續(xù)開軒 韓學(xué)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(dòng)方式，需要考慮汽車加速或坡路行駛時(shí)軸荷變化以及再生制動(dòng)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(jì)算其理想扭矩分配所需獲取的信息，并采用車輛動(dòng)力學(xué)仿真軟件veDYNA對不同行駛工況進(jìn)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(huì)受到電機(jī)外特性的約束，進(jìn)而得到不同工況下扭矩最優(yōu)的分配方式。

【關(guān)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(xiàn)標(biāo)識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2019）06-0093-03

四輪驅(qū)動(dòng)汽車研究重心已經(jīng)從過去只注重動(dòng)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(xué)者也對此做出了重要貢獻(xiàn)。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(dòng)力學(xué)仿真軟件對不同行駛工況進(jìn)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(xué)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(dòng)以及制動(dòng)時(shí)前后輪與地面接觸點(diǎn)的垂直載荷Fzr滿足如下關(guān)系：

1.2控制策略

坡路行駛時(shí)，需考慮車輛坡路行駛時(shí)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(shí)軸荷變化。為了得到不同工況下扭矩分配計(jì)算公式重寫公式（6）和（7）

車輪動(dòng)力學(xué)滿足如下關(guān)系式：

車輛在相同附著系數(shù)路面行駛時(shí)，左右輪的驅(qū)動(dòng)力矩相等。因此僅討論前后軸力矩分配策略即可。設(shè)力矩規(guī)劃策略規(guī)劃出總驅(qū)動(dòng)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(shí)，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(dāng)質(zhì)心布置在前后軸中心時(shí)，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(shí)，滾動(dòng)阻力可忽略，此時(shí)有

式（21）（22）同時(shí)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(shí)，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(jì)算出前后軸分配數(shù)i。即在坡路行駛時(shí)，要獲得理想前后軸力矩分配，需根據(jù)傳感器信息估計(jì)路面的坡度α。

2扭矩分配仿真分析

采用車輛動(dòng)力學(xué)仿真軟件veDYNA對直線行駛工況進(jìn)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(gè)車輪上加60的力矩（采用力矩平均分配策略）時(shí)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(gè)車輪附著率如圖2（b）所示。結(jié)果表明當(dāng)車輪質(zhì)心并非處于前后軸中心時(shí)，用平均分配策略對車輪驅(qū)動(dòng)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(gè)車輪上施加400Nm力矩，達(dá)到最大功率時(shí)，保持最大功率不變，根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速計(jì)算驅(qū)動(dòng)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(gè)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(gè)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(dǎo)致后輪的附著率降低。

3結(jié)論

基于整車數(shù)學(xué)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(jìn)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(jī)外特性曲線的約束。并對汽車扭矩分配設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。

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