多種工況下四驅(qū)汽車扭矩分配仿真分析

續(xù)開軒 韓學輝

【摘 要】 通過對四驅(qū)汽車扭矩分配的特性分析，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的前后軸扭矩的理想分配方式忽略了不同工況下的扭矩分配需求，對于四輪驅(qū)動方式，需要考慮汽車加速或坡路行駛時軸荷變化以及再生制動對扭矩分配的要求。本文針對平坦路面勻速行駛工況、坡路勻速行駛工況、平坦路面加速工況三種不同工況展開分析。針對不同工況計算其理想扭矩分配所需獲取的信息，并采用車輛動力學仿真軟件veDYNA對不同行駛工況進行仿真，得到了車輛縱向車速、輪胎附著率、縱向滑移率和橫向滑移率。通過對不同工況下仿真分析，得到前后軸扭矩分配除了受到車輛加速和坡路行駛的影響，還會受到電機外特性的約束，進而得到不同工況下扭矩最優(yōu)的分配方式。

【關鍵詞】 四驅(qū)汽車;扭矩分配;操縱穩(wěn)定性

【中圖分類號】 U461.6 【文獻標識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2019）06-0093-03

四輪驅(qū)動汽車研究重心已經(jīng)從過去只注重動力，逐步轉(zhuǎn)變成提高整車操縱穩(wěn)定性、駕駛安全。國內(nèi)外學者也對此做出了重要貢獻。但大多數(shù)研究成果都是在一種工況條件下完成的，考慮生活中常見的各種工況的研究并不多見。為此本文針對四種不同工況展開分析，并且采用車輛動力學仿真軟件對不同行駛工況進行仿真，從而得到不同工況下扭矩最優(yōu)的分配方式。

1扭矩分配模型

1.1整車數(shù)學模型

車輛行駛過程受力如圖1所示，其中符號意義如表1所示。

車輛行駛過程中前后軸車輪縱向力為：

其中，uf為前軸車輪附著率，ur為后軸車輪附著率。驅(qū)動以及制動時前后輪與地面接觸點的垂直載荷Fzr滿足如下關系：

1.2控制策略

坡路行駛時，需考慮車輛坡路行駛時重力加速度對后軸產(chǎn)生的分量。并且對于四驅(qū)方式，要考慮車輛加速或坡路行駛時軸荷變化。為了得到不同工況下扭矩分配計算公式重寫公式（6）和（7）

車輪動力學滿足如下關系式：

車輛在相同附著系數(shù)路面行駛時，左右輪的驅(qū)動力矩相等。因此僅討論前后軸力矩分配策略即可。設力矩規(guī)劃策略規(guī)劃出總驅(qū)動力矩為T*，后軸力矩Tr與前軸力矩Tf分別為：

1.3不同工況扭矩分配需求

1.3.1平坦路面勻速行駛工況

平坦路面行駛時，v=0，vwr=vwf=0，α=0。由公式（12）和（13）可得：

即若已知質(zhì)心相對前后軸的位置，對于平坦路面勻速行駛或靜止工況，可得理想前后軸力矩分配。當質(zhì)心布置在前后軸中心時，前后軸力矩分配相同。

1.3.2平坦路面加速行駛工況

在平坦路面加速情況下，由公式（12）（13）知前后軸附著率為：

在車速較小情況下加速時，滾動阻力可忽略，此時有

式（21）（22）同時表明，在加速行駛工況下，若想得到理想前后軸力矩分配，需獲取車輛縱向加速度，滑移率和車輛靜態(tài)軸荷分布信息。

1.3.3低速坡路行駛工況

低速通過坡路時，由（12）（13）可知前后軸附著率為：

由前后軸附著率相等條件，可得：

忽略FRf和FRr得：

根據(jù)（24）（25）可計算出前后軸分配數(shù)i。即在坡路行駛時，要獲得理想前后軸力矩分配，需根據(jù)傳感器信息估計路面的坡度α。

2扭矩分配仿真分析

采用車輛動力學仿真軟件veDYNA對直線行駛工況進行了仿真。

2.1仿真工況1——平坦路面慢加速

車輛在靜止情況下，在每個車輪上加60的力矩（采用力矩平均分配策略）時車輛縱向速度、車輪速度和滑移率的仿真結(jié)果如圖2（a）和圖3（a）、3（b）所示，四個車輪附著率如圖2（b）所示。結(jié)果表明當車輪質(zhì)心并非處于前后軸中心時，用平均分配策略對車輪驅(qū)動影響不大。

2.2仿真工況2——平坦路面急加速

車輛在靜止情況下，在每個車輪上施加400Nm力矩，達到最大功率時，保持最大功率不變，根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速計算驅(qū)動力矩。車輛縱向車速、車輪速度、滑移率如圖4（a）和圖5（a）、5（b）所示，四個車輪附著率如圖4（b）所示。

仿真結(jié)果表明，在急加速過程中，平均力矩分配策略，使每個車輪上的縱向摩擦力相同，但軸荷后移使得后輪的壓力增大，故而導致后輪的附著率降低。

3結(jié)論

基于整車數(shù)學模型，研究分析了在不同行駛工況下，軸間扭矩分配對車輛操縱穩(wěn)定性的影響，根據(jù)扭矩分配需求對平坦路面急加速和平坦路面慢加速的車輪速度、車輛縱向速度、滑移率進行仿真。

結(jié)果表明軸間扭矩分配既要考慮車輛行駛坡度、車輛加速度，還要考慮到電機外特性曲線的約束。并對汽車扭矩分配設計提供理論指導。

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