郭增江 李剛 張琳偉 趙士博

摘 要：四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車必定是未來(lái)發(fā)展的方向，針對(duì)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車的發(fā)展和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，論文進(jìn)行了綜述。首先介紹四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)和控制特點(diǎn)，對(duì)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀概括并進(jìn)行說明。并對(duì)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向操縱桿式電動(dòng)汽車提出一些存在的問題，并展望未來(lái)操縱桿轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向汽車;線控轉(zhuǎn)向;操縱桿式轉(zhuǎn)向器

中圖分類號(hào)：U469.72? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）17-236-03

Overview of independent steering lever vehicle based on four wheel independent drive

Guo Zengjiang， Li Gang， Zhang Linwei， Zhao Shibo

（ School of Automotive and Traffic Engineering， Liaoning University of Technology， Liaoning Jinzhou 121001 ）

Abstract： Based on the fact that four-wheel independent drive and independent steering electric vehicle must be the future development direction， this paper summarizes the development and research status of four wheel drive independent steering vehicle at home and abroad. Firstly， the structure and control characteristics of four wheel drive independent steering vehicle are introduced， and the research status of four wheel drive independent steering vehicle at home and abroad is summarized and explained. Some existing problems of the four-wheel independent drive and independent steering lever electric vehicle are put forward， and the development trend of the joystick steering system in the future is prospected.

Keywords： Four wheel drive independent steering vehicle; Steer by wire; Lever steering system

CLC NO.： U469.72? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）17-236-03

前言

作為國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，新能源汽車的發(fā)展在2020年兩會(huì)上受到了廣泛關(guān)注，政府工作報(bào)告中提出，將重點(diǎn)支持既促消費(fèi)惠民生又調(diào)結(jié)構(gòu)增后勁的“兩新一重”建設(shè)，加強(qiáng)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，發(fā)展新一代信息網(wǎng)絡(luò)，拓展5G應(yīng)用，建設(shè)充電樁，推廣新能源汽車，激發(fā)新消費(fèi)需求、助力產(chǎn)業(yè)升級(jí)。展現(xiàn)了汽車行業(yè)企業(yè)對(duì)社會(huì)熱點(diǎn)的積極回應(yīng)和責(zé)任擔(dān)當(dāng)：面對(duì)突如其來(lái)的新冠疫情，我們?nèi)亳Y援，履行車企使命;面對(duì)日益嚴(yán)峻的氣候變化及挑戰(zhàn)，我們積極應(yīng)對(duì)，驅(qū)動(dòng)綠色未來(lái)。因此，研發(fā)和采用新能源作為主要?jiǎng)恿Φ钠嚕侵刂兄氐?。其中最具代表的目前發(fā)展最為廣泛的就是電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車電為動(dòng)力能源，具有環(huán)境污染小，噪音低，使用效率高和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。隨著汽車電氣行業(yè)在控制產(chǎn)品成本、改善續(xù)駛里程和優(yōu)化負(fù)載效率方面的發(fā)展，關(guān)鍵的技術(shù)進(jìn)步，這必將取代內(nèi)燃機(jī)汽車市場(chǎng)的傳統(tǒng)地位。而四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向的布置形式也將是電動(dòng)汽車終極的驅(qū)動(dòng)形式。

四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車是未來(lái)電動(dòng)汽車發(fā)展的方向。將輪轂電動(dòng)機(jī)安裝在電動(dòng)車車輪上，可以消除中央式電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與車輪之間的復(fù)雜傳輸系統(tǒng)，并簡(jiǎn)化整車結(jié)構(gòu)。同時(shí)，四輪電動(dòng)車輛自主驅(qū)動(dòng)可以提供一種靈活和可靠的自主驅(qū)動(dòng)形態(tài)以及一種快速和精確的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，從而提供更好的控制和安全性能。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)不同的是，電動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)形式從內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)。分布式驅(qū)動(dòng)和獨(dú)立的線控控制方式提高了整個(gè)車輛底盤空間的使用和傳輸效率。

四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車采用線控技術(shù)，，消除傳統(tǒng)車輛的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，允許四個(gè)輪轂電機(jī)和四個(gè)轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向。并且分別對(duì)每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角進(jìn)行更精確和更快速的控制。

1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

在這一方面，日本一直處于比較先進(jìn)的研究國(guó)家。豐田汽車于2005年發(fā)布了Fine-N概念車，配備了4臺(tái)20千瓦輪轂電機(jī)。如圖1所示。

法國(guó)米奇林公司開發(fā)了驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)和主動(dòng)懸架功能集一體的輪轂電機(jī)總成，其結(jié)構(gòu)非常緊湊，命名為Active wheel。

美國(guó)布羅法大學(xué)的學(xué)者提出了幾種操縱桿線控轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，同時(shí)利用臺(tái)架實(shí)驗(yàn)對(duì)每個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

Brian Andonian等為具有14度自由度的操縱桿控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)建造了一個(gè)實(shí)驗(yàn)操縱模擬器，可以很好地完成車輛行駛過程中姿態(tài)的仿真模擬，并對(duì)操縱桿的傳動(dòng)比與實(shí)際路感的反饋進(jìn)行了研究分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明操縱桿在緊急情況下表現(xiàn)出更好的性能特征。

1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)4WID/S電動(dòng)汽車的研究開始較晚，以比亞迪、吉利汽車、蔚來(lái)汽車、愛馳汽車等為首的電動(dòng)汽車企業(yè)發(fā)展迅速，但是目前還未有四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向的電動(dòng)汽車量產(chǎn)車型出現(xiàn)，這一類型主要是各高校的研究。

“春暉”是同濟(jì)大學(xué)研發(fā)出的一系列的分布式電動(dòng)車，而最具代表性的就是“春暉三號(hào)”，“春暉三號(hào)”動(dòng)力參數(shù)為車輛最大功率為 30kw，最高車速為 90km/h。分布式車輛的科學(xué)研究提供了分布式結(jié)構(gòu)車輛的可靠性和舒適性的多定量場(chǎng)景。

此外，遼寧工業(yè)大學(xué)在四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)四輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車的底盤架構(gòu)、主動(dòng)穩(wěn)定性控制、控制器開發(fā)等方面也做了大量研究工作。

吉林大學(xué)的學(xué)者綜合分析四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向操縱桿式汽車的轉(zhuǎn)向的很多特點(diǎn)，針對(duì)性操縱性和舒適性，進(jìn)行大量的研究，主要研究隨著車速不斷變化和操縱桿角速度變化的變角傳動(dòng)比控制策略，同時(shí)針對(duì)操縱穩(wěn)定性的經(jīng)典工況進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)證明汽車的操縱穩(wěn)定性得到了提升。

2 操縱桿式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)改變了汽車傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向的方式，機(jī)械轉(zhuǎn)向的方式被線控技術(shù)逐漸代替由于線控系統(tǒng)的諸多性能優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究。但是，其研究的重點(diǎn)還是針對(duì)基轉(zhuǎn)向盤控制方式的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該線控系統(tǒng)肅然有利于目前駕駛員的駕駛習(xí)慣，但是沒有完全發(fā)揮出線控轉(zhuǎn)向的優(yōu)勢(shì)。

在現(xiàn)存的新型轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)中，操縱桿是代替轉(zhuǎn)向盤控制汽車線控系統(tǒng)最佳選擇，用轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向和使用操縱桿轉(zhuǎn)向存在很大差別。減少了駕駛艙內(nèi)的機(jī)械部分包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱和踏板，使改進(jìn)駕駛室的設(shè)計(jì)和安全性有了新的可能性，而且在發(fā)生事故時(shí)對(duì)駕駛員的危害會(huì)大大降低，駕駛艙的增大同樣會(huì)為碰撞過程提供更多的緩沖空間駕駛員的腿部也可以更加自由，他們只需抓住操縱桿就行了不需要腳步的操控。另一方面，控制桿提供了多自由控制，隨著汽車線性控制技術(shù)的日益使用，能夠綜合控制轉(zhuǎn)向、制動(dòng)系統(tǒng)，車輛的驅(qū)動(dòng)和懸架等系統(tǒng)，并適應(yīng)不斷擴(kuò)大的汽車功能。

3 總結(jié)

（1）對(duì)于四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向汽車國(guó)內(nèi)外的研究也越來(lái)越多，控制策略也越來(lái)越豐富，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向汽車也定會(huì)成為電動(dòng)汽車的最終的存在形式。

（2）關(guān)于操縱桿研究，在國(guó)內(nèi)外都很少，而且也沒有全面的研究，只是對(duì)角傳動(dòng)進(jìn)行了研究，未來(lái)可以在操縱桿的力傳動(dòng)比等方面進(jìn)一步擴(kuò)展研究。針對(duì)變傳動(dòng)比的控制方式上應(yīng)該考慮一些智能控制算法。從而使操縱桿的性能優(yōu)勢(shì)能夠完全發(fā)揮出，并且進(jìn)一步提高駕駛員的安全性能以及駕駛員的操縱性行駛穩(wěn)定性。

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10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.17.083