分布式驱动电动汽车前轮差动转向系统的研究文献综述

 2022-05-12 09:05

随着科学技术的发展,从能源角度考虑,电动汽车的能源利用效率较高。从环境方面考虑,电动汽车以低排放的优势成为满足节能与环保要求的理想汽车。而现代功率电子技术的进步,也使电动汽车的发展具备了良好的技术基础。现代电动汽车都是未来汽车技术研究的重点主攻方向。相对其他形式的动力系统,分布式驱动电动汽车在很多方面具有其突出优势,例如:在动力学方面有更好的可控制性、在驱动系统方面有更高的传动效率以及系统结构可靠性等。将差动转向系统运用到分布式驱动电动汽车上能够增强汽车的转向能力,是现代汽车研究的主要方向之一。差动转向技术是利用车轮转矩的不同使得地面对轮胎产生纵向力不同而导致车辆转向系统产生偏转的一种新型转向技术。分布式驱动电动汽车的研究内容近年来成为国内外的研究热点,其中关于差动转向的研究更是其重点之一。

一、国外研究概况

电动轮驱动汽车并非近几年新型的汽车技术。最早付诸实践的电动轮驱动汽车来自著名的保时捷公司。世界上第一款电动轮驱动汽车由保时捷公司研制出[1],它是由双前轮轮毂电机驱动的电动汽车,并在同年的电动汽车比赛中名列前茅。由于那时的汽车技术水平有限,人们没有将电动汽车的优势充分发挥起来,其光芒却被当时兴起的内燃机汽车遮掩。但随着时代的发展,电动汽车逐渐进入了人们的视野,人们对轮毂电机的研究正处于热点位置。各个国家都分别对其进行了专门的研究,并相继取得了不同的研究成果。

日本汽车工业发达,很早就开始了对电动轮驱动汽车的相关研究。日本的庆应义塾大学开发了八轮独立驱动电动车“Ellica”,并且针对不同应用开发了高速型和高动力型两种形式的“Ellica”。东京大学基于现有量产车开发了四轮毂电机驱动的电动车“UOT Electric March”;两者都是针对民用经济性轿车进行设计开发。

美国早于 1993 年提出“新一代汽车伙伴计划”,逐步推动形成了其新能源汽车发展体系[2]。通用公司针对军用车开发了新一代多轮驱动“悍马”,极大的改善了车辆的经济性和动力性,减小补给压力。而最能体现电动轮驱动汽车优点的汽车就是美国麻省理工实验室设计和西班牙工程师实现的小型折叠电动汽车(Hiriko)。该汽车利用电动轮四轮独立驱动的优势,搭配线控转向系统实现了四个车轮 360 度旋转转向的功能,大大减少了转弯半径,甚至可以使该电动汽车“横着走”。并且可以通过调节后轴位置同时收缩车厢的方法来减少车身长度,从而减少占地面积,使其可以更灵活的转向以及在停车位缺少的条件下更方便的泊车,所以某些媒体也把 Hiriko 的出现称作未来智慧城市的开始。

差动转向按照形式不同,大致可以分为三类:以双桥车辆为例,如果轮毂电机驱动车辆的前轮采用转向电动车轮,则为主动前轮转向方式;若后轮采用转向电动车轮,则为主动后轮转向方式;若前、后轮均采用转向电动车轮,则为主动四轮转向方式。因此,轮毂电机车辆在转向过程中,利用差动转向原理控制轮毂电机转矩,影响车身姿态和转向半径,通过将质心侧偏角、横摆角速度限制在操纵稳定性的允许范围内,实现了车辆在弯道抗侧翻能力以及轨迹跟踪能力等方面的极大提高,车辆在转向工况或者极端危险工况下的操纵稳定性有了极大改善。因此,差动转向是轮毂电机驱动车辆的独有技术特点和显著优势。

国外的学者们做出与电动汽车技术相关的研究,Kim[1]研究了SBW系统中驾驶员操作力矩的估计问题,建立了车辆动力学模型以及轮胎的回正力矩,建立转向系动力学模型以计算驾驶员的操作力矩,并进行了试验验证。Benbouzid[2]教授团队研究独立驱动电动汽车基于自适应电子差速(Electric Differential,ED)在转弯和打滑路面上的牵引力控制系统,利用基于定子磁通和转子速度的估计器进行直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC),试验结果证明了使用基于磁通和转速自适应估计器有较好效果。由此可见,分布式驱动电动汽车前轮转向系统的研究也处于热点位置,国外其他学者也对汽车转向的研究注入了一丝活力[3-5]

二、国内研究概况

我国对分布式驱动电动汽车的研究相比其他国家来说是比较晚的,而且大多数集中在学术界。其中针对分布式驱动电动汽车开发了相应的车辆试验平台并进行了相应的稳定性、平顺性等研究。同济大学相继开发了春晖一号、春晖二号和春晖三号等分布式驱动电动车;清华大学针对城市个人短途工况设计了满足相应实用性和经济性要求的微型分布式驱动电动汽车“哈利”;吉林大学、西北工业大学、哈尔滨工业大学等大学及科研所也针对分布式驱动电动汽车进行了实验样车开发。此外,我国还特别出台了一系列的扶持政策,并投入大量资金建设充电桩等基础设施,通过免税、补贴等举措,鼓励企业自主研发,提升电车性价比,刺激消费。多重推动,实现电动汽车产业化。

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