四轮独立驱动与转向电动汽车四轮转向研究综述

姬晓 李刚 曹天琳

摘 要：四轮独立驱动与转向电动汽车作为分布式电动汽车的一种，通过四个轮毂电机分别独立控制各个车轮的转角和转矩而取代了传统汽车的分动器等其他机械结构，简化了车辆的底盘结构，同时又为车辆的各种控制提供了便利条件。文章介绍了四轮独立驱动与转向电动汽车转向控制的研究背景和特点，对国内外的研究情况进行了阐述，提出四轮转向控制的发展方向。

关键词：电动汽车;四轮独立转向;轮毂电机;转向控制

中图分类号：U469.72  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）17-05-03

Overview of Research on Steering Control of Four-wheel Independent Driving

and Steering Electric Vehicle*

Ji Xiao， Li Gang， Cao Tianlin

（College of Automobile and Traffic Engineering， Liaoning University of Technology， Liaoning Jinzhou 121001）

Abstract： Four-wheel independent drive and four-wheel independent steering electric vehicles are a kind of distributed electric vehicles. The four in-wheel motors independently control the rotation angle and torque of each wheel， replace the transfer case of traditional car and other mechanical structures. It saves space and provides convenient conditions for various control of the vehicle. The paper introduces the research background and characteristics of the steering control of four-wheel independent drive and steering electric vehicles， expounds the research situation at home and abroad， and proposes the development direction of steering control.

Keywords： Electric vehicle; Four wheel independent steering; In-wheel motor; Steering control

CLC NO.： U469.72  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）17-05-03

前言

随着科学技术的迅速发展，近年来汽车行业迅猛发展，汽车不管在形态上还是结构上都发生了巨大的变化。2012年，国务院常务会议讨论通过了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》并指出：加快培育和发展节能与新能源汽车产业，对于缓解能源和环境压力，推动汽车产业转型升级，培育新的经济增长点，具有重要意义[1]。随之而来，新能源意识也越来越被人们重视，人们对新能源汽车到来的呼唤越来越热切，在此背景下诞生了许多新能源汽车。其中分布式驱动电动汽车相对于传统汽车在稳定性、主动安全及节能等方面具有显著控制优势，成为汽车行业的一大热点方向[2]。四轮独立驱动与转向电动汽车是一种典型的分布式汽车，拥有四个转向电机和驱动电机，具有更多可控自由度，车辆机动性和可操纵性更强[3]。由于其四轮转角可独立控制，因此可实现传统汽车无法实现的四轮转向和原地转向等其他多种特殊转向模式，具有广阔的应用前景，成为一大研究热点。

1 国内外研究现状

四轮转向汽车在转弯时，不仅前轮可以做转向运动，而且后轮也可以参与运动，相比于传统的前轮转向车辆，具有更高的机动性和灵活性。前后车轮取得不同的转向方向可以有效减小车辆的转弯半径，便于车辆在狭小空间的操作;高速行驶时前后車轮取得相同转向方向，可以快速改变车道，减少车辆甩尾失稳的可能性。四轮转向具有多种优势因而成为了国内外各大高校和研究所的研究热点。

1.1 国外研究现状

国外较早就展开了对四轮转向的研究。上世纪80年代后期为了保证汽车更高程度的安全性和对驾驶员意图的准确实现，各大汽车公司纷纷展开了对四轮转向技术的研究。Nisssan日产[4]为实现对未来汽车的愿望憧憬，在1985年的东京车展上展出了“面向驾驶员设计”的概念车ARC-X，其车辆集成功能已经到当时的最高水平，各子系统通过CPU间的通讯协作工作。该车除了控制前轮转角外，还通过电子方式控制后轮转向角，提供操纵性能的额外度量。

日本某大学Ossama Mokhiamar[5]等人为了改善车俩的操纵性和稳定性，研究了四个轮胎在底盘控制中如何分担工作获得最优控制，设计了一种可以单独控制四轮转角的方法，并应用摩擦圆理论对轮胎力进行优化分配。通过计算机仿真车辆在不同附着系数路面上对单正弦波转向的响应，验证了该法的有效性。

伊朗某大学R.Kazemi[6]等人对非线性车辆模型的后轮转向稳定性与机动性进行了调查，提出了一种基于考虑轮胎特性的7自由度车辆非线性模型的模糊控制算法，协调四轮转向的优势，经过计算机模拟演示证明了该算法可以改善车辆的操纵稳定性。