转矩主动分配系统理论研究与模型试验

武剑 孙涛++郝景贤

摘要： 对四轮驱动车辆侧向动力学性能进行了研究，设计了一款具有前、后桥转矩分配及左、右后轮转矩传递功能的四轮转矩主动分配系统.与基于制动力分配的车辆稳定系统不同，转矩主动分配系统可在不影响车辆纵向动力学性能的前提下提升车辆转向时的稳定性.同时，转矩主动分配系统介入时不会使驾驶员因感到车辆动态突变而产生误操作，从而进一步提升车辆稳定性.设计了控制器并采集车辆状态信息，控制前、后桥转矩分配比例及左、右后轮间的转矩传递量.为了进一步验证转矩主动分配系统的有效性，根据Buckingham Pi定理设计制作了比例模型车并进行了试验.试验结果表明，与配有全开放式差速器的普通四轮驱动车辆相比，配备转矩主动分配系统的车辆具有更好的转向特性及侧向动力学性能.

关键词：

四轮驱动； 矢量转矩； 转矩分配； 量纲分析； 模型试验

中图分类号： U 461.6文献标志码： A

目前应用较为广泛的四驱系统是基于电子稳定系统（ESP）及开放式行星齿轮差速器的转矩主动控制系统.这类系统成本低廉，但制动系统的介入对车辆纵向动力学性能及驾驶员的驾驶感受造成了一定的负面影響.

文献[1]提供了一种基于前轮驱动车辆的转矩主动控制系统，其前、后桥转矩分配比例在100∶0至50∶50连续可变，能够对车辆转向过度进行修正，但该系统对车辆转向不足的修正能力有限.

文献[2]提供了一种基于主动中央差速器的转矩分配系统，该系统能够更大幅度地调节前后桥间转矩分配比例，从而使车辆的操纵稳定性得到进一步提升.

文献[3]提供了一种主动横摆控制系统（AYC），使驱动桥产生主动横摆力矩，直接、有效地改善车辆转向特性.

相较于国外，国内对乘用车四轮驱动系统及转矩主动分配系统研究工作起步较晚，且目前已有的转矩主动控制系统多基于制动控制或前轮驱动汽车平台，其对车辆稳定性的提升有限[4-5].本文通过对车辆侧向动力学的研究，将主动中央差速器与后桥轮间转矩传递系统相结合，通过对前、后桥转矩分配比例及后桥横摆力矩的控制，大幅提升车辆转向时的操控稳定性，为自主研发新型转矩分配控制系统提供参考.

3比例模型车试验

为了进一步证实转矩主动分配系统的有效性，本文根据Buckingham Pi理论制作了比例为1∶6模型车并进行试验.

3.1动力学等效性

量纲分析法指出，对于某物理现象，若两个由微分方程描述的物理系统对应的无量纲数Π相等，那么两个物理系统的微分方程具有相同解.模型车和实车的基本参数如表1所示.

模型车与实车的无量纲项偏差较小，可认为模型车与实车在动力学上等效.

3.2试验方案

在较为平整的场地用桩桶搭建试验路线，路面平均附着系数约为0.95.记录单圈耗时及车载传感器数据.

模型车具有模式选择功能.普通模式下，控制系统不介入，模型车相当于普通车辆；主动转矩分配模式下，控制系统介入.在不同模式下进行对比试验，通过试验数据验证本系统的有效性.图12为模型车及转矩主动分配控制模块，图13、14分别为模型车主动分动器和带有轮间转矩传递功能的后桥差速器结构示意图.

3.3试验结果

试验数据表明，与普通模式相比，转矩主动分配系统开启时，车辆侧向加速度及横摆角速度偏差均得到修正，质心侧偏角减小.道路试验质心侧偏角如图15所示，图中横坐标D表示模型车行驶距离.由于操控稳定性的提升，使车辆单圈耗时减少，五圈总耗时较普通模式缩短16.9 s，模型车道路测试单圈时间如表3所示.试验数据客观地验证了转矩主动分配系统的有效性.

4结论

本文研究了四轮驱动车辆转向工况侧向动力学性能，设计了一款具有前、后桥转矩分配及左、右后轮转矩传递功能的四轮转矩主动分配系统，运用Carsim软件仿真确定控制器参数，并根据Buckingham Pi定理设计制作了模型车，并通过试验验证了该转矩主动分配系统提升车辆侧向动力学性能的有效性，为设计新型转矩主动分配系统提供了参考.

参考文献：

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