Steeringless Drifting: Differential-Torque Control of a Four-Wheel Independently Driven Vehicle
本文提出并验证了一种差动转矩控制方法，该方法使一种无需转向系统的四轮独立驱动车辆能够仅通过轮转矩调制来实现稳态漂移和复杂轨迹跟踪，为近极限状态下的自主车辆控制提供了一种新途径。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
想象一个这样的世界：汽车不再仅仅是向前行驶或通过转向盘转弯，而是能像冰上的舞者一样横向滑动，完美地旋转成圈，或者在轮胎尖叫着抗议的同时穿梭于“8”字形轨迹中。这不仅仅是电影英雄的特技表演；这是一个被称为“自动驾驶车辆控制”的正规研究领域，专门研究如何在将车辆推向极限时保持其稳定性。通常情况下，当汽车开始漂移时，这是一种危险的失控，安全系统会试图立即阻止它。但研究人员现在提出了一个疑问：如果我们能让汽车有目的地进行漂移，并能安全地保持这种状态呢？为此，他们需要理解“轮胎饱和”（即轮胎由于过度滑动而无法再提供更多抓地力）和“横摆力矩”（使汽车绕中心旋转的力量）。虽然传统汽车依靠转动前轮来转向，但一种新型的电动汽车架构正在改变游戏规则。这些车辆拥有四个独立的电机，每个轮子一个，并且没有转向盘。它们不是通过转动车轮来转向，而是通过控制某些车轮加速或减速来控制车辆。这篇论文探讨了这样一种“无转向”汽车是否可以完成最难的舞蹈动作：受控且持续的漂移。
这项研究背后的研究人员赵胜（Sheng Zhao）及其团队解决了一个迷人的难题：一辆没有转向盘、仅靠四个独立电机驱动的汽车能否实现漂移？在普通汽车中，漂移发生在转动前轮并猛踩油门时，导致后轮失去抓地力。但在无转向汽车中，车轮是锁死朝前的。你无法转动它们。那么，如何让它滑动呢？团队提出了一个聪明的解决方案：利用左右两侧车轮之间的动力差来产生旋转力。想象一下一个人站在滑板上；如果他左脚蹬得比右脚用力，他就会旋转。汽车也是如此。通过仔细平衡分配给四个车轮的扭矩（扭转力），汽车可以产生一个“横摆力矩”，迫使它旋转，同时轮胎自然地向侧面滑动以实现漂移。
为了精确计算每个车轮应该发送多少动力，团队为汽车建立了一个数学模型，将其视为平坦表面上的一个刚性块。他们计算出了一个“漂移平衡态”，这基本上是实现完美、稳定滑动的“配方”。这个配方告诉汽车应该以多快的速度行驶以及旋转多少度，才能在不发生碰撞的情况下保持漂移。他们发现，为了保持汽车漂移，一侧的电机需要比另一侧工作得更卖力，从而产生一种持续的“拉锯战”，使汽车保持旋转。他们还设计了一个“脉冲与保持”控制器。想象一下你在尝试让一个沉重的秋千运动起来：你先给它一个强力的推力（脉冲）让它启动，然后给予细微、精准的推动（保持）让它以正确的速度持续运动。汽车也是如此：它利用一瞬间的车轮速度差异来启动漂移，然后使用一种稳定、平衡的动力组合来维持运动。
团队通过两种方式测试了他们的想法：首先是在计算机模拟中，其次是在一个仅为真实车辆十分之一大小（1:10比例）的真实小型机器人汽车上。在计算机世界里，他们看到汽车成功地维持了稳定的圆周漂移，其“侧偏角”（即汽车指向方向与实际运动方向之间的夹角）约为20度。他们还观察到汽车能够执行“8”字形轨迹，并在两种漂移方向之间进行切换。当他们在真实的机器人汽车上进行测试时，结果同样令人振奋。这个小机器人成功地在圆圈中旋转并穿梭于“8”字形赛道，维持着约20度的侧偏角进行漂移。数据表明，汽车能够追踪这些路径且误差极小，证明了“脉冲与保持”策略在现实世界中是行之有效的。
然而，论文谨慎地指出，目前这还不能算是解决了全尺寸汽车的问题。研究结果是基于模拟实验以及一个小型原型机的实验。研究人员指出，他们目前的方法依赖于一个特定的汽车数学模型，而现实世界的因素，如变化的路况或轮胎磨损，可能会干扰结果。他们建议，未来的工作可以使用人工智能直接从数据中学习汽车的行为，而不仅仅是依赖数学公式。但就目前而言，这项研究证明了一个至关重要的点：完全可以实现无需转动转向盘，仅通过巧妙分配四个车轮的动力来实现汽车漂移。这为自动驾驶汽车在紧急情况下如何机动，或如何执行传统汽车无法完成的复杂任务，提供了一个全新的视角。
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