汽車差動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)數(shù)學建模

張錦欽　劉帥　蔣俊杰

摘 要：隨著能源枯竭和環(huán)境污染日益嚴重，純電動汽車逐步進入人們的視野。其中，電動輪汽車以其各輪轉(zhuǎn)矩能夠獨立控制的優(yōu)勢，成為了今后電動汽車發(fā)展的方向。本文在分析了電動輪差動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)受力情況的基礎(chǔ)之上，建立了研究所必要的整車模型。

關(guān)鍵詞：電動輪汽車；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；受力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.195

0 引言

自汽車出現(xiàn)以來，隨著其性能不斷提高，同時成本的不斷降低，汽車的應(yīng)用越來越廣泛。但是，另一方面汽車工業(yè)也造成了嚴重的環(huán)境問題。因此，節(jié)能、環(huán)保的純電動汽車的研發(fā)及普及是當今社會的必然趨勢[1]。

電動輪驅(qū)動汽車利用左右車輪的輪轂電機輸出轉(zhuǎn)矩的不同，得到汽車的轉(zhuǎn)向功能；利用電動輪轂電機實現(xiàn)附加的轉(zhuǎn)角，從而得到主動轉(zhuǎn)向能力。通過控制左右輪轂電機，能夠?qū)崿F(xiàn)差速轉(zhuǎn)向功能，提升傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的性能，減輕駕駛員勞動強度，提升汽車的操縱穩(wěn)定性[2]。

1 數(shù)學建模

借助固連在運動著的汽車上的車輛坐標系來描述汽車的運動：當車輛在水平路面上處于靜止狀態(tài)時，坐標系原點o與汽車質(zhì)心重合，x軸表示為汽車前進方向，y軸表示為汽車側(cè)面方向，z軸表示為車輛的垂向方向，向上為正。

前期學者的研究一般使用二自由度的模型進行研究，其模型不考慮車輛的側(cè)傾[3]。而本文考慮車輛的側(cè)傾對汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響，使用包含側(cè)傾的三自由度汽車模型，并對該模型作如下假設(shè)：

（1）忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機械機構(gòu)阻尼和機械損耗的影響，將轉(zhuǎn)向力直接施加于轉(zhuǎn)向車輪；

（2）考慮汽車只作繞x軸的旋轉(zhuǎn)運動，而不作其他的旋轉(zhuǎn)運動以及汽車車速不變；

（3）汽車的y軸加速度限定在（-0.4g，0.4g）；

（4）不考慮空氣動力學對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的影響；

（5）將汽車輪胎假設(shè)為剛性體。

水平面上的所有角度（包括前輪轉(zhuǎn)角、側(cè)偏角等）及對應(yīng)的角速度與角加速度都取左轉(zhuǎn)為正，側(cè)傾角及其角速度以右傾為正。同時，假設(shè)：1）汽車的質(zhì)心位于垂直于地面的中分平面內(nèi)，汽車左右兩側(cè)對此中分平面是對稱的；2）非懸掛質(zhì)量的質(zhì)心也在x軸上；3）側(cè)傾軸線與x軸重合。

首先確定汽車質(zhì)心加速度在車輛坐標系上的分量。

因為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)向時，汽車會產(chǎn)生平移和轉(zhuǎn)動，在時刻，車輛坐標系o點的速度矢量發(fā)生改變，同時車輛坐標系的x軸和y軸的方向同時發(fā)生了改變，因此，沿oy軸的速度分量的變化為：

2 結(jié)論

在閱讀和研究了相關(guān)文獻的基礎(chǔ)之上，建立整車考慮側(cè)傾的線性3POF的汽車模型，進行分析差動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的受力，建立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)數(shù)學模型。

參考文獻：

[1]陳清泉，孫逢春，祝嘉光.現(xiàn)代電動汽車技術(shù)[M].北京：北京理工大學出版社，2002.

[2]胡長健.電動輪驅(qū)動車輛的驅(qū)動力助力轉(zhuǎn)向技術(shù)研究[D].長春： 吉林大學，2008.

[3]王軍年.電動輪獨立驅(qū)動汽車差動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)研究[D].長春： 吉林大學，2009.