扭矩矢量控制四驱系统的车辆动态性能研究

王 丹

（同济大学，上海 201804）

扭矩矢量控制四驱系统的车辆动态性能研究

王 丹

（同济大学，上海 201804）

文章介绍了扭矩矢量控制四驱系统的结构以及工作原理，以某SUV为对象，研究了该系统作用下的车辆动态表现，结果表明该系统可以通过调整后桥左右输出扭矩，主动改善车辆动态性能，提高车辆行驶时的操控性和机动性。

扭矩矢量控制；四驱系统；动态性能

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

常见的四驱系统有分时四驱、全时四驱和适时四驱，其中以适时四驱应用最为广泛。这类四驱系统基于前驱平台，增加分动器和后桥等部件，适时将扭矩分配到后轮，满足机动性和操控性的要求。适时四驱系统重量较轻且成本可控，受到大多数主机厂和消费者的青睐。

市场上常见的适时四驱系统，大多是纵置离合器布置，将扭矩控制单元装在纵向传动轴和后主减之间，根据车辆工况和驾驶意图，自动分配前、后桥的扭矩，改善车辆操控性能[1]。扭矩矢量控制四驱系统是在离合器纵置的基础上升级而来的，它采用横置离合器布置，将扭矩控制单元对置安装在主减和后驱动半轴之间，不仅可调整前后桥的扭矩，还可以实现后桥两侧车轮上的扭矩动态分配，使车辆的机动性和操控性得到显著提升，可以称为适时四驱的高阶版本。

1、扭矩矢量控制四驱系统的结构

扭矩矢量控制四驱系统以路虎某SUV为典型代表，扭矩矢量控制的核心是集成双离合器的后驱动单元，ECU通过液压机构可独立控制双侧的离合器[1]。该系统的后桥输出两侧分别安装了离合器，可通过摩擦片吸收转速差，故取消了差速器，系统重量更轻。

配备扭矩矢量控制四驱系统的车辆，在稳态工况下采用前轮驱动。当车辆处在起步、加速、转向等瞬态工况，或者路面附着系数低易造成打滑时，扭矩矢量控制四驱系统将主动介入，切换到四驱模式。影响扭矩分配的整车参数包括：车速、轮速、发动机扭矩、档位、节气门开度、方向盘转角、环境温度，等等，四驱系统ECU将根据这些信号输入，自动调整前、后桥之间和后桥左、右两侧车间之间的扭矩分配，对车辆动态性能加以改善，提高操控性和机动性。

2、扭矩矢量控制四驱系统的工作原理及动态性能

本文基于常见的转向和低附路面工况，研究扭矩矢量控制四驱系统对车辆操控性和机动性的影响。

2.1 扭矩矢量控制四驱系统对转向不足的改善

前驱车以一定的速度转向时，其转向不足的特点会使车辆产生冲出弯道的趋势，且车速越高这一趋势越明显。车辆出弯时，驾驶员往往要踩下油门提高车速，为了避免车辆冲出弯道发生事故，还需要增加方向盘转角，来维持适当的车辆转弯半径，这增加了驾驶的难度，也降低了驾驶的乐趣。扭矩矢量控制四驱系统可以通过主动转向来改善车辆的转向不足，该系统首先将动力总成输出的一部分扭矩传递到后桥，再通过后桥两侧离合器的独立控制，将较多的扭矩分配到外侧的后轮，使车身的横摆角加大，维持所需的转弯半径，帮助车辆顺利过弯。

2.2 扭矩矢量控制四驱系统对转向过度的抑制

车辆制动时，质心前移导致后轮可承受的侧向力减小，会导致后轮侧滑发生转向过度。高速行驶的车辆紧急变线或者匝道紧急制动时都可能发生，路面附着系数低的时候尤其容易引发转向过度，车辆失稳后还有可能引起驾驶员误操纵，加重车辆的不稳定[2]。不少发生在高速公路上的事故都是如此，转向过度危害大，须尽可能避免其发生，保证行车安全。对该四驱系统分别在激活和断开状态下做以下工况的模拟测试：车辆加速至120km/h，然后松开油门并将方向盘转90°，测量车辆的横摆角，。

扭矩矢量控制四驱系统激活后，可在侦测到车辆即将发生侧滑时及时响应，调整对置的离合器啮合程度来改变驱动轮的扭矩分配，迅速将车辆的横摆角降低到安全范围内，纠正车身姿态，保证行车安全。

2.3 扭矩矢量控制四驱系统对机动性的优化

当车辆行驶在两侧附着系数不同的路面（如一侧为沥青路面一侧为冰雪路面）上时，一旦低附侧的车轮出现打滑，传统配置纵置离合器和开放式差速器的四驱系统将会启动ESP系统来制动打滑的车轮，试图将扭矩传递至高附一侧的车轮，这种情况下，后桥50%的扭矩将在打滑的车轮上以热量的形式浪费掉。如果打滑没有明显得到改善，TCS系统还会介入，降低发动机输出扭矩来减少打滑，帮助车辆脱困，这一过程会降低驾驶感受。对配置该四驱系统的车辆在两侧附着系数不同的路面上模拟起步，坡度为20%，检测后桥两侧车轮的扭矩和转速。

实测高附侧的扭矩约为1300Nm，低附侧的扭矩约为250Nm，可以看出扭矩矢量控制四驱系统将扭矩更多地分配给附着系数较高的一侧车轮上，使车辆机更容易脱困。

3、结论

本文以某城市SUV为对象，介绍扭矩矢量控制四驱系统的结构和工作原理，并研究了该系统对车辆动态性能的影响，结果表明扭矩矢量控制四驱系统可以通过自动调整前后桥以及后桥两侧输出扭矩分配比例，改善车辆的操控性稳定性和机动性。该系统可以提高行车安全，增强车辆驾驶乐趣，对关注驾乘感受的消费者有较强吸引力，具有较好的市场前景。

[1] 胡世宇. Haldex离合器与四轮驱动[C]. 2011西部汽车产业学术论坛暨四川省第十届汽车学术年会论文集[C]，2011:78-80.

[2] 郑永. 2014款路虎极光主动传动系统结构及工作原理（上）[J]. 汽车维修技师，2014,6:40.

[3] 刘志潘. 汽车转弯制动控制策略研究[D]. 吉林大学硕士学位论文，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，就职于同济大学，汽车传动系统开发。