基于四輪獨立驅動獨立轉向操縱桿式汽車綜述

郭增江 李剛 張琳偉 趙士博

摘 要：四輪獨立驅動獨立轉向電動汽車必定是未來發展的方向，針對四輪獨立驅動獨立轉向電動汽車的發展和國內外研究現狀，論文進行了綜述。首先介紹四輪獨立驅動獨立轉向電動汽車的結構和控制特點，對四輪獨立驅動獨立轉向電動汽車國內外研究現狀概括并進行說明。并對四輪獨立驅動獨立轉向操縱桿式電動汽車提出一些存在的問題，并展望未來操縱桿轉向系統的發展趨勢。

關鍵詞：四輪獨立驅動獨立轉向汽車;線控轉向;操縱桿式轉向器

中圖分類號：U469.72? 文獻標識碼：A? 文章編號：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

作為國家戰略性新興產業，新能源汽車的發展在2020年兩會上受到了廣泛關注，政府工作報告中提出，將重點支持既促消費惠民生又調結構增后勁的“兩新一重”建設，加強新型基礎設施建設，發展新一代信息網絡，拓展5G應用，建設充電樁，推廣新能源汽車，激發新消費需求、助力產業升級。展現了汽車行業企業對社會熱點的積極回應和責任擔當：面對突如其來的新冠疫情，我們全速馳援，履行車企使命;面對日益嚴峻的氣候變化及挑戰，我們積極應對，驅動綠色未來。因此，研發和采用新能源作為主要動力的汽車，是重中之重的。其中最具代表的目前發展最為廣泛的就是電動汽車。電動汽車電為動力能源，具有環境污染小，噪音低，使用效率高和結構簡單等優點。隨著汽車電氣行業在控制產品成本、改善續駛里程和優化負載效率方面的發展，關鍵的技術進步，這必將取代內燃機汽車市場的傳統地位。而四輪獨立驅動獨立轉向的布置形式也將是電動汽車終極的驅動形式。

四輪獨立驅動獨立轉向電動汽車是未來電動汽車發展的方向。將輪轂電動機安裝在電動車車輪上，可以消除中央式電動車驅動電動機與車輪之間的復雜傳輸系統，并簡化整車結構。同時，四輪電動車輛自主驅動可以提供一種靈活和可靠的自主驅動形態以及一種快速和精確的轉矩響應，從而提供更好的控制和安全性能。

1 國內外研究現狀

與傳統的內燃機不同的是，電動車輛的驅動形式從內燃機轉變為電動機。分布式驅動和獨立的線控控制方式提高了整個車輛底盤空間的使用和傳輸效率。

四輪獨立驅動獨立轉向電動汽車采用線控技術，，消除傳統車輛的機械傳動機構，允許四個輪轂電機和四個轉向伺服電機獨立驅動和轉向。并且分別對每個車輪的轉矩和轉角進行更精確和更快速的控制。

1.1 國外研究現狀

在這一方面，日本一直處于比較先進的研究國家。豐田汽車于2005年發布了Fine-N概念車，配備了4臺20千瓦輪轂電機。如圖1所示。

法國米奇林公司開發了驅動、制動和主動懸架功能集一體的輪轂電機總成，其結構非常緊湊，命名為Active wheel。

美國布羅法大學的學者提出了幾種操縱桿線控轉向控制系統，同時利用臺架實驗對每個系統進行了實驗驗證。

Brian Andonian等為具有14度自由度的操縱桿控制轉向系統建造了一個實驗操縱模擬器，可以很好地完成車輛行駛過程中姿態的仿真模擬，并對操縱桿的傳動比與實際路感的反饋進行了研究分析，實驗結果證明操縱桿在緊急情況下表現出更好的性能特征。

1.2 國內研究現狀

國內對4WID/S電動汽車的研究開始較晚，以比亞迪、吉利汽車、蔚來汽車、愛馳汽車等為首的電動汽車企業發展迅速，但是目前還未有四輪獨立驅動四輪獨立轉向的電動汽車量產車型出現，這一類型主要是各高校的研究。

“春暉”是同濟大學研發出的一系列的分布式電動車，而最具代表性的就是“春暉三號”，“春暉三號”動力參數為車輛最大功率為 30kw，最高車速為 90km/h。分布式車輛的科學研究提供了分布式結構車輛的可靠性和舒適性的多定量場景。

此外，遼寧工業大學在四輪獨立驅動四輪獨立轉向電動汽車的底盤架構、主動穩定性控制、控制器開發等方面也做了大量研究工作。

吉林大學的學者綜合分析四輪獨立驅動獨立轉向操縱桿式汽車的轉向的很多特點，針對性操縱性和舒適性，進行大量的研究，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比控制策略，同時針對操縱穩定性的經典工況進行了仿真實驗，實驗證明汽車的操縱穩定性得到了提升。

2 操縱桿式轉向系統

汽車線控轉向系統改變了汽車傳統機械轉向的方式，機械轉向的方式被線控技術逐漸代替由于線控系統的諸多性能優勢，國內外已經進行了大量的理論和實驗研究。但是，其研究的重點還是針對基轉向盤控制方式的線控轉向系統，該線控系統肅然有利于目前駕駛員的駕駛習慣，但是沒有完全發揮出線控轉向的優勢。

在現存的新型轉向操縱機構中，操縱桿是代替轉向盤控制汽車線控系統最佳選擇，用轉向盤轉向和使用操縱桿轉向存在很大差別。減少了駕駛艙內的機械部分包括轉向盤、轉向柱和踏板，使改進駕駛室的設計和安全性有了新的可能性，而且在發生事故時對駕駛員的危害會大大降低，駕駛艙的增大同樣會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的日益使用，能夠綜合控制轉向、制動系統，車輛的驅動和懸架等系統，并適應不斷擴大的汽車功能。

3 總結

（1）對于四輪獨立驅動獨立轉向汽車國內外的研究也越來越多，控制策略也越來越豐富，隨著技術的不斷進步四輪獨立驅動獨立轉向汽車也定會成為電動汽車的最終的存在形式。

（2）關于操縱桿研究，在國內外都很少，而且也沒有全面的研究，只是對角傳動進行了研究，未來可以在操縱桿的力傳動比等方面進一步擴展研究。針對變傳動比的控制方式上應該考慮一些智能控制算法。從而使操縱桿的性能優勢能夠完全發揮出，并且進一步提高駕駛員的安全性能以及駕駛員的操縱性行駛穩定性。

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10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.17.083