王軍年，倪健土，楊 斌，F(xiàn)rancis Assadian

（1.吉林大學(xué)，汽車仿真與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春 130025； 2.美國加州大學(xué)戴維斯分校機(jī)械與航空工程系，戴維斯 CA 95616）

前言

目前，電動汽車普遍采用傳統(tǒng)集中式驅(qū)動方式，即單電機(jī)匹配驅(qū)動橋驅(qū)動汽車行駛。近幾年隨著輪邊或輪轂電機(jī)驅(qū)動的技術(shù)優(yōu)勢被廣泛認(rèn)同，分布式驅(qū)動被普遍認(rèn)為是未來電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展方向。然而現(xiàn)階段受到輪轂電機(jī)功率密度和簧下質(zhì)量的限制，電動輪分布式驅(qū)動的發(fā)展受到了制約。如何既保留分布式各輪獨(dú)立驅(qū)動技術(shù)優(yōu)勢，又能回避其技術(shù)瓶頸是非常值得研究的問題。

轉(zhuǎn)矩定向分配技術(shù)是一種可以在左右驅(qū)動輪分配轉(zhuǎn)矩的傳動技術(shù)，是近年來研究的熱點(diǎn)。其主要包括應(yīng)用于分布式驅(qū)動的轉(zhuǎn)矩定向分配控制技術(shù)和應(yīng)用于集中式驅(qū)動的轉(zhuǎn)矩定向分配差速器［1］（torque vectoring differential，TVD）。TVD是近十年出現(xiàn)在少數(shù)高端四驅(qū)內(nèi)燃機(jī)汽車上的一種機(jī)液或機(jī)電驅(qū)動系統(tǒng)，代表性的有本田 SH-AWD［2－3］、三菱 S-AWC［4－5］、奧迪運(yùn)動型差速器［6］和寶馬轉(zhuǎn)矩矢量驅(qū)動橋［7－8］等。上述機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜精巧，能夠在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩定向分配，但由于普遍使用多片離合器等執(zhí)行器件導(dǎo)致機(jī)械效率與可靠度不高。而且由于機(jī)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴，且都有知識產(chǎn)權(quán)壁壘，難于技術(shù)突破，在國內(nèi)該研究幾乎空白。此外，國際上該技術(shù)在電動汽車上的應(yīng)用目前鮮有報道。

本文中提出了一種新型具備轉(zhuǎn)矩定向分配功能差速器的集中式電驅(qū)動橋系統(tǒng)。該集中驅(qū)動系統(tǒng)可以類似分布式驅(qū)動方式，在不改變總驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的條件下，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩在左右輪間的任意分配，從而產(chǎn)生改變車輛橫擺動力學(xué)的直接橫擺力偶矩。本文中首先對電動橋及其轉(zhuǎn)矩定向分配差速器的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)矩分配原理進(jìn)行分析，并利用鍵合圖理論對其進(jìn)行建模與動態(tài)響應(yīng)分析；然后設(shè)計(jì)差速器轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)并進(jìn)行驗(yàn)證；最后分別通過定轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角輸入開環(huán)仿真和定轉(zhuǎn)彎半徑人 車閉環(huán)仿真，驗(yàn)證了該差速器對所裝備汽車的轉(zhuǎn)向特性的影響，證明該差速器對整車橫擺力偶矩的控制是有效的。

1 轉(zhuǎn)矩定向分配差速器結(jié)構(gòu)與原理

1.1 電動驅(qū)動橋及其轉(zhuǎn)矩定向分配差速器基本結(jié)構(gòu)

本文中研究的新型電動驅(qū)動橋是自主提出的專利技術(shù)［9］，主要由主驅(qū)動電機(jī)、兩級主減速器和轉(zhuǎn)矩定向分配差速器組成，其結(jié)構(gòu)原理簡圖如圖1所示。

主驅(qū)動電機(jī)采用平行于差速器軸線布置，并采用雙級圓柱齒輪減速器作為主減速器的集成式設(shè)計(jì)。關(guān)鍵總成轉(zhuǎn)矩定向分配差速器主要由錐齒輪差速器、轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)、TV減速機(jī)構(gòu)和行星排耦合機(jī)構(gòu)構(gòu)成。TV減速機(jī)構(gòu)由第I行星齒輪系和第II行星齒輪系構(gòu)成。行星排耦合機(jī)構(gòu)由第III行星齒輪系、第IV行星齒輪系和第V行星齒輪系構(gòu)成，且第III行星齒輪系與第IV行星齒輪系特征參數(shù)完全相同，且共太陽輪連接。第V行星齒輪系為雙級行星齒輪系，以確保左半軸和齒圈5的旋轉(zhuǎn)方向一致，齒圈5與差速器殼體為一體化設(shè)計(jì)。具體各部分連接關(guān)系如圖1所示。

圖1 電動驅(qū)動橋及其轉(zhuǎn)矩定向分配差速器結(jié)構(gòu)原理簡圖

1.2 轉(zhuǎn)矩定向分配差速器轉(zhuǎn)矩分配原理分析

由行星齒輪傳動系統(tǒng)三元件之間的轉(zhuǎn)矩傳遞關(guān)系和圖1所示齒輪系連接關(guān)系可推導(dǎo)出左、右半軸輸出的轉(zhuǎn)矩，分別為

式中：TM為主驅(qū)動電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；T0為轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩值；i0為兩級主減速器的總減速比；i1＝（k1＋1）（k2＋1）為 TV減速機(jī)構(gòu)的減速比；k1、k2為第Ⅰ、第Ⅱ行星齒輪系特性參數(shù)；k3為第Ⅲ或第Ⅳ行星齒輪系特性參數(shù)；k5為第Ⅴ行星齒輪系行星排特性參數(shù)。

對比式（1）和式（2）可知，該轉(zhuǎn)矩定向分配差速器可在不改變總驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的情況下，通過改變轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T0的大小和方向，就可實(shí)現(xiàn)左右半軸輸出轉(zhuǎn)矩的任意等大反向分配。

此外，轉(zhuǎn)矩定向分配差速器各構(gòu)件轉(zhuǎn)速關(guān)系可通過行星齒輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)速關(guān)系式獲取。汽車直線行駛時，轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)轉(zhuǎn)速為0；汽車左轉(zhuǎn)彎時，轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)的轉(zhuǎn)速為負(fù)；汽車右轉(zhuǎn)彎時，轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)轉(zhuǎn)速為正（與汽車前進(jìn)方向相同）。

2 轉(zhuǎn)矩定向分配差速器鍵合圖建模

本文中所研究的具有轉(zhuǎn)矩定向分配差速器的電動驅(qū)動橋系統(tǒng)是一個多輸入和多輸出的復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)，它內(nèi)部有彈性勢能和動能等多種形式的能量流動和轉(zhuǎn)換。而鍵合圖理論能夠以一組相當(dāng)少的理想元件構(gòu)建復(fù)雜系統(tǒng)的動態(tài)模型，非常適用本文中的研究。在鍵合圖理論中，可以將多種物理參量統(tǒng)一歸納成4種廣義變量［10］：廣義勢變量、廣義流變量、廣義位移和廣義動量。該建模方法以能量流為依據(jù)，方法直觀準(zhǔn)確。鑒于鍵合圖建模方法的優(yōu)勢，該方法在汽車動力傳動系統(tǒng)建模方面被廣泛采用［11］。

通過對轉(zhuǎn)矩定向分配差速器基本原理的分析，考慮到各組件的轉(zhuǎn)動慣量、軸的剛度、行星架的剛度和各旋轉(zhuǎn)組件上受到的阻尼等因素，并忽略齒輪嚙合剛度［12］，按照鍵合圖理論和功率流的流向建立出整個轉(zhuǎn)矩定向分配電驅(qū)動橋的鍵合圖模型，如圖2所示。鍵合圖中各元件意義如表1所示。

圖2 電動驅(qū)動橋及其轉(zhuǎn)矩定向分配差速器鍵合圖模型

表1 鍵合圖中各元件的意義

鍵合圖模型能夠以直觀的方式清晰地描述系統(tǒng)有關(guān)的物理效應(yīng)、元件間相互連接關(guān)系和功率傳輸情況。它本身隱含著描述系統(tǒng)動態(tài)性能的狀態(tài)方程。取鍵合圖中有積分因果關(guān)系的慣性元件的廣義動量和容性元件的廣義位移作為狀態(tài)變量［13］，根據(jù)鍵合圖理論即可得到轉(zhuǎn)矩定向分配電動驅(qū)動橋機(jī)械系統(tǒng)模型的狀態(tài)空間方程（15維）。

本文中主要考慮的是電機(jī)外在轉(zhuǎn)矩動力學(xué)響應(yīng)特性，并不關(guān)心電機(jī)內(nèi)部電磁動力學(xué)，因此可將電機(jī)模型簡化為一個有關(guān)實(shí)際轉(zhuǎn)矩和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩比值的2階傳遞函數(shù)［14］：

式中ξ由電機(jī)參數(shù)決定，可以通過電機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合獲得。文中主驅(qū)動電機(jī)模型的 ξ1擬合值為0.050 5，轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)模型的ξ2擬合值為0.048 3。

由于主驅(qū)動電機(jī)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩TM為電動驅(qū)動橋機(jī)械系統(tǒng)鍵合圖模型中的勢源Se1，轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩T0為鍵合圖模型中的勢源Se2，故可將式（3）所示的主驅(qū)動電機(jī)、轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)模型和基于功率鍵合圖法建立的轉(zhuǎn)矩定向分配電動驅(qū)動橋機(jī)械系統(tǒng)模型的狀態(tài)空間方程一起整合為整個電動驅(qū)動橋機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)方程：

X′為狀態(tài)變量：

取主驅(qū)動電機(jī)和轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩作為整個電動驅(qū)動橋機(jī)電系統(tǒng)勢變量，取左右半軸輸入轉(zhuǎn)速為流變量，共同組成輸入變量U′：

電動驅(qū)動橋左右半軸的輸出轉(zhuǎn)矩作為輸出量 Y′：

式中：A′、B′、C′和 D′為狀態(tài)方程系數(shù)矩陣。鑒于篇幅限制，不具體展開。

3 轉(zhuǎn)矩定向分配差速器動態(tài)仿真分析

系統(tǒng)動態(tài)性能的分析方法有時域分析和頻域分析兩種，時域分析能更加直觀地了解到系統(tǒng)的動態(tài)性能，如系統(tǒng)的上升時間、響應(yīng)時間、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差等，因此本文中采用時域分析的方法對轉(zhuǎn)矩定向分配差速器系統(tǒng)的動態(tài)特性進(jìn)行分析。由于輸入信號Sf1和Sf2為車輛模型中作為負(fù)載而反饋給轉(zhuǎn)矩定向分配差速器的兩半軸的轉(zhuǎn)速，因此在仿真中，為了模擬轉(zhuǎn)矩定向分配差速器的真實(shí)工作狀態(tài)，將轉(zhuǎn)矩定向分配差速器的左右兩半軸分別連接各自的車輪（設(shè)車輪轉(zhuǎn)動慣量為1.2 kg·m2）的負(fù)載（此處簡單模擬車輪路面阻力，數(shù)值與車輪轉(zhuǎn)速成正比）［15］。

仿真模擬在主驅(qū)動電機(jī)和轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)同時工作的情況下，轉(zhuǎn)矩定向分配差速器系統(tǒng)的主驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令信號Td1為恒定值50 N·m，在1 s時輸入一個5 N·m轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)轉(zhuǎn)矩階躍指令信號Td2，轉(zhuǎn)矩定向分配差速器系統(tǒng)的輸出響應(yīng)如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)矩定向分配差速器系統(tǒng)左右輪轉(zhuǎn)矩時域響應(yīng)

由圖3仿真結(jié)果可知，電動驅(qū)動橋系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩在經(jīng)過一段時間的過渡狀態(tài)后總能夠達(dá)到穩(wěn)定的輸出狀態(tài)。從1 s前的仿真數(shù)據(jù)可見，該差速器系統(tǒng)的輸出對于主驅(qū)動電機(jī)的階躍輸入信號響應(yīng)具有良好的動態(tài)性能，響應(yīng)時間約0.28 s，無超調(diào)，但存在一定的穩(wěn)態(tài)誤差，這與系統(tǒng)存在機(jī)械慣性力矩有直接關(guān)系。從1 s后的仿真數(shù)據(jù)可見，差速器系統(tǒng)的輸出對于轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)的階躍輸入信號響應(yīng)同樣具有較好的動態(tài)性能，響應(yīng)時間在0.5 s之內(nèi)，但同樣存在穩(wěn)態(tài)誤差。尤其是輸出轉(zhuǎn)矩大的一側(cè)半軸的穩(wěn)態(tài)誤差要更大一些，這是因?yàn)樵搨?cè)轉(zhuǎn)速更高，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)阻尼損耗轉(zhuǎn)矩越大，與理論分析結(jié)論相符。

由此可以看出，本文中提出的轉(zhuǎn)矩定向分配差速器系統(tǒng)在轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)工作時，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩定向分配的功能，左右輪驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的增量基本等大反向，系統(tǒng)本身的轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)特性基本可接受。

4 轉(zhuǎn)矩定向分配差速器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為進(jìn)一步改善轉(zhuǎn)矩定向分配差速器的轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)特性，提高響應(yīng)速度并減少穩(wěn)態(tài)誤差，本文中設(shè)計(jì)了其轉(zhuǎn)矩響應(yīng)補(bǔ)償控制系統(tǒng)，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

4.1 轉(zhuǎn)矩定向分配差速器控制系統(tǒng)性能目標(biāo)的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩定向分配差速器系統(tǒng)的控制器之前，首先要確定控制系統(tǒng)的性能目標(biāo)。由式（1）和式（2）可得，左右半軸的理想輸出轉(zhuǎn)矩之和Tsum*為

理想的轉(zhuǎn)矩分配值Tdiff*為

為此，控制系統(tǒng)的第一個性能目標(biāo)為實(shí)際的左右半軸輸出轉(zhuǎn)矩之和Tsum盡可能與理想左右半軸輸出轉(zhuǎn)矩之和Tsum*相等，即誤差 e1＝Tsum－Tsum

*最小。其次，控制系統(tǒng)的另一個性能目標(biāo)就是使得實(shí)際的轉(zhuǎn)矩分配值Tdiff能夠盡快跟蹤上理想的轉(zhuǎn)矩分配值使誤差最小。

本文中采用模糊PID控制算法來設(shè)計(jì)該差速器控制系統(tǒng)，改善系統(tǒng)在各工況下的動態(tài)響應(yīng)特性。圖4為轉(zhuǎn)矩定向分配差速器閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖。

圖4 控制器與該差速器構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)

4.2 轉(zhuǎn)矩定向分配差速器控制系統(tǒng)控制效果驗(yàn)證

首先模擬電動驅(qū)動橋系統(tǒng)在0 s輸入50 N·m的主驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)矩階躍指令信號，隨后在1 s時，轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)輸入如圖5所示的正弦轉(zhuǎn)矩指令信號。

圖5 轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)正弦輸入信號

該差速器系統(tǒng)在模糊PID控制下以及在無任何控制下的左右輪輸出轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的對比仿真結(jié)果如圖6和圖7所示。從圖6中0.5 s前的階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)可見，模糊PID控制下的轉(zhuǎn)矩定向分配差速器系統(tǒng)的左右輪轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時間在0.1 s以內(nèi)，且在0.2 s內(nèi)即可達(dá)到穩(wěn)態(tài)值；而無控制時響應(yīng)時間約0.3 s，且左右輪需要約0.8 s才能夠達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，由此可見，模糊PID轉(zhuǎn)矩響應(yīng)補(bǔ)償控制系統(tǒng)可使系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度大大加快。從圖6中1 s后的正弦響應(yīng)數(shù)據(jù)可見，盡管有些許滯后（小于0.05 s），但有控制情況的左右輪驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與理想目標(biāo)值幅值非常接近，而無控制情況的左右輪驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與理想目標(biāo)值峰值差異較大，且響應(yīng)滯后明顯（約0.2 s）。從圖7所示的轉(zhuǎn)矩分配值時域響應(yīng)對比可見，無論是在1 s前數(shù)據(jù)還是1 s后數(shù)據(jù)，無控制時轉(zhuǎn)矩分配值始終未達(dá)目標(biāo)值，且轉(zhuǎn)矩分配值響應(yīng)滯后；而有控制時，轉(zhuǎn)矩分配值與理想分配值非常接近，跟蹤效果較好。

圖6 轉(zhuǎn)矩定向分配差速器系統(tǒng)左右輪轉(zhuǎn)矩時域響應(yīng)

圖7 轉(zhuǎn)矩定向分配差速器系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩分配值時域響應(yīng)

5 裝備該差速器的整車聯(lián)合仿真

為驗(yàn)證裝備該電動轉(zhuǎn)矩定向分配差速器的可行性以及在整車上的應(yīng)用效果，進(jìn)行該轉(zhuǎn)矩定向分配差速器電動驅(qū)動橋系統(tǒng)與整車模型的聯(lián)合仿真分析。

本文中的整車模型、轉(zhuǎn)向盤控制駕駛員模型和路面模型均在動力學(xué)軟件Carsim中建立，轉(zhuǎn)矩定向分配差速器電動驅(qū)動橋系統(tǒng)模型、駕駛員模型和整車控制策略模型均在 MATLAB／Simulink中搭建。車輛模型采用單軸后驅(qū)的驅(qū)動方式，參數(shù)如表2所示。

表2 車輛模型基本參數(shù)

為聚焦問題，在進(jìn)行裝備該差速器的整車聯(lián)合仿真時，采用簡單的轉(zhuǎn)矩指令確定方案，以分析轉(zhuǎn)矩定向分配的可行性及其對整車動力學(xué)的影響。采用PID車速跟隨控制器控制輸出主驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)車速的跟隨控制；轉(zhuǎn)矩分配控制器輸出不使車輛失穩(wěn)的恒定轉(zhuǎn)矩分配差指令，通過定轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角開環(huán)仿真和定轉(zhuǎn)彎半徑人 車閉環(huán)仿真來驗(yàn)證轉(zhuǎn)矩定向分配差速器的可行性。

5.1 定轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角開環(huán)仿真

車輛在附著系數(shù)為0.85的路面上以80 km／h勻速行駛，在第9 s轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍至60°，此時轉(zhuǎn)矩分配控制器分別輸出＋5 N·m（正信號）、－5 N·m（負(fù)信號）和0 N·m（零信號）3種對比用恒轉(zhuǎn)矩指令。3種情況下，駕駛員不對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角做調(diào)整，即進(jìn)行固定轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角輸入下開環(huán)對比仿真。圖8和圖9分別為車輛的運(yùn)行軌跡和轉(zhuǎn)矩定向分配差速器左右輪輸出轉(zhuǎn)矩仿真結(jié)果。

圖8 定轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角輸入開環(huán)仿真的車輛運(yùn)行軌跡

圖9 定轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角輸入開環(huán)仿真的左右輪輸出轉(zhuǎn)矩

由圖8可知，當(dāng)轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩信號為負(fù)值時，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩由左側(cè)車輪向右側(cè)車輪轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生了一個有助于車輛轉(zhuǎn)向的橫擺力矩，在轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角不變的情況下，增加了車輛的橫擺角速度，因此車輛的轉(zhuǎn)彎半徑比沒有轉(zhuǎn)矩分配時的轉(zhuǎn)彎半徑要小。由圖9可知，更小的轉(zhuǎn)彎半徑導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎阻力增加，為了維持車速不變，因而總驅(qū)動轉(zhuǎn)矩會有所增加，轉(zhuǎn)矩分配值的理論計(jì)算值與仿真實(shí)際分配值相近；當(dāng)轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩信號為正值時，結(jié)果與上述相反，轉(zhuǎn)彎半徑增加、總驅(qū)動轉(zhuǎn)矩會有所減小。轉(zhuǎn)矩分配值的理論計(jì)算值與仿真實(shí)際分配值同樣相近。

5.2 定轉(zhuǎn)彎半徑人—車閉環(huán)仿真

車輛在附著系數(shù)為0.85的路面上以80 km／h勻速行駛，借助駕駛員模型［14］，在第9 s進(jìn)入圓周半徑100 m的目標(biāo)道路，進(jìn)行勻速定轉(zhuǎn)彎半徑工況仿真，同樣對比轉(zhuǎn)矩分配控制器輸出上述3種情況指令的人—車閉環(huán)仿真結(jié)果，如圖10～圖12所示。

圖10 定轉(zhuǎn)彎半徑人—車閉環(huán)仿真車輛運(yùn)行軌跡

圖11 定轉(zhuǎn)彎半徑人—車閉環(huán)仿真轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角輸入

圖12 定轉(zhuǎn)彎半徑人 車閉環(huán)仿真左右輪輸出轉(zhuǎn)矩

由圖10可知，由于駕駛員模型對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角的調(diào)整輸入，3種情況下駕駛員都可以維持車輛轉(zhuǎn)彎軌跡基本一致。且對比圖12中9 s前的勻速直線行駛過程數(shù)據(jù)和12 s后的勻速轉(zhuǎn)彎行駛過程數(shù)據(jù)可見，由于車速跟隨控制器的作用，3種情況下在車輛勻速行駛進(jìn)入轉(zhuǎn)彎后，轉(zhuǎn)矩定向分配差速器電動驅(qū)動橋系統(tǒng)的總輸出驅(qū)動轉(zhuǎn)矩都稍有增加，有效抑制了彎道轉(zhuǎn)彎阻力對原有車速的影響。由圖11可知，當(dāng)轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩信號為負(fù)值時，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩由左側(cè)車輪向右側(cè)車輪轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生了一個有助于車輛轉(zhuǎn)向的橫擺力矩，導(dǎo)致車輛更加容易轉(zhuǎn)向，因此在車輛軌跡半徑相同時，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角比沒有轉(zhuǎn)矩分配時的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角要小，說明汽車轉(zhuǎn)向靈敏度提高，且從圖12可見，轉(zhuǎn)矩仿真的實(shí)際分配值與理論計(jì)算值相近；當(dāng)轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩信號為正值時，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩由右側(cè)車輪向左側(cè)車輪轉(zhuǎn)移，在車輛軌跡半徑相同時，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角比沒有轉(zhuǎn)矩分配情況下的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角要大，說明汽車轉(zhuǎn)向靈敏度下降，另外從圖12同樣可見，此時其轉(zhuǎn)矩仿真的實(shí)際分配值與理論計(jì)算值與相近。

仿真結(jié)果表明，通過改變轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩信號的大小和正負(fù)，便能夠改變左右輪轉(zhuǎn)矩分配值的大小和轉(zhuǎn)矩分配的方向，這也證明了轉(zhuǎn)矩定向分配差速器驅(qū)動車輛確實(shí)具有定向分配轉(zhuǎn)矩的功能，也確實(shí)能夠通過轉(zhuǎn)矩的分配影響車輛轉(zhuǎn)向特性。

6 結(jié)論

通過理論分析和仿真結(jié)果表明，本文中提出的轉(zhuǎn)矩定向分配差速器電動驅(qū)動橋系統(tǒng)能夠在不改變縱向總驅(qū)動力的前提下實(shí)現(xiàn)左右車輪驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的任意分配。通過改變轉(zhuǎn)矩分配電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩值，即可在不同的工況下根據(jù)需要，將等大反向的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩變化量分配給左右車輪，以產(chǎn)生正或負(fù)的橫擺力矩，改善車輛的行駛姿態(tài)；而且控制系統(tǒng)能夠保證該系統(tǒng)的超調(diào)量小，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，達(dá)到穩(wěn)態(tài)輸出的時間短，具有很好的動態(tài)響應(yīng)特性，是一種較為理想的動力傳動系統(tǒng)。本文中通過理論推導(dǎo)和仿真充分驗(yàn)證了提出的新型轉(zhuǎn)矩定向分配差速器的可行性以及動態(tài)控制效果，后續(xù)將針對開發(fā)的樣機(jī)完成臺架試驗(yàn)，并完善轉(zhuǎn)矩定向分配電動驅(qū)動橋控制策略。