扭矩矢量控制四驅(qū)系統(tǒng)的車輛動態(tài)性能研究

王 丹

（同濟大學(xué)，上海 201804）

扭矩矢量控制四驅(qū)系統(tǒng)的車輛動態(tài)性能研究

王 丹

（同濟大學(xué)，上海 201804）

文章介紹了扭矩矢量控制四驅(qū)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及工作原理，以某SUV為對象，研究了該系統(tǒng)作用下的車輛動態(tài)表現(xiàn)，結(jié)果表明該系統(tǒng)可以通過調(diào)整后橋左右輸出扭矩，主動改善車輛動態(tài)性能，提高車輛行駛時的操控性和機動性。

扭矩矢量控制；四驅(qū)系統(tǒng)；動態(tài)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

常見的四驅(qū)系統(tǒng)有分時四驅(qū)、全時四驅(qū)和適時四驅(qū)，其中以適時四驅(qū)應(yīng)用最為廣泛。這類四驅(qū)系統(tǒng)基于前驅(qū)平臺，增加分動器和后橋等部件，適時將扭矩分配到后輪，滿足機動性和操控性的要求。適時四驅(qū)系統(tǒng)重量較輕且成本可控，受到大多數(shù)主機廠和消費者的青睞。

市場上常見的適時四驅(qū)系統(tǒng)，大多是縱置離合器布置，將扭矩控制單元裝在縱向傳動軸和后主減之間，根據(jù)車輛工況和駕駛意圖，自動分配前、后橋的扭矩，改善車輛操控性能[1]。扭矩矢量控制四驅(qū)系統(tǒng)是在離合器縱置的基礎(chǔ)上升級而來的，它采用橫置離合器布置，將扭矩控制單元對置安裝在主減和后驅(qū)動半軸之間，不僅可調(diào)整前后橋的扭矩，還可以實現(xiàn)后橋兩側(cè)車輪上的扭矩動態(tài)分配，使車輛的機動性和操控性得到顯著提升，可以稱為適時四驅(qū)的高階版本。

1、扭矩矢量控制四驅(qū)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

扭矩矢量控制四驅(qū)系統(tǒng)以路虎某SUV為典型代表，扭矩矢量控制的核心是集成雙離合器的后驅(qū)動單元，ECU通過液壓機構(gòu)可獨立控制雙側(cè)的離合器[1]。該系統(tǒng)的后橋輸出兩側(cè)分別安裝了離合器，可通過摩擦片吸收轉(zhuǎn)速差，故取消了差速器，系統(tǒng)重量更輕。

配備扭矩矢量控制四驅(qū)系統(tǒng)的車輛，在穩(wěn)態(tài)工況下采用前輪驅(qū)動。當(dāng)車輛處在起步、加速、轉(zhuǎn)向等瞬態(tài)工況，或者路面附著系數(shù)低易造成打滑時，扭矩矢量控制四驅(qū)系統(tǒng)將主動介入，切換到四驅(qū)模式。影響扭矩分配的整車參數(shù)包括：車速、輪速、發(fā)動機扭矩、檔位、節(jié)氣門開度、方向盤轉(zhuǎn)角、環(huán)境溫度，等等，四驅(qū)系統(tǒng)ECU將根據(jù)這些信號輸入，自動調(diào)整前、后橋之間和后橋左、右兩側(cè)車間之間的扭矩分配，對車輛動態(tài)性能加以改善，提高操控性和機動性。

2、扭矩矢量控制四驅(qū)系統(tǒng)的工作原理及動態(tài)性能

本文基于常見的轉(zhuǎn)向和低附路面工況，研究扭矩矢量控制四驅(qū)系統(tǒng)對車輛操控性和機動性的影響。

2.1 扭矩矢量控制四驅(qū)系統(tǒng)對轉(zhuǎn)向不足的改善

前驅(qū)車以一定的速度轉(zhuǎn)向時，其轉(zhuǎn)向不足的特點會使車輛產(chǎn)生沖出彎道的趨勢，且車速越高這一趨勢越明顯。車輛出彎時，駕駛員往往要踩下油門提高車速，為了避免車輛沖出彎道發(fā)生事故，還需要增加方向盤轉(zhuǎn)角，來維持適當(dāng)?shù)能囕v轉(zhuǎn)彎半徑，這增加了駕駛的難度，也降低了駕駛的樂趣。扭矩矢量控制四驅(qū)系統(tǒng)可以通過主動轉(zhuǎn)向來改善車輛的轉(zhuǎn)向不足，該系統(tǒng)首先將動力總成輸出的一部分扭矩傳遞到后橋，再通過后橋兩側(cè)離合器的獨立控制，將較多的扭矩分配到外側(cè)的后輪，使車身的橫擺角加大，維持所需的轉(zhuǎn)彎半徑，幫助車輛順利過彎。

2.2 扭矩矢量控制四驅(qū)系統(tǒng)對轉(zhuǎn)向過度的抑制

車輛制動時，質(zhì)心前移導(dǎo)致后輪可承受的側(cè)向力減小，會導(dǎo)致后輪側(cè)滑發(fā)生轉(zhuǎn)向過度。高速行駛的車輛緊急變線或者匝道緊急制動時都可能發(fā)生，路面附著系數(shù)低的時候尤其容易引發(fā)轉(zhuǎn)向過度，車輛失穩(wěn)后還有可能引起駕駛員誤操縱，加重車輛的不穩(wěn)定[2]。不少發(fā)生在高速公路上的事故都是如此，轉(zhuǎn)向過度危害大，須盡可能避免其發(fā)生，保證行車安全。對該四驅(qū)系統(tǒng)分別在激活和斷開狀態(tài)下做以下工況的模擬測試：車輛加速至120km/h，然后松開油門并將方向盤轉(zhuǎn)90°，測量車輛的橫擺角，。

扭矩矢量控制四驅(qū)系統(tǒng)激活后，可在偵測到車輛即將發(fā)生側(cè)滑時及時響應(yīng)，調(diào)整對置的離合器嚙合程度來改變驅(qū)動輪的扭矩分配，迅速將車輛的橫擺角降低到安全范圍內(nèi)，糾正車身姿態(tài)，保證行車安全。

2.3 扭矩矢量控制四驅(qū)系統(tǒng)對機動性的優(yōu)化

當(dāng)車輛行駛在兩側(cè)附著系數(shù)不同的路面（如一側(cè)為瀝青路面一側(cè)為冰雪路面）上時，一旦低附側(cè)的車輪出現(xiàn)打滑，傳統(tǒng)配置縱置離合器和開放式差速器的四驅(qū)系統(tǒng)將會啟動ESP系統(tǒng)來制動打滑的車輪，試圖將扭矩傳遞至高附一側(cè)的車輪，這種情況下，后橋50%的扭矩將在打滑的車輪上以熱量的形式浪費掉。如果打滑沒有明顯得到改善，TCS系統(tǒng)還會介入，降低發(fā)動機輸出扭矩來減少打滑，幫助車輛脫困，這一過程會降低駕駛感受。對配置該四驅(qū)系統(tǒng)的車輛在兩側(cè)附著系數(shù)不同的路面上模擬起步，坡度為20%，檢測后橋兩側(cè)車輪的扭矩和轉(zhuǎn)速。

實測高附側(cè)的扭矩約為1300Nm，低附側(cè)的扭矩約為250Nm，可以看出扭矩矢量控制四驅(qū)系統(tǒng)將扭矩更多地分配給附著系數(shù)較高的一側(cè)車輪上，使車輛機更容易脫困。

3、結(jié)論

本文以某城市SUV為對象，介紹扭矩矢量控制四驅(qū)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，并研究了該系統(tǒng)對車輛動態(tài)性能的影響，結(jié)果表明扭矩矢量控制四驅(qū)系統(tǒng)可以通過自動調(diào)整前后橋以及后橋兩側(cè)輸出扭矩分配比例，改善車輛的操控性穩(wěn)定性和機動性。該系統(tǒng)可以提高行車安全，增強車輛駕駛樂趣，對關(guān)注駕乘感受的消費者有較強吸引力，具有較好的市場前景。

[1] 胡世宇. Haldex離合器與四輪驅(qū)動[C]. 2011西部汽車產(chǎn)業(yè)學(xué)術(shù)論壇暨四川省第十屆汽車學(xué)術(shù)年會論文集[C]，2011:78-80.

[2] 鄭永. 2014款路虎極光主動傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理（上）[J]. 汽車維修技師，2014,6:40.

[3] 劉志潘. 汽車轉(zhuǎn)彎制動控制策略研究[D]. 吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文，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，就職于同濟大學(xué)，汽車傳動系統(tǒng)開發(fā)。