汽車差動助力轉向系統數學建模

張錦欽　劉帥　蔣俊杰

摘 要：隨著能源枯竭和環境污染日益嚴重，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矩能夠獨立控制的優勢，成為了今后電動汽車發展的方向。本文在分析了電動輪差動助力轉向系統受力情況的基礎之上，建立了研究所必要的整車模型。

關鍵詞：電動輪汽車；轉向系統；受力

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

0 引言

自汽車出現以來，隨著其性能不斷提高，同時成本的不斷降低，汽車的應用越來越廣泛。但是，另一方面汽車工業也造成了嚴重的環境問題。因此，節能、環保的純電動汽車的研發及普及是當今社會的必然趨勢[1]。

電動輪驅動汽車利用左右車輪的輪轂電機輸出轉矩的不同，得到汽車的轉向功能；利用電動輪轂電機實現附加的轉角，從而得到主動轉向能力。通過控制左右輪轂電機，能夠實現差速轉向功能，提升傳統轉向系統的性能，減輕駕駛員勞動強度，提升汽車的操縱穩定性[2]。

1 數學建模

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時，坐標系原點o與汽車質心重合，x軸表示為汽車前進方向，y軸表示為汽車側面方向，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傾[3]。而本文考慮車輛的側傾對汽車轉向系統的影響，使用包含側傾的三自由度汽車模型，并對該模型作如下假設：

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

（2）考慮汽車只作繞x軸的旋轉運動，而不作其他的旋轉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向系統的影響；

（5）將汽車輪胎假設為剛性體。

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

首先確定汽車質心加速度在車輛坐標系上的分量。

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

2 結論

在閱讀和研究了相關文獻的基礎之上，建立整車考慮側傾的線性3POF的汽車模型，進行分析差動轉向系統的受力，建立轉向系統數學模型。

參考文獻：

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

[2]胡長健.電動輪驅動車輛的驅動力助力轉向技術研究[D].長春： 吉林大學，2008.

[3]王軍年.電動輪獨立驅動汽車差動助力轉向技術研究[D].長春： 吉林大學，2009.