四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車抗側(cè)向干擾研究

李寧　強(qiáng)大壯　舒丹丹　蘇靖昕

摘要：針對(duì)研制的四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車，進(jìn)行直線行駛試驗(yàn)。通過在車輛左右兩側(cè)車輪等量增減驅(qū)動(dòng)力，產(chǎn)生回正力矩來抵抗側(cè)向力矩。在道路試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Adams軟件進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，為實(shí)際運(yùn)用提供一定參考。

關(guān)鍵詞：四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車；側(cè)向干擾；道路試驗(yàn)；直線行駛；驅(qū)動(dòng)力 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U469 文章編號(hào)：1009-2374（2017）01-0014-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.007

1 概述

四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的車輛能夠單獨(dú)改變各個(gè)車輪驅(qū)動(dòng)力，從而使車輛具備比前輪驅(qū)動(dòng)車輛行駛穩(wěn)定性好的特性，因此為抗側(cè)向干擾提供可能。在側(cè)向風(fēng)干擾的情況下，側(cè)向力將產(chǎn)生繞質(zhì)心的橫擺力矩，改變車輛的原行駛路線，對(duì)行駛安全影響大，尤其是汽車在高速行駛時(shí)，側(cè)向干擾對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性的影響更為重要。由于采用風(fēng)洞進(jìn)行側(cè)風(fēng)作用下汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)有一定難度，國外大多數(shù)汽車公司和一些研究所多使用側(cè)風(fēng)裝置模擬側(cè)風(fēng)，進(jìn)行道路試驗(yàn)。為降低試驗(yàn)危險(xiǎn)性及節(jié)約成本，目前對(duì)于側(cè)向干擾的研究大多限于計(jì)算機(jī)模擬仿真。四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)在側(cè)向穩(wěn)定性方面的研究也主要集中在提出控制算法及仿真分析，試驗(yàn)較少。本文基于前期研制的四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)樣車（每個(gè)車輪上有一驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過改變各輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流可單獨(dú)改變車輪的驅(qū)動(dòng)力）基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過在車體上不同位置施加集中力模擬側(cè)向干擾，試驗(yàn)車輛行駛情況，并通過分別增減左右兩側(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流來抵抗側(cè)向干擾產(chǎn)生的橫擺力矩，實(shí)現(xiàn)樣車的平穩(wěn)直線行駛。

2 存在側(cè)向力干擾時(shí)的實(shí)車試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法

選取一段平直路面，沿道路方向繪制縱向坐標(biāo)，每隔5m處撒一層白粉，用于記錄車輪印記。在車身上質(zhì)心前1m、質(zhì)心前0.5m、質(zhì)心后0.5m及質(zhì)心后1m與質(zhì)心同高處做出標(biāo)記，用于側(cè)向干擾力的施加。為簡化表達(dá)，取作用位置在質(zhì)心前為正值，在質(zhì)心后為負(fù)值。

試驗(yàn)前需保證各車輪完全擺正，車輛處于直線行駛姿態(tài)。起步加速至車速1.5m/s，維持此速度勻速直線行駛。依次在車身上各標(biāo)記的點(diǎn)上施加不同側(cè)向力，用壓力計(jì)保證側(cè)向力輸入的穩(wěn)定性，直至樣車駛離測量區(qū)域。記錄車輛在行駛區(qū)域內(nèi)的車輪印記，用記錄的坐標(biāo)點(diǎn)繪制車輛行駛軌跡曲線，以此判斷側(cè)向力大小及其作用點(diǎn)位置對(duì)車輛行駛方向和跑偏程度的影響，同時(shí)記錄行駛時(shí)各車輪的轉(zhuǎn)速及各輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流。

2.2 四輪等轉(zhuǎn)矩時(shí)側(cè)向干擾試驗(yàn)

四輪驅(qū)動(dòng)力按等轉(zhuǎn)矩分配，即四個(gè)車輪每個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流相同。在車身標(biāo)記點(diǎn)依次施加大小為150N、200N、250N、300N的側(cè)向力，記錄車輛行駛30m行駛區(qū)域內(nèi)的行駛軌跡。

通過數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)側(cè)向作用力相同時(shí)，側(cè)向作用力的作用點(diǎn)與車輛質(zhì)心越遠(yuǎn)，則車輛跑偏量越大；當(dāng)側(cè)向作用力作用點(diǎn)不變時(shí)，車輛跑偏量隨側(cè)向作用力的增大而增加。在本試驗(yàn)中，車輛行駛距離較短，從數(shù)據(jù)結(jié)果看，跑偏量與橫擺力矩近似成正比。

在保持行駛速度相同的基礎(chǔ)上，側(cè)向作用力越大，則車輪所需要的驅(qū)動(dòng)電流也越大。例如，在質(zhì)心前1m分別作用150N、200N、250N的側(cè)向干擾力時(shí)，電機(jī)的平均電流分別為4.71A、4.80A、4.85A。由此可見，車輛在受到側(cè)向干擾的情況下，阻力變大，為維持勻速行駛，所需的驅(qū)動(dòng)力也變大。

2.3 改變四輪驅(qū)動(dòng)力抗側(cè)向干擾試驗(yàn)

根據(jù)理論計(jì)算分析，欲使車輛不跑偏，各車輪側(cè)偏角應(yīng)等于零，即各車輪側(cè)偏力為零。當(dāng)存在側(cè)向干擾力矩的作用時(shí)，可以通過改變左右兩側(cè)車輪的驅(qū)動(dòng)力來改變車輪縱向力，從而控制車輛跑偏量。

在四輪等轉(zhuǎn)矩行駛驅(qū)動(dòng)電流的基礎(chǔ)上，分別在車輛右側(cè)處施加側(cè)向力，等量增減驅(qū)動(dòng)電機(jī)電流，進(jìn)行道路試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

由試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可知，在樣車右側(cè)+1m處作用大小為150N的側(cè)向干擾力時(shí)，四輪等轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)行駛30m的跑偏量為400mm，當(dāng)左右兩側(cè)車輪電機(jī)電流分別增減3.0A時(shí)，樣車基本恢復(fù)直線行駛，如圖1所示：

由此可見，在四輪等轉(zhuǎn)矩分配驅(qū)動(dòng)力的基礎(chǔ)上，通過改變左右兩側(cè)車輪的驅(qū)動(dòng)力，可以有效地抵抗側(cè)向干擾力矩引起的跑偏問題。

同時(shí)，通過試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果用于抵抗側(cè)向干擾的驅(qū)動(dòng)力過大，會(huì)引起車輛反方向跑偏。例如在質(zhì)心后0.5m處作用150N干擾力時(shí)，四輪等轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)時(shí)，向右側(cè)跑偏205mm，當(dāng)左右兩側(cè)車輪電機(jī)電流分別增減2.0A時(shí)，車輛向左側(cè)跑偏50mm。

結(jié)合四輪等轉(zhuǎn)矩及改變四輪驅(qū)動(dòng)力實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)左右兩側(cè)車輪增減的驅(qū)動(dòng)力產(chǎn)生的橫向力矩等于側(cè)向干擾力矩時(shí)，車輛不受側(cè)向力矩影響，維持正常直線行駛。

3 運(yùn)動(dòng)仿真分析

為改善四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車抗側(cè)向干擾的性能，并模擬試驗(yàn)無法完成的工況，根據(jù)樣車參數(shù)運(yùn)用ADAMS/View軟件建立了樣車仿真模型，模擬實(shí)車試驗(yàn)。

四輪等轉(zhuǎn)矩模式下的側(cè)向干擾仿真結(jié)果相對(duì)實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果偏小，原因主要為仿真忽略了外界環(huán)境的影響。改變四輪驅(qū)動(dòng)力抗側(cè)向干況的仿真結(jié)果也與實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果相近，誤差值不大。

在此仿真基礎(chǔ)上，為明確不同車速下側(cè)向干擾對(duì)車輛行駛的影響，進(jìn)行了仿真模型在不同速度下受到側(cè)向干擾的工況仿真試驗(yàn)。在驅(qū)動(dòng)力等轉(zhuǎn)矩分配下，在質(zhì)心前1m處作用大小為300N的側(cè)向力，車速越高，在相同時(shí)間內(nèi)，縱向行駛的位移越大，車輛跑偏也越嚴(yán)重，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

同時(shí)，模擬了不同車速下改變左右兩側(cè)驅(qū)動(dòng)力抵抗側(cè)向干擾力的仿真試驗(yàn)，例如當(dāng)車速為12.5m/s時(shí)，通過改變左右兩側(cè)車輪的驅(qū)動(dòng)力，能抵抗側(cè)向干擾的影響，維持正常行駛，如圖3所示：

4 結(jié)語

（1）當(dāng)車輛行駛時(shí)受到側(cè)向干擾力時(shí)，通過改變兩側(cè)驅(qū)動(dòng)力而產(chǎn)生的回正力矩，可以有效抵抗側(cè)向力矩，若控制得當(dāng)可維持車輛平穩(wěn)行駛；（2）運(yùn)用ADAMS軟件模擬了側(cè)向干擾力對(duì)車輛行駛的影響以及通過改變兩側(cè)車輪驅(qū)動(dòng)力以抵抗側(cè)向干擾的情況，能夠?yàn)樗妮啰?dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車穩(wěn)定性的實(shí)際運(yùn)用提供一定參考。

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作者簡介：李寧（1984-），男，遼寧北票人，朝陽師范高等專科學(xué)校講師，碩士，研究方向：新能源汽車；強(qiáng)大壯（1986-），男，遼寧朝陽人，朝陽師范高等專科學(xué)校講師，碩士，研究方向：檢測技術(shù)與自動(dòng)化裝置；舒丹丹（1987-），女，遼寧朝陽人，朝陽師范高等?？茖W(xué)校講師，碩士，研究方向：控制理論與控制工程；蘇靖昕（1989-），女，遼寧朝陽人，朝陽師范高等?？茖W(xué)校講師，碩士，研究方向：生物純化與檢測。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）