轉(zhuǎn)矩主動分配系統(tǒng)理論研究與模型試驗

武劍 孫濤++郝景賢

摘要： 對四輪驅(qū)動車輛側(cè)向動力學性能進行了研究，設計了一款具有前、后橋轉(zhuǎn)矩分配及左、右后輪轉(zhuǎn)矩傳遞功能的四輪轉(zhuǎn)矩主動分配系統(tǒng).與基于制動力分配的車輛穩(wěn)定系統(tǒng)不同，轉(zhuǎn)矩主動分配系統(tǒng)可在不影響車輛縱向動力學性能的前提下提升車輛轉(zhuǎn)向時的穩(wěn)定性.同時，轉(zhuǎn)矩主動分配系統(tǒng)介入時不會使駕駛員因感到車輛動態(tài)突變而產(chǎn)生誤操作，從而進一步提升車輛穩(wěn)定性.設計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.為了進一步驗證轉(zhuǎn)矩主動分配系統(tǒng)的有效性，根據(jù)Buckingham Pi定理設計制作了比例模型車并進行了試驗.試驗結(jié)果表明，與配有全開放式差速器的普通四輪驅(qū)動車輛相比，配備轉(zhuǎn)矩主動分配系統(tǒng)的車輛具有更好的轉(zhuǎn)向特性及側(cè)向動力學性能.

關鍵詞：

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

中圖分類號： U 461.6文獻標志碼： A

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

文獻[1]提供了一種基于前輪驅(qū)動車輛的轉(zhuǎn)矩主動控制系統(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)向過度進行修正，但該系統(tǒng)對車輛轉(zhuǎn)向不足的修正能力有限.

文獻[2]提供了一種基于主動中央差速器的轉(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)定性得到進一步提升.

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

相較于國外，國內(nèi)對乘用車四輪驅(qū)動系統(tǒng)及轉(zhuǎn)矩主動分配系統(tǒng)研究工作起步較晚，且目前已有的轉(zhuǎn)矩主動控制系統(tǒng)多基于制動控制或前輪驅(qū)動汽車平臺，其對車輛穩(wěn)定性的提升有限[4-5].本文通過對車輛側(cè)向動力學的研究，將主動中央差速器與后橋輪間轉(zhuǎn)矩傳遞系統(tǒng)相結(jié)合，通過對前、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

為了進一步證實轉(zhuǎn)矩主動分配系統(tǒng)的有效性，本文根據(jù)Buckingham Pi理論制作了比例為1∶6模型車并進行試驗.

3.1動力學等效性

量綱分析法指出，對于某物理現(xiàn)象，若兩個由微分方程描述的物理系統(tǒng)對應的無量綱數(shù)Π相等，那么兩個物理系統(tǒng)的微分方程具有相同解.模型車和實車的基本參數(shù)如表1所示.

模型車與實車的無量綱項偏差較小，可認為模型車與實車在動力學上等效.

3.2試驗方案

在較為平整的場地用樁桶搭建試驗路線，路面平均附著系數(shù)約為0.95.記錄單圈耗時及車載傳感器數(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，模型車相當于普通車輛；主動轉(zhuǎn)矩分配模式下，控制系統(tǒng)介入.在不同模式下進行對比試驗，通過試驗數(shù)據(jù)驗證本系統(tǒng)的有效性.圖12為模型車及轉(zhuǎn)矩主動分配控制模塊，圖13、14分別為模型車主動分動器和帶有輪間轉(zhuǎn)矩傳遞功能的后橋差速器結(jié)構(gòu)示意圖.

3.3試驗結(jié)果

試驗數(shù)據(jù)表明，與普通模式相比，轉(zhuǎn)矩主動分配系統(tǒng)開啟時，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.道路試驗質(zhì)心側(cè)偏角如圖15所示，圖中橫坐標D表示模型車行駛距離.由于操控穩(wěn)定性的提升，使車輛單圈耗時減少，五圈總耗時較普通模式縮短16.9 s，模型車道路測試單圈時間如表3所示.試驗數(shù)據(jù)客觀地驗證了轉(zhuǎn)矩主動分配系統(tǒng)的有效性.

4結(jié)論

本文研究了四輪驅(qū)動車輛轉(zhuǎn)向工況側(cè)向動力學性能，設計了一款具有前、后橋轉(zhuǎn)矩分配及左、右后輪轉(zhuǎn)矩傳遞功能的四輪轉(zhuǎn)矩主動分配系統(tǒng)，運用Carsim軟件仿真確定控制器參數(shù)，并根據(jù)Buckingham Pi定理設計制作了模型車，并通過試驗驗證了該轉(zhuǎn)矩主動分配系統(tǒng)提升車輛側(cè)向動力學性能的有效性，為設計新型轉(zhuǎn)矩主動分配系統(tǒng)提供了參考.

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