扭矩矢量控制四驅系統的車輛動態性能研究

王 丹

（同濟大學，上海 201804）

扭矩矢量控制四驅系統的車輛動態性能研究

王 丹

（同濟大學，上海 201804）

文章介紹了扭矩矢量控制四驅系統的結構以及工作原理，以某SUV為對象，研究了該系統作用下的車輛動態表現，結果表明該系統可以通過調整后橋左右輸出扭矩，主動改善車輛動態性能，提高車輛行駛時的操控性和機動性。

扭矩矢量控制；四驅系統；動態性能

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.042

CLC NO.: U463.61 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-123-02

引言

常見的四驅系統有分時四驅、全時四驅和適時四驅，其中以適時四驅應用最為廣泛。這類四驅系統基于前驅平臺，增加分動器和后橋等部件，適時將扭矩分配到后輪，滿足機動性和操控性的要求。適時四驅系統重量較輕且成本可控，受到大多數主機廠和消費者的青睞。

市場上常見的適時四驅系統，大多是縱置離合器布置，將扭矩控制單元裝在縱向傳動軸和后主減之間，根據車輛工況和駕駛意圖，自動分配前、后橋的扭矩，改善車輛操控性能[1]。扭矩矢量控制四驅系統是在離合器縱置的基礎上升級而來的，它采用橫置離合器布置，將扭矩控制單元對置安裝在主減和后驅動半軸之間，不僅可調整前后橋的扭矩，還可以實現后橋兩側車輪上的扭矩動態分配，使車輛的機動性和操控性得到顯著提升，可以稱為適時四驅的高階版本。

1、扭矩矢量控制四驅系統的結構

扭矩矢量控制四驅系統以路虎某SUV為典型代表，扭矩矢量控制的核心是集成雙離合器的后驅動單元，ECU通過液壓機構可獨立控制雙側的離合器[1]。該系統的后橋輸出兩側分別安裝了離合器，可通過摩擦片吸收轉速差，故取消了差速器，系統重量更輕。

配備扭矩矢量控制四驅系統的車輛，在穩態工況下采用前輪驅動。當車輛處在起步、加速、轉向等瞬態工況，或者路面附著系數低易造成打滑時，扭矩矢量控制四驅系統將主動介入，切換到四驅模式。影響扭矩分配的整車參數包括：車速、輪速、發動機扭矩、檔位、節氣門開度、方向盤轉角、環境溫度，等等，四驅系統ECU將根據這些信號輸入，自動調整前、后橋之間和后橋左、右兩側車間之間的扭矩分配，對車輛動態性能加以改善，提高操控性和機動性。

2、扭矩矢量控制四驅系統的工作原理及動態性能

本文基于常見的轉向和低附路面工況，研究扭矩矢量控制四驅系統對車輛操控性和機動性的影響。

2.1 扭矩矢量控制四驅系統對轉向不足的改善

前驅車以一定的速度轉向時，其轉向不足的特點會使車輛產生沖出彎道的趨勢，且車速越高這一趨勢越明顯。車輛出彎時，駕駛員往往要踩下油門提高車速，為了避免車輛沖出彎道發生事故，還需要增加方向盤轉角，來維持適當的車輛轉彎半徑，這增加了駕駛的難度，也降低了駕駛的樂趣。扭矩矢量控制四驅系統可以通過主動轉向來改善車輛的轉向不足，該系統首先將動力總成輸出的一部分扭矩傳遞到后橋，再通過后橋兩側離合器的獨立控制，將較多的扭矩分配到外側的后輪，使車身的橫擺角加大，維持所需的轉彎半徑，幫助車輛順利過彎。

2.2 扭矩矢量控制四驅系統對轉向過度的抑制

車輛制動時，質心前移導致后輪可承受的側向力減小，會導致后輪側滑發生轉向過度。高速行駛的車輛緊急變線或者匝道緊急制動時都可能發生，路面附著系數低的時候尤其容易引發轉向過度，車輛失穩后還有可能引起駕駛員誤操縱，加重車輛的不穩定[2]。不少發生在高速公路上的事故都是如此，轉向過度危害大，須盡可能避免其發生，保證行車安全。對該四驅系統分別在激活和斷開狀態下做以下工況的模擬測試：車輛加速至120km/h，然后松開油門并將方向盤轉90°，測量車輛的橫擺角，。

扭矩矢量控制四驅系統激活后，可在偵測到車輛即將發生側滑時及時響應，調整對置的離合器嚙合程度來改變驅動輪的扭矩分配，迅速將車輛的橫擺角降低到安全范圍內，糾正車身姿態，保證行車安全。

2.3 扭矩矢量控制四驅系統對機動性的優化

當車輛行駛在兩側附著系數不同的路面（如一側為瀝青路面一側為冰雪路面）上時，一旦低附側的車輪出現打滑，傳統配置縱置離合器和開放式差速器的四驅系統將會啟動ESP系統來制動打滑的車輪，試圖將扭矩傳遞至高附一側的車輪，這種情況下，后橋50%的扭矩將在打滑的車輪上以熱量的形式浪費掉。如果打滑沒有明顯得到改善，TCS系統還會介入，降低發動機輸出扭矩來減少打滑，幫助車輛脫困，這一過程會降低駕駛感受。對配置該四驅系統的車輛在兩側附著系數不同的路面上模擬起步，坡度為20%，檢測后橋兩側車輪的扭矩和轉速。

實測高附側的扭矩約為1300Nm，低附側的扭矩約為250Nm，可以看出扭矩矢量控制四驅系統將扭矩更多地分配給附著系數較高的一側車輪上，使車輛機更容易脫困。

3、結論

本文以某城市SUV為對象，介紹扭矩矢量控制四驅系統的結構和工作原理，并研究了該系統對車輛動態性能的影響，結果表明扭矩矢量控制四驅系統可以通過自動調整前后橋以及后橋兩側輸出扭矩分配比例，改善車輛的操控性穩定性和機動性。該系統可以提高行車安全，增強車輛駕駛樂趣，對關注駕乘感受的消費者有較強吸引力，具有較好的市場前景。

[1] 胡世宇. Haldex離合器與四輪驅動[C]. 2011西部汽車產業學術論壇暨四川省第十屆汽車學術年會論文集[C]，2011:78-80.

[2] 鄭永. 2014款路虎極光主動傳動系統結構及工作原理（上）[J]. 汽車維修技師，2014,6:40.

[3] 劉志潘. 汽車轉彎制動控制策略研究[D]. 吉林大學碩士學位論文，2009: 2.

The torque vector control four-wheel drive vehicle dynamic performance of the system research

Wang Dan
（Tongji university, Shanghai 201804)

the article introduces the structure and working principle of torque vector control all-wheel-drive system, with a SUV as an object, the system is studied under the action of vehicle dynamic performance, the results show that the system can output torque around by adjusting the rear axle, take the initiative to improve the vehicle dynamic performance, improve vehicle handling and maneuverability.

torque vector control; four-wheel drive system; the dynamic performance

U463.61

A

1671-7988 (2016)12-123-02

王丹（1986.4-），男，就職于同濟大學，汽車傳動系統開發。