轮毂电机分布式驱动控制技术

本书根据著者的研究成果和工程实践，从轮毂电机分布式驱动控制导论开始，系统完整地介绍了轮毂电机及分布式驱动控制两大核心技术，详细讲述了分布式驱动控制策略的设计基础、车辆状态参数估算及动力学建模，系统阐述了分布式驱动及分布式制动的具体控制策略设计方法，还介绍了轮毂电机优缺点、轮毂电机建模仿真、轮毂电机控制技术和差动转向控制技术，以及分布式驱动控制软件和硬件在环测试技术，另外还介绍了基于分布式驱动车辆的相关智能驾驶技术。
本书适合新能源汽车相关企业研发人员，大专院校、科研院所的车辆工程、电气工程等专业的研究生及教师参考阅读。

1. 浙江大学副教授朱绍鹏：专注分布式驱动控制十余年，研发的分布式驱动控制系统已经应用在各地轮边电机驱动公交车上。
2. 天海集团董事长吕超：有长达近十年的轮毂电机海外并购、技术引进、产品研发和生产的丰富经验。

◆ 前言：◆

2020年发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》明确指出未来15年轮毂电机总成是电驱动系统的发展重点。轮毂电机驱动是纯电驱动的终极形式，新能源汽车业界权威会议“世界新能源汽车大会”自2019年第一届开始，连续3年都把轮毂电机分布式驱动控制相关技术评选为前沿技术：分布式电驱动系统技术（2019年）、扇形模组轴向磁场轮毂电机技术（2020年）、高转矩密度重载电动轮系统关键技术（2021年）。另外，相较普通单电机驱动车辆，轮毂电机驱动车辆会大大降低碳排放，有助于我国“双碳”目标的实现。
目前，该技术已经不仅仅是学术界的研究焦点，更是很多企业的研发热点，急需培养具备轮毂电机及分布式驱动控制相关理论知识的研发人才。
然而，目前国内几乎没有针对轮毂电机分布式驱动控制技术的专著，无法顺利开展相关人才培养。本书填补了该领域的空白，系统地介绍了轮毂电机及分布式驱动控制两大核心技术，并按照基础理论讲解、控制策略设计、仿真建模分析、工程测试验证对轮毂电机分布式驱动控制技术进行了系统阐述。
本书最大特色是理论与实践紧密结合。著者浙江大学朱绍鹏专注于分布式驱动控制十余年，研发的分布式驱动控制系统已经应用在各地轮边电机驱动公交车上；著者天海集团吕超有长达近十年的轮毂电机海外并购、技术引进、产品研发和生产的丰富经验。
本书全面覆盖电机驱动、车辆动力学、整车控制等相关知识点，编写逻辑清晰，深入浅出，容易理解。本书根据著者的研究成果和工程实践，从轮毂电机分布式驱动控制导论开始，系统完整地介绍了轮毂电机驱动车辆动力学建模及状态参数估算、分布式驱动车辆驱动控制设计、分布式驱动车辆制动控制设计、分布式驱动车辆差动转向技术、分布式驱动控制仿真验证及实车试验、分布式驱动控制硬件在环测试，最后展望了轮毂电机分布式驱动控制技术。
最后，衷心感谢关心支持轮毂电机分布式驱动控制技术的所有领导、前辈、同仁们。由于作者水平有限，书中难免会有疏漏和不妥之处，欢迎读者批评指正。
著　者

◆ 目录：◆

序
前言
第1章　轮毂电机分布式驱动控制导论　　// 001
1.1　轮毂电机分布式驱动概述　　// 001
1.2　分布式驱动控制定义及系统构成　　// 003
1.3　轮毂电机分布式驱动控制功能　　// 005
第2章　轮毂电机驱动车辆动力学建模及状态参数估算　　// 007
2.1　状态参数估算对分布式驱动控制设计的影响分析　　// 007
2.2　分布式驱动车辆动力学模型　　// 009
2.2.1　驱动动力学模型　　// 009
2.2.2　制动动力学模型　　// 011
2.2.3　二自由度车辆模型　　// 012
2.2.4　三自由度车辆侧倾模型　　// 014
2.2.5　七自由度车辆四驱模型　　// 016
2.2.6　轮胎模型　　// 017
2.3　分布式驱动车辆状态及参数估算　　// 019
2.3.1　整车质量和坡度联合估算　　// 019
2.3.2　四轮垂直载荷估算　　// 023
2.3.3　基于运动学的横摆角速度估算及质心侧偏角估算　　// 024
2.3.4　基于UKF的横摆角速度及质心侧偏角的联合估算　　// 025
2.3.5　基于UKF的车速状态估算　　// 027
2.4　轮毂电机建模　　// 028
2.4.1　轮毂电机结构及设计要求　　// 028
2.4.2　轮毂电机数学建模及仿真分析　　// 030
2.4.3　轮毂电机矢量控制模型及仿真　　// 038
第3章　分布式驱动车辆驱动控制设计　　// 047
3.1　基于稳定性的分布式四驱控制　　// 048
3.1.1　期望横摆力矩及总驱动力制定　　// 049
3.1.2　驱动力分配　　// 051
3.1.3　驱动防滑控制　　// 054
3.2　基于经济性的分布式四驱控制　　// 056
3.2.1　基于经济性目标函数的驱动力控制分配　　// 056
3.2.2　基于黄金比例算法的驱动力控制分配　　// 059
3.3　分布式驱动控制故障诊断及失效控制　　// 062
3.3.1　考虑故障诊断的分布式四驱控制策略设计　　// 062
3.3.2　电机故障诊断模块设计　　// 064
3.3.3　失效模式判断及驱动力再分配模块设计　　// 065
第4章　分布式驱动车辆制动控制设计　　// 071
4.1 分布式机械/电复合制动控制设计　　// 071
4.1.1　理想前、后制动力分配理论　　// 071
4.1.2　分布式机械/电复合制动类型　　// 074
4.2 分布式并联制动控制策略　　// 075
4.3 分布式串联制动控制策略　　// 077
4.3.1　分布式四轮复合制动力　　// 077
4.3.2　机械/电制动力分配　　// 078
第5章　分布式驱动车辆差动转向技术　　// 081
5.1 三轴车辆差动转向运动学分析　　// 081
5.1.1　三轴车辆坐标系　　// 081
5.1.2　三轴车辆运动学方程　　// 084
5.2 三轴车辆差动转向动力学分析　　// 085
5.2.1　三轴车辆整车动力学模型　　// 085
5.2.2　三轴车辆质心侧偏角估算　　// 086
5.2.3　三轴车辆垂直载荷分布估算　　// 088
5.3 三轴六轮驱动车辆差动转向控制策略设计　　// 091
5.3.1　差动转向控制整体框架　　// 091
5.3.2　车辆控制参数计算　　// 092
5.3.3　六轮毂电机转矩分配算法设计　　// 097
第6章　分布式驱动控制仿真验证及实车试验　　// 102
6.1 CarSim-MATLAB/Simulink 联合仿真平台搭建　　// 103
6.1.1　CarSim四驱车辆模型搭建　　// 104
6.1.2　MATLAB/Simulink分布式四驱控制模型搭建　　// 105
6.2 分布式驱动控制联合仿真分析与测试　　// 108
6.2.1　分布式四驱控制仿真验证　　// 108
6.2.2　分布式四驱车辆参数估算仿真验证　　// 112
6.3 实车试验与仿真对比分析　　// 118
6.3.1　分布式四驱乘用车实车试验与仿真对比　　// 118
6.3.2　分布式后驱公交车实车试验与仿真对比　　// 122
第7章　分布式驱动控制硬件在环测试　　// 125
7.1 HIL测试系统方案设计　　// 126
7.1.1　系统方案的系统性及功能性要求　　// 126
7.1.2　系统方案架构　　// 127
7.2 HIL测试硬件系统实现　　// 130
7.2.1　分布式驱动控制器设计　　// 130
7.2.2　实时系统选型　　// 132
7.2.3　驾驶员操纵装置及执行器轮毂电机　　// 133
7.3 HIL测试软件系统设计　　// 134
7.3.1　分布式驱动控制器算法开发　　// 134
7.3.2　实时仿真模型开发　　// 136
7.3.3　上位机管理软件集成　　// 137
7.4 HIL测试试验与分析　　// 140
7.4.1　系统开环测试及功能测试　　// 141
7.4.2　复杂工况测试　　// 144
第8章　轮毂电机分布式驱动控制技术展望　　// 151
8.1 基于分布式驱动控制的轨迹跟踪技术　　// 151
8.1.1　MPC轨迹跟踪控制器设计　　// 152
8.1.2　分布式四驱转矩分配策略　　// 158
8.2 基于分布式驱动控制的紧急避撞技术　　// 160
8.2.1　紧急避撞的路径规划与决策　　// 161
8.2.2　提高紧急避撞稳定性的分布式驱动控制　　// 170
参考文献　　// 173