控制两个前轴车轮之间的驱动转矩分布，用比例积分反馈控制回路来跟踪参考指导。之后对直接横摆力矩控制子系统和牵引力控制系统进行了介绍，这些都是用于设想的差动助力转向工作。最后，用开环和闭环进行仿真验证。结果证实，提出的差分驱动扭矩助力转向系统，不仅可以明显减少转向力度，以及确保在高车速的可靠转向，提高了车辆的回正性能，并同时保持车辆的横向稳定性。
1.介绍
全轮独立驱动系统已被确认为一个突破性的概念，对未来电动和混合动力汽车的设计将产生重大影响，作为其动力来源有一些优势，如包装的灵活性，全轮独立驱动节省空间，快速传动反应的快速等。此外另一个潜在优势，正如本文所提出的是精确控制在车轮的驱动力可以作为动力转向。这样，传统的发动机驱动或电直接驱动的动力转向系统可能成为不必要。因此，该系统可以简化和节省在传统的动力转向系统所消耗的能量。
在这之前曾有过基于驱动力的转向或助力转向技术的研究。Francis Hoogterp与Meldrum首先命名轮式战车的防滑转向为差扭矩转向，这是运行速度和越野机动性的折衷应用。但关键的一点是，战斗车辆不会有导向轮来节省空间，所以它仍然是防滑转向。李等人在提出了转向牵引/制动系统的基础上提出了助力转向。他的想法也来自履带车辆的防滑转向，并在非可控四轮驱动电动车上运用了独立车轮扭矩控制。他的模拟结果表明，该型车辆用这种操控方法可以有类似常规车辆运动轨迹。但当移动大曲率路径，由于优先稳定补偿器，车辆的转弯半径导致大于常规车辆。爽等人也给了我们一个很好的轮式车辆防滑转向的应用。但仍然没有人提到使用传统的转向机构时利用两边的差分驱动扭矩来提供引导车辆的辅助力量。撒切尔申请了辅助转向系统的专利权，当越野车的后桥分配负荷大时，通过控制后轮速度以提高前轴转向机动性，。贝瑟利克提出了一个转向系统和牵引系统的集成，这也是有关如何利用后轴的差分驱动力矩来助力转向，提高车辆的转向性能。其他一些研究人员如Jang,野崎等，也提出了利用差动制动力矩来改正转向机动。上述所有有关助力转向的讨论都使用差牵引/制动力矩，但不考虑动力转向措施，以减少最终的转向力。此外，吴、叶提出了类似的想法，用前轮驱动的电动车辆的差分驱动来提供转向辅助力，这车具有根据转向几何的电动转向系统。然而，他并没有说明该动力转向正式和明确方法，和后轴上差驱动力矩对助力转向系统的影响。
本文的这项工作旨在提出一个名为差分驱动力矩助力转向的间接动力转向措施，并验证助力转向的其可行性，，保持道路感觉的能力和对转矩分配控制系统的效果。
2.差动助力转向的基本原理(DDAS)
传统上，车辆是通过两只前车轮的转向轮围绕主销转过一个角度来实现转
向。几何转向机构是对前轮修正行动的保证。为了降低转向扭矩需要的驱动力，通常需要补充动力转向系统，这可能是一种发动机驱动和流体操作或直接电驱动。传统的动力转向增加车辆的损耗和消耗的能量。
实际上，如图1所示是前轮驱动力在主销周围产生的力矩，，这往往绕着主销转到前轮。在传统的汽车上，由于左右轮的转动力矩幅度相同但方向相反，因此转向影响被消除了。然而，轮毂电机驱动装置，可以控制前轮的驱动力使之产生左，右轮之间的差异驱动力，以产生力矩，帮助转向车辆，如图1所示。
如图1所示，绕着主销得扭矩所产生的驱动力可以表示为
其中，Ft1，Ft3是左，右车轮的驱动力， r分别是图1所示磨擦半径。显然，对车轮产生的转向扭矩是
其中，车辆被设定为在右转。很显然，转向助力转矩决定于驱动力的不同。当右转时，Ft1要大于Ft3，反之亦然。应该注意到，（3）中的转向扭矩是在车轮上测量的，这相当于在测量方向盘扭矩
其中，是车轮绕着主销的转角与转动方向盘的角度的转向系统比率。
在车轮上的驱动力Ft1和Ft3，可表示为
和
其中，Iw和rw分别是车轮的势能惯性和半径， 和因此，测量的转向盘得转向辅助扭矩可以进一步表示为
分别是车轮角速度。
其中，上述方程中
被称为干扰力矩。在正常行驶条件下，
和
都等于零。左
由于Iw相对较小可以忽略不计。在稳步状态，右轮电机的扭矩可以表示为
和
其中是前轮总驱动力矩。这是牵引要求所必需的。另一方面，决定助力转向扭矩。
此外，从整个车辆动力学的角度来看，当转弯归结于偏航力矩时，车辆双边的转矩差也可以减少转向影响。图2说明了这一点，其中 假设车辆在左转。
DDAS系统所产生的偏航力矩可以表示为
现在，车辆偏航动力学方程可以建立如下：
其中，
和
是在X和Y方向由汽车车身状态决定的轮胎力。
错误！未定
义书签。是轮距，是车辆绕Z轴的惯性。 r是偏航率，和从c.g.到前轴和
后轴的距离。稳态转弯半径可写为
其中，是前车轮的转向角度。和分别是前后轮滑行角度。根据公式（11），为了保持偏航率，偏航力矩减少了前轮侧滑角和增加后轮的侧滑角度。它不仅改善过弯性能，同时也降低了转向角输入，以保持相同的转弯半径。这也就是说，它需要较少的转向努力去达到一样的道路曲率。
3. 四轮驱动电动汽车的建模
为了验证DDAS系统的可行性和其控制效果，在Matlab / Simulink软件建立了一个包括转向子模型的12个自由度的电动车辆动力学模型，参考模型图如附录 A.1所示，为了分析车辆动态，完整严格的车辆动力学规律被提出。因此，它很容易发现分别沿x和?轴纵向和横向运动的四个主要的微分方程，以及z轴和x轴偏航所对应的旋转运动。基于保持恒定的运动速度而忽视了车辆的俯仰运动。此外，在这项研究中，Pacejka非线性轮胎模型，著名的“魔术公式”轮胎模型被使用。将使用轮胎的正常力，滑角，滑移率和倾角作为输入变量，该模型