四轮独立驱动电动车抗侧向干扰研究

李宁　强大壮　舒丹丹　苏靖昕

摘要：针对研制的四轮独立驱动电动车，进行直线行驶试验。通过在车辆左右两侧车轮等量增减驱动力，产生回正力矩来抵抗侧向力矩。在道路试验的基础上，运用Adams软件进行了运动仿真，为实际运用提供一定参考。

关键词：四轮独立驱动电动车；侧向干扰；道路试验；直线行驶；驱动力 文献标识码：A

中图分类号：U469 文章编号：1009-2374（2017）01-0014-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.007

1 概述

四轮独立驱动的车辆能够单独改变各个车轮驱动力，从而使车辆具备比前轮驱动车辆行驶稳定性好的特性，因此为抗侧向干扰提供可能。在侧向风干扰的情况下，侧向力将产生绕质心的横摆力矩，改变车辆的原行驶路线，对行驶安全影响大，尤其是汽车在高速行驶时，侧向干扰对汽车操纵稳定性的影响更为重要。由于采用风洞进行侧风作用下汽车操纵稳定性试验有一定难度，国外大多数汽车公司和一些研究所多使用侧风装置模拟侧风，进行道路试验。为降低试验危险性及节约成本，目前对于侧向干扰的研究大多限于计算机模拟仿真。四轮独立驱动在侧向稳定性方面的研究也主要集中在提出控制算法及仿真分析，试验较少。本文基于前期研制的四轮独立驱动电动样车（每个车轮上有一驱动电机，通过改变各轮驱动电机的驱动电流可单独改变车轮的驱动力）基础上进行实验，通过在车体上不同位置施加集中力模拟侧向干扰，试验车辆行驶情况，并通过分别增减左右两侧驱动电机的驱动电流来抵抗侧向干扰产生的横摆力矩，实现样车的平稳直线行驶。

2 存在侧向力干扰时的实车试验

2.1 试验方法

选取一段平直路面，沿道路方向绘制纵向坐标，每隔5m处撒一层白粉，用于记录车轮印记。在车身上质心前1m、质心前0.5m、质心后0.5m及质心后1m与质心同高处做出标记，用于侧向干扰力的施加。为简化表达，取作用位置在质心前为正值，在质心后为负值。

试验前需保证各车轮完全摆正，车辆处于直线行驶姿态。起步加速至车速1.5m/s，维持此速度匀速直线行驶。依次在车身上各标记的点上施加不同侧向力，用压力计保证侧向力输入的稳定性，直至样车驶离测量区域。记录车辆在行驶区域内的车轮印记，用记录的坐标点绘制车辆行驶轨迹曲线，以此判断侧向力大小及其作用点位置对车辆行驶方向和跑偏程度的影响，同时记录行驶时各车轮的转速及各轮驱动电机的电流。

2.2 四轮等转矩时侧向干扰试验

四轮驱动力按等转矩分配，即四个车轮每个驱动电机的驱动电流相同。在车身标记点依次施加大小为150N、200N、250N、300N的侧向力，记录车辆行驶30m行驶区域内的行驶轨迹。

通过数据结果发现：当侧向作用力相同时，侧向作用力的作用点与车辆质心越远，则车辆跑偏量越大；当侧向作用力作用点不变时，车辆跑偏量随侧向作用力的增大而增加。在本试验中，车辆行驶距离较短，从数据结果看，跑偏量与横摆力矩近似成正比。

在保持行驶速度相同的基础上，侧向作用力越大，则车轮所需要的驱动电流也越大。例如，在质心前1m分别作用150N、200N、250N的侧向干扰力时，电机的平均电流分别为4.71A、4.80A、4.85A。由此可见，车辆在受到侧向干扰的情况下，阻力变大，为维持匀速行驶，所需的驱动力也变大。

2.3 改变四轮驱动力抗侧向干扰试验

根据理论计算分析，欲使车辆不跑偏，各车轮侧偏角应等于零，即各车轮侧偏力为零。当存在侧向干扰力矩的作用时，可以通过改变左右两侧车轮的驱动力来改变车轮纵向力，从而控制车辆跑偏量。

在四轮等转矩行驶驱动电流的基础上，分别在车辆右侧处施加侧向力，等量增减驱动电机电流，进行道路试验，试验结果见表1。

由试验结果对比可知，在样车右侧+1m处作用大小为150N的侧向干扰力时，四轮等转矩驱动行驶30m的跑偏量为400mm，当左右两侧车轮电机电流分别增减3.0A时，样车基本恢复直线行驶，如图1所示：

由此可见，在四轮等转矩分配驱动力的基础上，通过改变左右两侧车轮的驱动力，可以有效地抵抗侧向干扰力矩引起的跑偏问题。

同时，通过试验结果发现，如果用于抵抗侧向干扰的驱动力过大，会引起车辆反方向跑偏。例如在质心后0.5m处作用150N干扰力时，四轮等转矩驱动时，向右侧跑偏205mm，当左右两侧车轮电机电流分别增减2.0A时，车辆向左侧跑偏50mm。

结合四轮等转矩及改变四轮驱动力实验结果可知，当左右两侧车轮增减的驱动力产生的横向力矩等于侧向干扰力矩时，车辆不受侧向力矩影响，维持正常直线行驶。

3 运动仿真分析

为改善四轮独立驱动电动车抗侧向干扰的性能，并模拟试验无法完成的工况，根据样车参数运用ADAMS/View软件建立了样车仿真模型，模擬实车试验。

四轮等转矩模式下的侧向干扰仿真结果相对实车试验结果偏小，原因主要为仿真忽略了外界环境的影响。改变四轮驱动力抗侧向干况的仿真结果也与实车试验结果相近，误差值不大。

在此仿真基础上，为明确不同车速下侧向干扰对车辆行驶的影响，进行了仿真模型在不同速度下受到侧向干扰的工况仿真试验。在驱动力等转矩分配下，在质心前1m处作用大小为300N的侧向力，车速越高，在相同时间内，纵向行驶的位移越大，车辆跑偏也越严重，试验结果如图2所示。

同时，模拟了不同车速下改变左右两侧驱动力抵抗侧向干扰力的仿真试验，例如当车速为12.5m/s时，通过改变左右两侧车轮的驱动力，能抵抗侧向干扰的影响，维持正常行驶，如图3所示：

4 结语

（1）当车辆行驶时受到侧向干扰力时，通过改变两侧驱动力而产生的回正力矩，可以有效抵抗侧向力矩，若控制得当可维持车辆平稳行驶；（2）运用ADAMS软件模拟了侧向干扰力对车辆行驶的影响以及通过改变两侧车轮驱动力以抵抗侧向干扰的情况，能够为四轮独立驱动电动车稳定性的实际运用提供一定参考。

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作者简介：李宁（1984-），男，辽宁北票人，朝阳师范高等专科学校讲师，硕士，研究方向：新能源汽车；强大壮（1986-），男，辽宁朝阳人，朝阳师范高等专科学校讲师，硕士，研究方向：检测技术与自动化装置；舒丹丹（1987-），女，辽宁朝阳人，朝阳师范高等专科学校讲师，硕士，研究方向：控制理论与控制工程；苏靖昕（1989-），女，辽宁朝阳人，朝阳师范高等专科学校讲师，硕士，研究方向：生物纯化与检测。

（责任编辑：黄银芳）