纵向动力学
车辆动力学主要内容
控制目标
操纵性能 乘坐舒适性
四轮转向（4ws）
侧倾力分配控制
主动/半主动
悬架控制
纵 向力分配控 制
底盘控制方式
转向控制 悬架系统
驱动/制动时的安全性
ABS/TSC
驱动/制动力控制
轮胎力
轮胎侧偏力 轮胎垂向载荷 （悬架主动力）
轮胎纵向力 状态反馈
车体运动
侧向动力学 侧向运动 横摆运动 侧倾运动 侧倾运动 垂向动力学 垂向运动 俯仰运动 俯仰运动 纵向运动
纵向动力学
车辆动力学发展
目录 ➢ 车辆动力学简介 ➢ 轮毂电机驱动车辆概述 ➢ 轮毂电机驱动车辆操纵动力学关键技术
车辆驱动形式
车辆驱动形式
车辆驱动形式
车辆驱动形式
1 轮胎；2 轮毂； 3 电机-减速器壳体左端盖； 4 轮边减速器；5 电机； 6 制动盘及制动钳总成； 7 电机及减速器壳体右端盖； 8 弹簧；9 悬架总成； 10 转向节臂；11 转向横拉杆
机电复合制动
➢ 电机具有四象限的机械特性，可以工作在 电动机状态，也可以工作在发电机状态。
需解决的关键技术 ➢ 制动工况的分类与辨识 ➢ 复合制动容量匹配
液 压 力 矩 容 量 减 少 的 比 例 （ %）
➢ 复合制动力协调分配策略
100
80 60
40 8
7
6
制 动 减 速 度 （ m5 /s2）
纵向动力学
车辆动力学主要内容
控制目标
操纵性能 乘坐舒适性
四轮转向（4ws）
侧倾力分配控制
主动/半主动
悬架控制
纵 向力分配控 制
底盘控制方式
转向控制 悬架系统
驱动/制动时的安全性
ABS/TSC
驱动/制动力控制
轮胎力
轮胎侧偏力 轮胎垂向载荷 （悬架主动力）
轮胎纵向力 状态反馈
车体运动
侧向动力学 侧向运动 横摆运动 侧倾运动 侧倾运动 垂向动力学 垂向运动 俯仰运动 俯仰运动 纵向运动
➢ 在满足车辆的动力性和通过性的前提 下，以最佳经济性为目标，使驱动电 机尽量工作在最优效率区间。
需解决的关键技术
➢ 路面识别、驱动防滑 ➢ 行驶阻力计算、驱动力需求分析 ➢ 轴间驱动力分配 ➢ 电机工作区间标定
线控转向/主动转向/多轴转向
➢ 轮毂电机独立驱动车辆取消差速器、分动器 、多档变速箱等机械机构，甚至可以取消机 械转向机构，实现完全的线控转向。
➢ 集中驱动车辆ASR/ABS的实现主要是通 过对单一动力系统和分散的制动系统进 行协调控制来实现。涉及控制部件多、 控制线路长、响应时间慢。
➢ 轮毂电机驱动车辆各电动轮独立可控， 电机响应速度快（响应时间约为内燃机 的100倍、液压制动系统的10倍），可 以在机械制动器参与工作之前进行电制 动，甚至实现制动能量回馈。
状态估计及参数辨识
➢ 利用轮毂电机力矩、转速等 精确可知的特点，可以获得 比传统汽车更多的车辆运动 信息，用来估计车辆状态和 环境参数，进而为整车动力 学控制提供有力的支持。
电机力矩 轮速 车身加速度 ……
车速 质心侧偏角 路面附着系数
…
车辆状态估计器 /环境参数辨识器
车身加 速度
传感器测量 噪声
轮毂电机驱动车辆特点
➢ 有利于整车空间布置 ➢ 有利于提高车辆动力学控制特性 ➢ 有利于提高系统效率 ➢ 有利于提高车辆设计的模块化能力 ➢ 有利于提高车辆驱动系统的冗余能力
轮毂电机驱动车辆技术难度
➢ 复杂的工况条件对轮毂电机的寿命和可靠性要求较高； ➢ 电机的散热和强制冷却问题需要重视； ➢ 对轮毂电机的功率密度和性能要求高，电动轮设计难度大； ➢ 非簧载质量增加影响车辆的动力学特性； ➢ 多电机转矩协调控制问题； ➢ 电动轮带来的车辆垂向负效应问题。
目录 ➢ 车辆动力学简介 ➢ 轮毂电机驱动车辆概述 ➢ 轮毂电机驱动车辆操纵动力学关键技术
轮毂电机驱动车辆操纵动力学关键技术
➢ 状态估计及参数辨识 ➢ 驱动防滑(ASR)/制动防抱死(ABS) ➢ 机电复合制动 ➢ 驱动模式切换 ➢ 线控转向/主动转向/多轴转向技术 ➢ 差动转向助力与机械转向助力协调控制 ➢ 直接横摆力矩控制——电动轮转矩协调分配 ➢ 电动轮垂向负效应抑制 ➢ 电动轮一体化结构设计
轮毂电机驱动车辆 动力学控制
报告人：刘明春
2016.3.23
目录
➢ 车辆动力学简介 ➢ 轮毂电机驱动车辆概述 ➢ 轮毂电机驱动车辆操纵动力学控制关键技术
目录
➢ 车辆动力学简介 ➢ 轮毂电机驱动车辆概述 ➢ 轮毂电机驱动车辆操纵动力学关键技术
车辆动力学主要内容控制目标操纵性能 乘来自舒适性四轮转向（4ws）
4
120
100
80
60 踏 板 速 度 （ °/s） 3 40
制动意图 识别结果
目标制动强度Z
紧急制动工况
一般制动工况
以制动效率为目 标
复合制动
是否为小强度 是 制动
否
是否为中等强度 是 制动
以回收制动能 为目标
纯电机制动
以回收制动能 为目标
复合制动
否
复合制动
以制动效率为 目标
驱动模式切换
➢ 轮毂电机独立驱动车辆可以根据工况 条件来选择合适的驱动模式，如 4×2、 4×4、 8×4、8×8 ，并实 现在各种模式之间的自动切换。
纵向动力学
车辆动力学主要内容
控制目标
操纵性能 乘坐舒适性
四轮转向（4ws）
侧倾力分配控制
主动/半主动
悬架控制
纵 向力分配控 制
底盘控制方式
转向控制 悬架系统
驱动/制动时的安全性
ABS/TSC
驱动/制动力控制
轮胎力
轮胎侧偏力 轮胎垂向载荷 （悬架主动力）
轮胎纵向力 状态反馈
车体运动
侧向动力学 侧向运动 横摆运动 侧倾运动 侧倾运动 垂向动力学 垂向运动 俯仰运动 俯仰运动 纵向运动
+ + 传感器信号
+
轮速
车速
+
以某一轮速转换为车 速产生的测量噪声
卡尔曼滤波器
车速估计值
不同测量噪声协方差矩阵下的仿真结果
估计结果1
估计结果2
由于测量噪声协方差矩阵代表了车轮滑转的程度，故其值的 选取对估计结果的影响重大。
驱动防滑(ASR)/制动防抱死(ABS)
➢ 主要是对驱动轮进行最优滑移率控制。
侧倾力分配控制
主动/半主动
悬架控制
纵 向力分配控 制
底盘控制方式
转向控制 悬架系统
驱动/制动时的安全性
ABS/TSC
驱动/制动力控制
轮胎力
轮胎侧偏力 轮胎垂向载荷 （悬架主动力）
轮胎纵向力 状态反馈
车体运动
侧向动力学 侧向运动 横摆运动 侧倾运动 侧倾运动 垂向动力学 垂向运动 俯仰运动 俯仰运动 纵向运动