为了应对汽车工业发展带来的化石能源消耗和环境污染问题,电动汽车成为当前汽车技术发展的重要方向。由于具有传动效率高以及可控自由度高等优点,基于轮毂电机的分布式驱动电动汽车成为近年来研究的热点。轮毂电机分布式驱动电动汽车力矩响应迅速准确的特点有利于更好地实现四轮力矩分配,为汽车操纵稳定性的改善提供了新的机遇。但是,目前车辆操纵稳定性控制的机理研究主要集中在纯侧偏工况,并未深入分析复合工况下车辆动力学特性的改变对车辆控制带来的影响。复合工况下,车辆操纵稳定性控制面临着一系列挑战:车辆动力学特性变化导致车辆稳定区域改变,增加车辆失稳风险;轮胎的非线性特性使侧偏纵滑呈现复杂的相互耦合作用机理;复合工况下车辆状态剧烈变化,如何协调操纵性和稳定性控制目标使车辆获得最佳的操稳综合控制性能需要进一步研究。为此,本文以轮毂电机分布式驱动电动汽车为研究对象,以复合工况车辆动力学理论为基础,从车辆“稳定性判断”和“侧纵向协同控制”两大层面展开理论与应用研究,旨在提升复合工况下分布式驱动电动汽车的操稳控制性能。具体研究内容为:首先,根据车辆动力学仿真需求,建立十四自由度车辆动力学模型、UniTire轮胎模型、电机模型以及驾驶员模型,为后文的车辆稳定性分析以及控制算法的设计提供模型基础和仿真验证平台。通过实车参数和试验数据对所建立的模型精度进行了验证。其次,针对车辆状态观测问题,提出了基于运动学方法与模型法融合的质心侧偏角观测器。基于侧向运动学方程设计扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman Filter,EKF)实现动态值观测;利用模型法计算稳态值和小量值结果。引入加速度偏移量补偿结构以消除信号偏移对观测结果的影响,为结合两种观测器的优点,设计了一种基于车辆动态特征的融合校正策略,有效地提升了实车环境下质心侧偏角的观测精度。还设计了观测器对纵向车速、轮胎侧/纵向力进行观测,满足了控制器对车辆状态的需求。再次,针对车辆稳定性判断的难题,对极限工况下车辆失稳机理进行了全面分析。基于李雅普诺夫(Lyapunove)稳定性理论以及操纵图(Handling Diagram)方法分别从控制理论角度和动力学角度分析了纯侧偏工况下车辆的稳定性;利用操纵图分析了输入条件变化对平衡点位置以及稳定区域的影响;考虑到复合工况下车辆的“侧向-纵向-垂向”耦合作用,基于简化的复合工况动力学模型,分析了复合工况下车辆稳定性变化规律,揭示了极限复合工况下车辆失稳的动力学机理。基于分析结论,提出了前后轮侧偏角相平面鞍点位置方程以及定量的车辆稳定性评价指标,能够根据轮胎侧偏状态定量地呈现车辆的稳定性裕度,解决了极限工况下车辆稳定性评价的难题。然后,为了提升复合工况下分布式驱动电动汽车的操稳控制性能,提出了考虑车辆“侧向-纵向-垂向”耦合作用的一体化底盘控制系统。1)提出了面向控制的复合工况UniTire轮胎模型,用于更加准确地描述复合工况下轮胎的强耦合和非线性力学特性,通过将轮胎力学的侧纵向耦合和非线性特征集中在有效侧偏刚度的表达中,能够使轮胎模型更加方便地用于控制器设计。2)通过面向控制的复合工况UniTire模型和七自由度车辆模型建立复合工况车辆状态空间模型,用于提高复合工况下车辆状态的预测精度,以此为基础,设计了模型预测控制器(Model Predictive Control,MPC),能够将车辆操纵性控制、稳定性控制以及四轮滑移率控制作为控制目标进行集中优化求解。3)为了提升控制器对不同行驶工况的适应能力,提出了基于稳定性指标和轮胎滑移率的自适应权重方案。当状态稳定时,以操纵性为主要控制目标,提升车辆驾驶性能;当车辆将要失稳时,以稳定性为控制目标,保证安全性。从而有效地提升了分布式驱动电动汽车在复合工况下的操纵性和稳定性。最后,通过仿真试验和实车试验对算法的有效性进行了验证。1)双移线仿真结果表明相比于固定权重设置自适应权重设计方案有利于提升车辆的操纵性,降低驾驶员转向负荷;同时能够将质心侧偏角约束在更小的范围内,增强稳定性;还有利于降低横摆力矩需求,减小轮胎滑移率。制动转向复合工况仿真结果表明,MPC控制器中采用面向控制的复合工况UniTire轮胎模型,有利于在制动转向复合工况下进行更加合理的四轮力矩分配,从而在状态控制效果相同的条件下,减小附加横摆力矩需求,减小四轮滑移率。在考虑信号偏移量和噪声以及车辆结构参数偏差的极限复合工况下对算法的鲁棒性进行了仿真验证,结果显示算法仍然能够有效地保证车辆的稳定性。2)基于东风E70实车平台对质心侧偏角观测算法和操纵稳定性控制算法进行了实车验证。结果表明质心侧偏角观测算法能够在高附、低附以及极限工况下实现质心侧偏角的准确观测;操纵稳定性控制算法能够在复合工况下实现驾驶辅助功能,提升车辆的操纵性和安全性。