采用铰接式转向系统的车辆具有能耗低、结构简单、机动性好的优势，在工程机械、矿道运输、农林作业等领域有广泛的应用。铰接式转向分布式驱动车辆结合轮毂电机扭矩精准独立可控的特点，能进一步提升车辆的机动性和稳定性，是未来铰接式转向车辆发展的趋势。
本文以搭载轮毂电机和铰接式转向系统的车辆为研究对象，系统分析铰接式转向和差动转向方案的特点，设计整车行驶状态估计器，以估算结果为输入，基于质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面法，提出交点-椭圆法对车辆的稳定性进行判断，以车辆转向过程中的稳定性为目标，采用自适应模型预测控制方法设计控制策略，实现对整车转向过程中的稳定性、操纵性、轮胎滑移率和铰接角度与各轮扭矩的自适应控制。
通过分析铰接式转向系统的特征，首先搭建车辆的运动学模型，对转向过程中的铰接角度在前后车体的分配进行了分析；然后建立整车动力学模型为后文中车辆稳定性、转向系统的性能分析及控制算法的设计和验证奠定基础；参考现有研究中的建模方法搭建了双车体二自由度模型，以等效摇杆滑块模型对前后车体的铰接角进行分配，结合汽车动力学理论，建立了二自由度模型；最后以实车试验结果对上述模型的有效性进行了验证。通过与试验结果的对比，相对双车体二自由度模型，等效摇杆滑块二自由度模型有更好的精度和更简单的结构，因此，后续分析中采用该模型作为二自由度模型。
在等效摇杆滑块二自由度模型的基础上，对该类车辆的理想横摆角速度与质心侧偏角进行了推导。为对车辆的稳定性进行判定，以二自由度模型结合非线性轮胎模型，建立了质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面图。通过对现有研究中稳定域划分方法的分析，提出了交点-椭圆法对稳定域进行划分，该方法确定的稳定域与理论稳定域更为接近、边界表达式复杂度低。分析了铰接角度、车速和道路附着系数对稳定域边界的影响因子，对稳定域边界的表达式进行了拟合，考虑道路附着系数的不确定性得到了相平面中稳定域和失稳域间的过渡域的范围。基于搭建的非线性整车动力学模型，从系统性能持续能力、适应性、最大修正能力、动力性和经济性等维度综合对比了铰接式转向和差动转向模式的系统性能。
针对车辆转向稳定性控制所需关键参数设计了状态估算器，以卡尔曼滤波系列算法和融合估算的思想对车辆和道路参数进行估算。以平均轮速法和基于非线性扩展卡尔曼算法的动力学模型分别对车速进行估算，并以车辆的纵向加速度确定的权重系数对两种估算结果进行融合。基于运动学和动力学方法，结合衰减记忆无迹卡尔曼滤波算法对车辆的质心侧偏角进行估算，根据两种估算方法在高、低频域的表现，引入特征提取技术，从频域的角度对两种方法的估算结果进行融合。通过最大相关熵准则和加权最小二乘法平方根容积卡尔曼滤波算法估算了各轮的道路附着系数，实现对对接路、对开路等复杂路面工况的识别。
以等效摇杆滑块二自由度模型和非线性轮胎模型为参考模型，结合模型预测控制理论，设计了自适应模型预测控制器。根据状态估计器输入的参数，通过轮胎逆模型对状态空间方程中的关键参数进行更新。以车辆稳定性指标对转向过程中的稳定性和操纵性进行自适应控制；根据轮胎滑移率对各轮期望扭矩的权重系数进行自适应控制；以各轮横向力的饱和程度对铰接式转向系统和差动转向系统的权重系数进行自适应控制。
通过硬件在环平台和实车试验对稳定性控制策略的有效性进行了验证。分别在高、低附着系数路面和对开路完成双移线和正弦迟滞工况，对转向过程中车车辆状态参数、整车行驶轨迹和正弦迟滞工况规定的横向稳定性指标和响应能力指标等结果进行对比。结果表明，无控制措施时，车辆在低附和对开路面不能通过双移线工况。采用控制策略后，车辆在双移线工况中能通过测试并保持与参考模型路径的横向误差在0.37 m之内，正弦迟滞工况中，三种路面上的横向稳定性指标平均优化率为97.75%。
通过开展轮毂电机驱动铰接式转向车辆的转向稳定性研究工作，本文在车辆模型搭建、稳定域划分和稳定性自适应控制方面取得了一定进展。提出了等效摇杆滑块二自由度动力学模型，相对双车体二自由度模型，其在典型工况下的计算精度显著提升，该模型作为参考模型用于控制策略的制定可有效提升控制效果。基于现有相平面稳定域的划分方法，提出了交点-椭圆法划定稳定域边界，并以道路附着系数的不确定性界定了稳定域和失稳域间过渡带的范围，为车辆稳定性的判断和控制奠定了基础。针对转向过程中的多目标、多执行器的协同控制问题，提出了基于稳定性指标、各轮轮胎滑移率和轮胎横向力的权重自适应控制方案，对车辆在各种条件下转向过程中的稳定性进行控制。
通过对铰接式转向轮毂电机驱动车辆转向过程中稳定性问题的分析和控制，为该类车辆在应用领域的拓展和智能化控制方向的发展奠定了基础。
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