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    差動轉向系統的受力情況的建模分析

    時間:2018-10-31 來源:山東工業技 作者:張錦欽,劉帥,蔣俊杰 本文字數:1211字

      摘    要: 隨著能源枯竭和環境污染日益嚴重, 純電動汽車逐步進入人們的視野。其中, 電動輪汽車以其各輪轉矩能夠獨立控制的優勢, 成為了今后電動汽車發展的方向。本文在分析了電動輪差動助力轉向系統受力情況的基礎之上, 建立了研究所必要的整車模型。

      關鍵詞: 電動輪汽車; 轉向系統; 受力;
     

    差動轉向系統的受力情況的建模分析
     

      0、 引言

      自汽車出現以來, 隨著其性能不斷提高, 同時成本的不斷降低, 汽車的應用越來越廣泛。但是, 另一方面汽車工業也造成了嚴重的環境問題。因此, 節能、環保的純電動汽車的研發及普及是當今社會的必然趨勢[1]。

      電動輪驅動汽車利用左右車輪的輪轂電機輸出轉矩的不同, 得到汽車的轉向功能;利用電動輪轂電機實現附加的轉角, 從而得到主動轉向能力。通過控制左右輪轂電機, 能夠實現差速轉向功能, 提升傳統轉向系統的性能, 減輕駕駛員勞動強度, 提升汽車的操縱穩定性[2]。

      1、 數學建模

      借助固連在運動著的汽車上的車輛坐標系來描述汽車的運動:當車輛在水平路面上處于靜止狀態時, 坐標系原點o與汽車質心重合, x軸表示為汽車前進方向, y軸表示為汽車側面方向, z軸表示為車輛的垂向方向, 向上為正。

      前期學者的研究一般使用二自由度的模型進行研究, 其模型不考慮車輛的側傾[3]。而本文考慮車輛的側傾對汽車轉向系統的影響, 使用包含側傾的三自由度汽車模型, 并對該模型作如下假設:

      (1) 忽略轉向系統機械機構阻尼和機械損耗的影響, 將轉向力直接施加于轉向車輪;

      (2) 考慮汽車只作繞x軸的旋轉運動, 而不作其他的旋轉運動以及汽車車速u不變;

      (3) 汽車的y軸加速度限定在 (-0.4g, 0.4g) ;

      (4) 不考慮空氣動力學對轉向系統的影響;

      (5) 將汽車輪胎假設為剛性體。

      水平面上的所有角度 (包括前輪轉角、側偏角等) 及對應的角速度與角加速度都取左轉為正, 側傾角及其角速度以右傾為正。同時, 假設:1) 汽車的質心位于垂直于地面的中分平面內, 汽車左右兩側對此中分平面是對稱的;2) 非懸掛質量的質心也在x軸上;3) 側傾軸線與x軸重合。

      首先確定汽車質心加速度在車輛坐標系上的分量。

      因為汽車轉向系統轉向時, 汽車會產生平移和轉動, 在t+Δt時刻, 車輛坐標系o點的速度矢量發生改變, 同時車輛坐標系的x軸和y軸的方向同時發生了改變, 因此, 沿oy軸的速度分量的變化為:

      (v+Δv) cosΔθ-v+usinΔθ=vcosΔθ+ΔvcosΔθ-v+usinΔθ由于Δθ很小, sinΔθ≈Δθ, cosΔθ≈1, 上式可以化為:

      除以Δt并計算其極限, 得到在該坐標系下的oy軸的分量。

      同理可得汽車質心絕對加速度在車輛坐標系ox軸的分量:

      設質心側偏角為β, 則, 則式 (1) 可寫作:

      根據D Alembert理論, 分析出整車線性3POF運動微分方程:

      2、 結論

      在閱讀和研究了相關文獻的基礎之上, 建立整車考慮側傾的線性3POF的汽車模型, 進行分析差動轉向系統的受力, 建立轉向系統數學模型。

      參考文獻:

      [1]陳清泉, 孫逢春, 祝嘉光.現代電動汽車技術[M].北京:北京理工大學出版社, 2002
      [2]胡長健.電動輪驅動車輛的驅動力助力轉向技術研究[D].長春:吉林大學, 2008.
      [3]王軍年.電動輪獨立驅動汽車差動助力轉向技術研究[D].長春:吉林大學, 2009.

      [1]張錦欽,劉帥,蔣俊杰.汽車差動助力轉向系統數學建模[J].山東工業技術,2018(19):225.
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