轉矩主動分配系統理論研究與模型試驗

武劍 孫濤++郝景賢

摘要： 對四輪驅動車輛側向動力學性能進行了研究，設計了一款具有前、后橋轉矩分配及左、右后輪轉矩傳遞功能的四輪轉矩主動分配系統.與基于制動力分配的車輛穩定系統不同，轉矩主動分配系統可在不影響車輛縱向動力學性能的前提下提升車輛轉向時的穩定性.同時，轉矩主動分配系統介入時不會使駕駛員因感到車輛動態突變而產生誤操作，從而進一步提升車輛穩定性.設計了控制器并采集車輛狀態信息，控制前、后橋轉矩分配比例及左、右后輪間的轉矩傳遞量.為了進一步驗證轉矩主動分配系統的有效性，根據Buckingham Pi定理設計制作了比例模型車并進行了試驗.試驗結果表明，與配有全開放式差速器的普通四輪驅動車輛相比，配備轉矩主動分配系統的車輛具有更好的轉向特性及側向動力學性能.

關鍵詞：

四輪驅動； 矢量轉矩； 轉矩分配； 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系統是基于電子穩定系統（ESP）及開放式行星齒輪差速器的轉矩主動控制系統.這類系統成本低廉，但制動系統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動車輛的轉矩主動控制系統，其前、后橋轉矩分配比例在100∶0至50∶50連續可變，能夠對車輛轉向過度進行修正，但該系統對車輛轉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矩分配系統，該系統能夠更大幅度地調節前后橋間轉矩分配比例，從而使車輛的操縱穩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（AYC），使驅動橋產生主動橫擺力矩，直接、有效地改善車輛轉向特性.

相較于國外，國內對乘用車四輪驅動系統及轉矩主動分配系統研究工作起步較晚，且目前已有的轉矩主動控制系統多基于制動控制或前輪驅動汽車平臺，其對車輛穩定性的提升有限[4-5].本文通過對車輛側向動力學的研究，將主動中央差速器與后橋輪間轉矩傳遞系統相結合，通過對前、后橋轉矩分配比例及后橋橫擺力矩的控制，大幅提升車輛轉向時的操控穩定性，為自主研發新型轉矩分配控制系統提供參考.

3比例模型車試驗

為了進一步證實轉矩主動分配系統的有效性，本文根據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，對于某物理現象，若兩個由微分方程描述的物理系統對應的無量綱數Π相等，那么兩個物理系統的微分方程具有相同解.模型車和實車的基本參數如表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，路面平均附著系數約為0.95.記錄單圈耗時及車載傳感器數據.

模型車具有模式選擇功能.普通模式下，控制系統不介入，模型車相當于普通車輛；主動轉矩分配模式下，控制系統介入.在不同模式下進行對比試驗，通過試驗數據驗證本系統的有效性.圖12為模型車及轉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矩傳遞功能的后橋差速器結構示意圖.

3.3試驗結果

試驗數據表明，與普通模式相比，轉矩主動分配系統開啟時，車輛側向加速度及橫擺角速度偏差均得到修正，質心側偏角減小.道路試驗質心側偏角如圖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.試驗數據客觀地驗證了轉矩主動分配系統的有效性.

4結論

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

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