武劍 孫濤++郝景賢

摘要： 對(duì)四輪驅(qū)動(dòng)車輛側(cè)向動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了一款具有前、后橋轉(zhuǎn)矩分配及左、右后輪轉(zhuǎn)矩傳遞功能的四輪轉(zhuǎn)矩主動(dòng)分配系統(tǒng).與基于制動(dòng)力分配的車輛穩(wěn)定系統(tǒng)不同，轉(zhuǎn)矩主動(dòng)分配系統(tǒng)可在不影響車輛縱向動(dòng)力學(xué)性能的前提下提升車輛轉(zhuǎn)向時(shí)的穩(wěn)定性.同時(shí)，轉(zhuǎn)矩主動(dòng)分配系統(tǒng)介入時(shí)不會(huì)使駕駛員因感到車輛動(dòng)態(tài)突變而產(chǎn)生誤操作，從而進(jìn)一步提升車輛穩(wěn)定性.設(shè)計(jì)了控制器并采集車輛狀態(tài)信息，控制前、后橋轉(zhuǎn)矩分配比例及左、右后輪間的轉(zhuǎn)矩傳遞量.為了進(jìn)一步驗(yàn)證轉(zhuǎn)矩主動(dòng)分配系統(tǒng)的有效性，根據(jù)Buckingham Pi定理設(shè)計(jì)制作了比例模型車并進(jìn)行了試驗(yàn).試驗(yàn)結(jié)果表明，與配有全開(kāi)放式差速器的普通四輪驅(qū)動(dòng)車輛相比，配備轉(zhuǎn)矩主動(dòng)分配系統(tǒng)的車輛具有更好的轉(zhuǎn)向特性及側(cè)向動(dòng)力學(xué)性能.

關(guān)鍵詞：

四輪驅(qū)動(dòng)； 矢量轉(zhuǎn)矩； 轉(zhuǎn)矩分配； 量綱分析； 模型試驗(yàn)

中圖分類號(hào)： U 461.6文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

目前應(yīng)用較為廣泛的四驅(qū)系統(tǒng)是基于電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP）及開(kāi)放式行星齒輪差速器的轉(zhuǎn)矩主動(dòng)控制系統(tǒng).這類系統(tǒng)成本低廉，但制動(dòng)系統(tǒng)的介入對(duì)車輛縱向動(dòng)力學(xué)性能及駕駛員的駕駛感受造成了一定的負(fù)面影響.

文獻(xiàn)[1]提供了一種基于前輪驅(qū)動(dòng)車輛的轉(zhuǎn)矩主動(dòng)控制系統(tǒng)，其前、后橋轉(zhuǎn)矩分配比例在100∶0至50∶50連續(xù)可變，能夠?qū)囕v轉(zhuǎn)向過(guò)度進(jìn)行修正，但該系統(tǒng)對(duì)車輛轉(zhuǎn)向不足的修正能力有限.

文獻(xiàn)[2]提供了一種基于主動(dòng)中央差速器的轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠更大幅度地調(diào)節(jié)前后橋間轉(zhuǎn)矩分配比例，從而使車輛的操縱穩(wěn)定性得到進(jìn)一步提升.

文獻(xiàn)[3]提供了一種主動(dòng)橫擺控制系統(tǒng)（AYC），使驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)生主動(dòng)橫擺力矩，直接、有效地改善車輛轉(zhuǎn)向特性.

相較于國(guó)外，國(guó)內(nèi)對(duì)乘用車四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及轉(zhuǎn)矩主動(dòng)分配系統(tǒng)研究工作起步較晚，且目前已有的轉(zhuǎn)矩主動(dòng)控制系統(tǒng)多基于制動(dòng)控制或前輪驅(qū)動(dòng)汽車平臺(tái)，其對(duì)車輛穩(wěn)定性的提升有限[4-5].本文通過(guò)對(duì)車輛側(cè)向動(dòng)力學(xué)的研究，將主動(dòng)中央差速器與后橋輪間轉(zhuǎn)矩傳遞系統(tǒng)相結(jié)合，通過(guò)對(duì)前、后橋轉(zhuǎn)矩分配比例及后橋橫擺力矩的控制，大幅提升車輛轉(zhuǎn)向時(shí)的操控穩(wěn)定性，為自主研發(fā)新型轉(zhuǎn)矩分配控制系統(tǒng)提供參考.

3比例模型車試驗(yàn)

為了進(jìn)一步證實(shí)轉(zhuǎn)矩主動(dòng)分配系統(tǒng)的有效性，本文根據(jù)Buckingham Pi理論制作了比例為1∶6模型車并進(jìn)行試驗(yàn).

3.1動(dòng)力學(xué)等效性

量綱分析法指出，對(duì)于某物理現(xiàn)象，若兩個(gè)由微分方程描述的物理系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的無(wú)量綱數(shù)Π相等，那么兩個(gè)物理系統(tǒng)的微分方程具有相同解.模型車和實(shí)車的基本參數(shù)如表1所示.

模型車與實(shí)車的無(wú)量綱項(xiàng)偏差較小，可認(rèn)為模型車與實(shí)車在動(dòng)力學(xué)上等效.

3.2試驗(yàn)方案

在較為平整的場(chǎng)地用樁桶搭建試驗(yàn)路線，路面平均附著系數(shù)約為0.95.記錄單圈耗時(shí)及車載傳感器數(shù)據(jù).

模型車具有模式選擇功能.普通模式下，控制系統(tǒng)不介入，模型車相當(dāng)于普通車輛；主動(dòng)轉(zhuǎn)矩分配模式下，控制系統(tǒng)介入.在不同模式下進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證本系統(tǒng)的有效性.圖12為模型車及轉(zhuǎn)矩主動(dòng)分配控制模塊，圖13、14分別為模型車主動(dòng)分動(dòng)器和帶有輪間轉(zhuǎn)矩傳遞功能的后橋差速器結(jié)構(gòu)示意圖.

3.3試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，與普通模式相比，轉(zhuǎn)矩主動(dòng)分配系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，車輛側(cè)向加速度及橫擺角速度偏差均得到修正，質(zhì)心側(cè)偏角減小.道路試驗(yàn)質(zhì)心側(cè)偏角如圖15所示，圖中橫坐標(biāo)D表示模型車行駛距離.由于操控穩(wěn)定性的提升，使車輛單圈耗時(shí)減少，五圈總耗時(shí)較普通模式縮短16.9 s，模型車道路測(cè)試單圈時(shí)間如表3所示.試驗(yàn)數(shù)據(jù)客觀地驗(yàn)證了轉(zhuǎn)矩主動(dòng)分配系統(tǒng)的有效性.

4結(jié)論

本文研究了四輪驅(qū)動(dòng)車輛轉(zhuǎn)向工況側(cè)向動(dòng)力學(xué)性能，設(shè)計(jì)了一款具有前、后橋轉(zhuǎn)矩分配及左、右后輪轉(zhuǎn)矩傳遞功能的四輪轉(zhuǎn)矩主動(dòng)分配系統(tǒng)，運(yùn)用Carsim軟件仿真確定控制器參數(shù)，并根據(jù)Buckingham Pi定理設(shè)計(jì)制作了模型車，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了該轉(zhuǎn)矩主動(dòng)分配系統(tǒng)提升車輛側(cè)向動(dòng)力學(xué)性能的有效性，為設(shè)計(jì)新型轉(zhuǎn)矩主動(dòng)分配系統(tǒng)提供了參考.

參考文獻(xiàn)：

[1]PIYABONGKARN D，LEW J Y，RAJAMANI R，et al.On the use of torquebiasing systems for electronic stability control：Limitations and possibilities[J].IEEE Transactions on Control Systems Technology，2007，15（3）：581-589.

[2]WHEALS J C，RAMSBOTTOM M.Supervisory vehicle vectoringSV2[C]∥Proceedings of the Ricardo International Conference on Vehicle Systems Integration in the Wired World，2002：233-258.

[3]USHIRODA，SAWASE Y，TAKAHASHI K，N.et a1.Development of Super AYC[J].Mitsubishi Motors Technical Review，2003，15：75-78.

[4]GHIKE C，SHIM T，ASGARI J，et al.Integrated control of wheel drivebrake torque for vehiclehandling enhancement[J].Institution of Mechanical Engineers.Part D，Journal of Automobile Engineering，2009，223（4）：439- 457.

[5]TAHAMI F，F(xiàn)ARHANGI S，KAZEMI R，et al.A fuzzy logic direct yawmoment control system for allwheeldrive electric vehicles[J].Vehicle System Dynamics，2004，41（3）：203-221.

[6]KIENCKE U，NIELSEN L.Automotive control systems：For engine，driveline and vehicle[M].Berlin Heidelberg：SpringerVerlag，2000：512-526.

[7]PACEJKA H B.Tire and vehicle dynamics[M].SAE Inc.，1988：79-86.