随着环保及能源问题的加剧,电动汽车迎来了重大发展机遇。相比于传统的集中式驱动电动汽车,电动轮驱动汽车各车轮转矩可独立控制,具备独特的优势。差动助力转向(DDAS)正是基于电动轮驱动汽车这一独特的优势所提出的一种助力转向新技术,其利用左右前轮产生转矩差实现转向助力,省去了传统助力转向系统的助力输出部件,同时控制器可集成至整车控制器中,结构紧凑,占用空间小,降低了成本,拥有广阔的研究前景。但DDAS的执行器为左右前轮电机,与稳定性控制系统(VSC)部分执行机构相同,会相互干涉,同时其在助力时势必为整车引入一个额外的横摆力矩,无疑会对整车的稳定性产生影响。针对现有问题,本文基于相平面理论设计了一套全局的差动助力转向与稳定性分层协调控制系统。本文具体可分为如下四个部分:1.首先基于MATLAB/Simulink平台搭建了电动轮驱动汽车动力学模型,包括四自由度机械转向系统模型、七自由度整车模型、轮胎模型、电机模型以及驾驶员模型,并与CarSim软件进行对比仿真分析,验证了其正确性,为后续研究及仿真奠定了基础。2.基于现有DDAS控制策略的不足,本文引入了自抗扰控制技术设计了差动助力自抗扰控制器,并设计了差动主动回正控制策略以及回正模式切换规则,仿真结果表明,设计的差动助力自抗扰控制器相比于PID控制器控制效果更加优异。然后,系统的分析了DDAS对整车稳定性的影响,发现DDAS对整车稳定性的影响与路面附着有关。3.考虑到相平面能较为准确判断车辆稳定状态,引入相平面理论进行协调控制。首先,建立非线性二自由度车辆模型,绘制了各工况下的b-b以及b-w_r相平面,对比可得b-b相平面的稳定域边界受其他因素影响相对较小,因此选择b-b相平面作为协调控制的基础,并制定了b-b相平面稳定域边界参数表。然后基于相平面设计了DDAS与VSC分层协调控制系统,分为参数估算层、控制区域划分层、协调决策层以及控制分配层。参数估算层对质心侧偏角等参数进行估算;控制区域划分层基于b-b相平面划分相应控制区域;协调决策层包括DDAS控制器和VSC控制器以及二者的协调控制器;控制分配层由转矩分配控制器及滑转率控制器组成。首先,为保证整车稳定性,设计了基于前馈加滑模反馈的VSC控制器。然后基于b-b相平面的特点以及DDAS对整车稳定性的影响分析,将b-b相平面重新划分为稳定区、协调控制区以及非稳定区三个控制区域。同时在高附着时以及低附着时分别采用模糊控制及模拟退火算法多目标离线优化求解控制区域边界参数。综上分析分别制定了高低附着下分区域的协调控制策略。其次,基于控制区域不同设计了分区域的转矩分配控制策略。最后,设计了基于最佳滑转率识别的滑转率控制策略对底层车轮的滑转失稳进行控制。4.为更好的验证本文所提出的协调控制策略,基于CarSim和MATLAB/Simulink平台,搭建了电动轮驱动汽车联合仿真平台,选取了多种典型工况对本文所设计的协调控制策略进行了仿真验证,同时搭建了小型驾驶模拟器,完成了驾驶员在环试验验证。仿真及试验结果表明,本文设计的协调控制策略能充分发挥DDAS的提高转向轻便性和转弯机动性的优势,同时在保证整车稳定性的前提下扩展了DDAS的工作范围,保证了装备DDAS的电动轮驱动汽车稳定可靠行驶。