四輪獨立驅動電動車抗側向干擾研究

李寧　強大壯　舒丹丹　蘇靖昕

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

關鍵詞：四輪獨立驅動電動車；側向干擾；道路試驗；直線行駛；驅動力 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

四輪獨立驅動的車輛能夠單獨改變各個車輪驅動力，從而使車輛具備比前輪驅動車輛行駛穩定性好的特性，因此為抗側向干擾提供可能。在側向風干擾的情況下，側向力將產生繞質心的橫擺力矩，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，側向干擾對汽車操縱穩定性的影響更為重要。由于采用風洞進行側風作用下汽車操縱穩定性試驗有一定難度，國外大多數汽車公司和一些研究所多使用側風裝置模擬側風，進行道路試驗。為降低試驗危險性及節約成本，目前對于側向干擾的研究大多限于計算機模擬仿真。四輪獨立驅動在側向穩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動電動樣車（每個車輪上有一驅動電機，通過改變各輪驅動電機的驅動電流可單獨改變車輪的驅動力）基礎上進行實驗，通過在車體上不同位置施加集中力模擬側向干擾，試驗車輛行駛情況，并通過分別增減左右兩側驅動電機的驅動電流來抵抗側向干擾產生的橫擺力矩，實現樣車的平穩直線行駛。

2 存在側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。在車身上質心前1m、質心前0.5m、質心后0.5m及質心后1m與質心同高處做出標記，用于側向干擾力的施加。為簡化表達，取作用位置在質心前為正值，在質心后為負值。

試驗前需保證各車輪完全擺正，車輛處于直線行駛姿態。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向力，用壓力計保證側向力輸入的穩定性，直至樣車駛離測量區域。記錄車輛在行駛區域內的車輪印記，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速及各輪驅動電機的電流。

2.2 四輪等轉矩時側向干擾試驗

四輪驅動力按等轉矩分配，即四個車輪每個驅動電機的驅動電流相同。在車身標記點依次施加大小為150N、200N、250N、300N的側向力，記錄車輛行駛30m行駛區域內的行駛軌跡。

通過數據結果發現：當側向作用力相同時，側向作用力的作用點與車輛質心越遠，則車輛跑偏量越大；當側向作用力作用點不變時，車輛跑偏量隨側向作用力的增大而增加。在本試驗中，車輛行駛距離較短，從數據結果看，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上，側向作用力越大，則車輪所需要的驅動電流也越大。例如，在質心前1m分別作用150N、200N、250N的側向干擾力時，電機的平均電流分別為4.71A、4.80A、4.85A。由此可見，車輛在受到側向干擾的情況下，阻力變大，為維持勻速行駛，所需的驅動力也變大。

2.3 改變四輪驅動力抗側向干擾試驗

根據理論計算分析，欲使車輛不跑偏，各車輪側偏角應等于零，即各車輪側偏力為零。當存在側向干擾力矩的作用時，可以通過改變左右兩側車輪的驅動力來改變車輪縱向力，從而控制車輛跑偏量。

在四輪等轉矩行駛驅動電流的基礎上，分別在車輛右側處施加側向力，等量增減驅動電機電流，進行道路試驗，試驗結果見表1。

由試驗結果對比可知，在樣車右側+1m處作用大小為150N的側向干擾力時，四輪等轉矩驅動行駛30m的跑偏量為400mm，當左右兩側車輪電機電流分別增減3.0A時，樣車基本恢復直線行駛，如圖1所示：

由此可見，在四輪等轉矩分配驅動力的基礎上，通過改變左右兩側車輪的驅動力，可以有效地抵抗側向干擾力矩引起的跑偏問題。

同時，通過試驗結果發現，如果用于抵抗側向干擾的驅動力過大，會引起車輛反方向跑偏。例如在質心后0.5m處作用150N干擾力時，四輪等轉矩驅動時，向右側跑偏205mm，當左右兩側車輪電機電流分別增減2.0A時，車輛向左側跑偏50mm。

結合四輪等轉矩及改變四輪驅動力實驗結果可知，當左右兩側車輪增減的驅動力產生的橫向力矩等于側向干擾力矩時，車輛不受側向力矩影響，維持正常直線行駛。

3 運動仿真分析

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

四輪等轉矩模式下的側向干擾仿真結果相對實車試驗結果偏小，原因主要為仿真忽略了外界環境的影響。改變四輪驅動力抗側向干況的仿真結果也與實車試驗結果相近，誤差值不大。

在此仿真基礎上，為明確不同車速下側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向干擾的工況仿真試驗。在驅動力等轉矩分配下，在質心前1m處作用大小為300N的側向力，車速越高，在相同時間內，縱向行駛的位移越大，車輛跑偏也越嚴重，試驗結果如圖2所示。

同時，模擬了不同車速下改變左右兩側驅動力抵抗側向干擾力的仿真試驗，例如當車速為12.5m/s時，通過改變左右兩側車輪的驅動力，能抵抗側向干擾的影響，維持正常行駛，如圖3所示：

4 結語

（1）當車輛行駛時受到側向干擾力時，通過改變兩側驅動力而產生的回正力矩，可以有效抵抗側向力矩，若控制得當可維持車輛平穩行駛；（2）運用ADAMS軟件模擬了側向干擾力對車輛行駛的影響以及通過改變兩側車輪驅動力以抵抗側向干擾的情況，能夠為四輪獨立驅動電動車穩定性的實際運用提供一定參考。

參考文獻

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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，朝陽師范高等專科學校講師，碩士，研究方向：檢測技術與自動化裝置；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，朝陽師范高等專科學校講師，碩士，研究方向：生物純化與檢測。

（責任編輯：黃銀芳）