李寧　強大壯　舒丹丹　蘇靖昕

摘要：針對研制的四輪獨立驅(qū)動電動車，進行直線行駛試驗。通過在車輛左右兩側(cè)車輪等量增減驅(qū)動力，產(chǎn)生回正力矩來抵抗側(cè)向力矩。在道路試驗的基礎(chǔ)上，運用Adams軟件進行了運動仿真，為實際運用提供一定參考。

關(guān)鍵詞：四輪獨立驅(qū)動電動車；側(cè)向干擾；道路試驗；直線行駛；驅(qū)動力 文獻標識碼：A

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

1 概述

四輪獨立驅(qū)動的車輛能夠單獨改變各個車輪驅(qū)動力，從而使車輛具備比前輪驅(qū)動車輛行駛穩(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，對行駛安全影響大，尤其是汽車在高速行駛時，側(cè)向干擾對汽車操縱穩(wěn)定性的影響更為重要。由于采用風洞進行側(cè)風作用下汽車操縱穩(wěn)定性試驗有一定難度，國外大多數(shù)汽車公司和一些研究所多使用側(cè)風裝置模擬側(cè)風，進行道路試驗。為降低試驗危險性及節(jié)約成本，目前對于側(cè)向干擾的研究大多限于計算機模擬仿真。四輪獨立驅(qū)動在側(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，試驗較少。本文基于前期研制的四輪獨立驅(qū)動電動樣車（每個車輪上有一驅(qū)動電機，通過改變各輪驅(qū)動電機的驅(qū)動電流可單獨改變車輪的驅(qū)動力）基礎(chǔ)上進行實驗，通過在車體上不同位置施加集中力模擬側(cè)向干擾，試驗車輛行駛情況，并通過分別增減左右兩側(cè)驅(qū)動電機的驅(qū)動電流來抵抗側(cè)向干擾產(chǎn)生的橫擺力矩，實現(xiàn)樣車的平穩(wěn)直線行駛。

2 存在側(cè)向力干擾時的實車試驗

2.1 試驗方法

選取一段平直路面，沿道路方向繪制縱向坐標，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)心同高處做出標記，用于側(cè)向干擾力的施加。為簡化表達，取作用位置在質(zhì)心前為正值，在質(zhì)心后為負值。

試驗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。依次在車身上各標記的點上施加不同側(cè)向力，用壓力計保證側(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，用記錄的坐標點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位置對車輛行駛方向和跑偏程度的影響，同時記錄行駛時各車輪的轉(zhuǎn)速及各輪驅(qū)動電機的電流。

2.2 四輪等轉(zhuǎn)矩時側(cè)向干擾試驗

四輪驅(qū)動力按等轉(zhuǎn)矩分配，即四個車輪每個驅(qū)動電機的驅(qū)動電流相同。在車身標記點依次施加大小為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)：當側(cè)向作用力相同時，側(cè)向作用力的作用點與車輛質(zhì)心越遠，則車輛跑偏量越大；當側(cè)向作用力作用點不變時，車輛跑偏量隨側(cè)向作用力的增大而增加。在本試驗中，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，電機的平均電流分別為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)動力也變大。

2.3 改變四輪驅(qū)動力抗側(cè)向干擾試驗

根據(jù)理論計算分析，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。當存在側(cè)向干擾力矩的作用時，可以通過改變左右兩側(cè)車輪的驅(qū)動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)動電機電流，進行道路試驗，試驗結(jié)果見表1。

由試驗結(jié)果對比可知，在樣車右側(cè)+1m處作用大小為150N的側(cè)向干擾力時，四輪等轉(zhuǎn)矩驅(qū)動行駛30m的跑偏量為400mm，當左右兩側(cè)車輪電機電流分別增減3.0A時，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)動力的基礎(chǔ)上，通過改變左右兩側(cè)車輪的驅(qū)動力，可以有效地抵抗側(cè)向干擾力矩引起的跑偏問題。

同時，通過試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果用于抵抗側(cè)向干擾的驅(qū)動力過大，會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，四輪等轉(zhuǎn)矩驅(qū)動時，向右側(cè)跑偏205mm，當左右兩側(cè)車輪電機電流分別增減2.0A時，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)動力實驗結(jié)果可知，當左右兩側(cè)車輪增減的驅(qū)動力產(chǎn)生的橫向力矩等于側(cè)向干擾力矩時，車輛不受側(cè)向力矩影響，維持正常直線行駛。

3 運動仿真分析

為改善四輪獨立驅(qū)動電動車抗側(cè)向干擾的性能，并模擬試驗無法完成的工況，根據(jù)樣車參數(shù)運用ADAMS/View軟件建立了樣車仿真模型，模擬實車試驗。

四輪等轉(zhuǎn)矩模式下的側(cè)向干擾仿真結(jié)果相對實車試驗結(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)動力抗側(cè)向干況的仿真結(jié)果也與實車試驗結(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)向干擾對車輛行駛的影響，進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。在驅(qū)動力等轉(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，在相同時間內(nèi)，縱向行駛的位移越大，車輛跑偏也越嚴重，試驗結(jié)果如圖2所示。

同時，模擬了不同車速下改變左右兩側(cè)驅(qū)動力抵抗側(cè)向干擾力的仿真試驗，例如當車速為12.5m/s時，通過改變左右兩側(cè)車輪的驅(qū)動力，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）當車輛行駛時受到側(cè)向干擾力時，通過改變兩側(cè)驅(qū)動力而產(chǎn)生的回正力矩，可以有效抵抗側(cè)向力矩，若控制得當可維持車輛平穩(wěn)行駛；（2）運用ADAMS軟件模擬了側(cè)向干擾力對車輛行駛的影響以及通過改變兩側(cè)車輪驅(qū)動力以抵抗側(cè)向干擾的情況，能夠為四輪獨立驅(qū)動電動車穩(wěn)定性的實際運用提供一定參考。

參考文獻

[1] Juhlinab，Magnus.Aerodynamic loads on buses due

to crosswind gusts-on-road measurements[A].IAVSD，

Berkeley，CA，United states，CSREA Press[C].2008.

[2] 許振華，吳憲，于曉軍.燃料電池汽車側(cè)風穩(wěn)定性預(yù)

測[J].計算機輔助工程，2008，17（1）.

[3] 趙明慧，王連東，馬雷，等.四輪獨立驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)

向電動試驗樣車的研制[J].中國機械工程，2009，20

（13）.

[4] 劉超.四輪獨立驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向電動汽車的底盤總成研

制及試驗[D].燕山大學(xué)，2008.

[5] 安娜.四輪獨立驅(qū)動四輪轉(zhuǎn)向電動汽車的電氣總成研

制及試驗[D].燕山大學(xué)，2008.

作者簡介：李寧（1984-），男，遼寧北票人，朝陽師范高等?？茖W(xué)校講師，碩士，研究方向：新能源汽車；強大壯（1986-），男，遼寧朝陽人，朝陽師范高等?？茖W(xué)校講師，碩士，研究方向：檢測技術(shù)與自動化裝置；舒丹丹（1987-），女，遼寧朝陽人，朝陽師范高等專科學(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。

（責任編輯：黃銀芳）