考虑横向稳定性控制及复合滑移条件下的4WID-EV车辆最优滑移比研究及其有效利用率分析

《IEEE Robotics and Automation Letters》：Research on Optimal Slip Ratio of 4WID-EV Considering Lateral Stability Control and Effective Usage Rate Under Combined-Slip Conditions

四轮独立驱动电动汽车通过AFS、ARS和DYC实现冗余控制，但缺乏有效滑移比优化方法。本文基于侧向稳定性评估和有效轮胎利用率，提出滑移比优化算法，并通过BP神经网络建立识别模型，测试显示MSE为1.1305×10^-6，R值0.9808。

　　

摘要：

具有典型冗余特性的四轮独立驱动电动汽车（4WID-EV）提供了一种灵活的控制方案，包括主动前轮转向（AFS）、主动后轮转向（ARS）和直接偏航力矩控制（DYC）等功能。然而，现有研究缺乏基于4WID-EV稳定性控制输入来获取最佳滑移比的合理方法。这是由于缺乏对4WID-EV横向稳定性的合理表征方法，且轮胎力受到多种参数的影响，使得实时计算其最佳滑移比变得困难。因此，本文研究了表征4WID-EV横向稳定状态的方法，并结合实时车辆状态监测，在复合滑移条件下根据有效轮胎利用率确定最佳滑移比。首先，基于侧滑角-偏航率（β?γ）相位平面分析，建立了前后轮胎滑移角相位平面中的稳定性边界，这些边界更适用于在DYC和ARS稳定性控制输入下对4WID-EV的横向稳定性进行评估。接下来，提出了一种基于横向稳定性评估和有效轮胎利用率的最佳滑移比计算方法，以提高复合滑移条件下的轮胎力利用率。最后，基于反向传播（BP）神经网络建立了最佳滑移比的识别模型。测试结果显示，在各种驾驶场景下，最佳滑移比的均方误差（MSE）为1.1305 × 10?6，相关系数的相关系数（R值）为0.9808。

引言

四轮独立驱动电动汽车作为一种新型底盘架构，属于典型的过驱动系统。得益于其固有的执行器冗余性和解耦的扭矩分配能力，4WID-EV发展迅速。4WID-EV能够快速精确地响应扭矩变化，具备AFS、ARS、DYC、线控制动（BBW）和线控转向（SBW）等功能。这些技术有望提升车辆的操控性、乘客舒适性和安全性[1]、[2]、[3]。4WID-EV在避障方面的潜在应用也引起了广泛关注[4]。协调车辆主动安全系统（如DYC、AFS和ARS）可以提升整体驾驶性能[5]、[6]。