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        多種工況下四驅(qū)汽車扭矩分配仿真分析

        2019-09-10 07:22:44續(xù)開軒韓學(xué)輝

        續(xù)開軒 韓學(xué)輝

        【摘 要】 通過對(duì)四驅(qū)汽車扭矩分配的特性分析,發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的前后軸扭矩的理想分配方式忽略了不同工況下的扭矩分配需求,對(duì)于四輪驅(qū)動(dòng)方式,需要考慮汽車加速或坡路行駛時(shí)軸荷變化以及再生制動(dòng)對(duì)扭矩分配的要求。本文針對(duì)平坦路面勻速行駛工況、坡路勻速行駛工況、平坦路面加速工況三種不同工況展開分析。針對(duì)不同工況計(jì)算其理想扭矩分配所需獲取的信息,并采用車輛動(dòng)力學(xué)仿真軟件veDYNA對(duì)不同行駛工況進(jìn)行仿真,得到了車輛縱向車速、輪胎附著率、縱向滑移率和橫向滑移率。通過對(duì)不同工況下仿真分析,得到前后軸扭矩分配除了受到車輛加速和坡路行駛的影響,還會(huì)受到電機(jī)外特性的約束,進(jìn)而得到不同工況下扭矩最優(yōu)的分配方式。

        【關(guān)鍵詞】 四驅(qū)汽車;扭矩分配;操縱穩(wěn)定性

        【中圖分類號(hào)】 U461.6 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

        【文章編號(hào)】 2096-4102(2019)06-0093-03

        四輪驅(qū)動(dòng)汽車研究重心已經(jīng)從過去只注重動(dòng)力,逐步轉(zhuǎn)變成提高整車操縱穩(wěn)定性、駕駛安全。國內(nèi)外學(xué)者也對(duì)此做出了重要貢獻(xiàn)。但大多數(shù)研究成果都是在一種工況條件下完成的,考慮生活中常見的各種工況的研究并不多見。為此本文針對(duì)四種不同工況展開分析,并且采用車輛動(dòng)力學(xué)仿真軟件對(duì)不同行駛工況進(jìn)行仿真,從而得到不同工況下扭矩最優(yōu)的分配方式。

        1扭矩分配模型

        1.1整車數(shù)學(xué)模型

        車輛行駛過程受力如圖1所示,其中符號(hào)意義如表1所示。

        車輛行駛過程中前后軸車輪縱向力為:

        其中,uf為前軸車輪附著率,ur為后軸車輪附著率。驅(qū)動(dòng)以及制動(dòng)時(shí)前后輪與地面接觸點(diǎn)的垂直載荷Fzr滿足如下關(guān)系:

        1.2控制策略

        坡路行駛時(shí),需考慮車輛坡路行駛時(shí)重力加速度對(duì)后軸產(chǎn)生的分量。并且對(duì)于四驅(qū)方式,要考慮車輛加速或坡路行駛時(shí)軸荷變化。為了得到不同工況下扭矩分配計(jì)算公式重寫公式(6)和(7)

        車輪動(dòng)力學(xué)滿足如下關(guān)系式:

        車輛在相同附著系數(shù)路面行駛時(shí),左右輪的驅(qū)動(dòng)力矩相等。因此僅討論前后軸力矩分配策略即可。設(shè)力矩規(guī)劃策略規(guī)劃出總驅(qū)動(dòng)力矩為T*,后軸力矩Tr與前軸力矩Tf分別為:

        1.3不同工況扭矩分配需求

        1.3.1平坦路面勻速行駛工況

        平坦路面行駛時(shí),v=0,vwr=vwf=0,α=0。由公式(12)和(13)可得:

        即若已知質(zhì)心相對(duì)前后軸的位置,對(duì)于平坦路面勻速行駛或靜止工況,可得理想前后軸力矩分配。當(dāng)質(zhì)心布置在前后軸中心時(shí),前后軸力矩分配相同。

        1.3.2平坦路面加速行駛工況

        在平坦路面加速情況下,由公式(12)(13)知前后軸附著率為:

        在車速較小情況下加速時(shí),滾動(dòng)阻力可忽略,此時(shí)有

        式(21)(22)同時(shí)表明,在加速行駛工況下,若想得到理想前后軸力矩分配,需獲取車輛縱向加速度,滑移率和車輛靜態(tài)軸荷分布信息。

        1.3.3低速坡路行駛工況

        低速通過坡路時(shí),由(12)(13)可知前后軸附著率為:

        由前后軸附著率相等條件,可得:

        忽略FRf和FRr得:

        根據(jù)(24)(25)可計(jì)算出前后軸分配數(shù)i。即在坡路行駛時(shí),要獲得理想前后軸力矩分配,需根據(jù)傳感器信息估計(jì)路面的坡度α。

        2扭矩分配仿真分析

        采用車輛動(dòng)力學(xué)仿真軟件veDYNA對(duì)直線行駛工況進(jìn)行了仿真。

        2.1仿真工況1——平坦路面慢加速

        車輛在靜止情況下,在每個(gè)車輪上加60的力矩(采用力矩平均分配策略)時(shí)車輛縱向速度、車輪速度和滑移率的仿真結(jié)果如圖2(a)和圖3(a)、3(b)所示,四個(gè)車輪附著率如圖2(b)所示。結(jié)果表明當(dāng)車輪質(zhì)心并非處于前后軸中心時(shí),用平均分配策略對(duì)車輪驅(qū)動(dòng)影響不大。

        2.2仿真工況2——平坦路面急加速

        車輛在靜止情況下,在每個(gè)車輪上施加400Nm力矩,達(dá)到最大功率時(shí),保持最大功率不變,根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速計(jì)算驅(qū)動(dòng)力矩。車輛縱向車速、車輪速度、滑移率如圖4(a)和圖5(a)、5(b)所示,四個(gè)車輪附著率如圖4(b)所示。

        仿真結(jié)果表明,在急加速過程中,平均力矩分配策略,使每個(gè)車輪上的縱向摩擦力相同,但軸荷后移使得后輪的壓力增大,故而導(dǎo)致后輪的附著率降低。

        3結(jié)論

        基于整車數(shù)學(xué)模型,研究分析了在不同行駛工況下,軸間扭矩分配對(duì)車輛操縱穩(wěn)定性的影響,根據(jù)扭矩分配需求對(duì)平坦路面急加速和平坦路面慢加速的車輪速度、車輛縱向速度、滑移率進(jìn)行仿真。

        結(jié)果表明軸間扭矩分配既要考慮車輛行駛坡度、車輛加速度,還要考慮到電機(jī)外特性曲線的約束。并對(duì)汽車扭矩分配設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。

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