轮毂电机驱动汽车差动助力转向建模与仿真

[ 文章编号 ] 1673-3142(2020)10-0027-06
Modeling and Simulation of Differential Power Steering of Hub-Motor-Driven Vehicles
Gao Chao, Zhang Huanhuan, Yan Yecui, Li Qingwang, Yan Shuai ( School of Automotive Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China) [Abstract] For hub-motor-driven cars, this paper establishes the whole vehicle model and the differential power steering system model. According to the hub motor, the car can independently control the output torque of the left and right steering wheels, and reduce the driving torque by controlling the differential torque of the left and right steering wheels. The purpose of the steering wheel is to replace the existing electric power steering system. The ideal differential assist is determined by designing the assist characteristic curve, and then the output torque of the hub motor is controlled by the torque distribution controller. In order to verify its feasibility, this paper simulates the model through MATLAB/Simulink platform. The simulation results show that the differential power steering system model can improve the steering lightness when the vehicle is running at low speed. When the vehicle is driving at high speed, it can ensure the driver's sense of road when providing steering assistance. [Key words] automobile; hub motor; differential power; steering
高超，张缓缓，闫业翠，李庆望，严帅
（201620 上海市 上海工程技术大学 机械与汽车工程学院）
[ 摘要 ] 针对轮毂电机驱动汽车建立了整车模型和差动助力转向系统模型，根据轮毂电机驱动汽车可以独
立控制左右转向轮输出力矩的特性，通过控制汽车左右转向轮的差动力矩来实现减小驾驶员方向盘手力的
目的，从而代替现有的电助力转向系统。通过设计助力特性曲线来确定理想差动助力大小，然后通过转矩
基金项目：国家自然科学基金资助项目 (51705306) 收稿日期：2019-11-08 修回日期：2019-11-19
轮毂电机驱动汽车的每个驱动轮在电机能力范围 内都具备独立可控、响应迅速的特点，所以，轮 毂电机驱动汽车通过控制左右两个转向轮的驱动 力矩，实现差动助力转向的功能。差动助力转向 系 统（DDAS，Differential Drive Assist Steering） 结构简单，适应轮毂电机驱动汽车的特点，是未 来助力转向系统的发展趋势 [2]，也是本文主要的 研究对象。
1 差动助力转向Байду номын сангаас原理
对于传统的燃油车而言，由于存在差速器结 构，其左右车轮的驱动力几乎是相同的。对于轮 毂电机驱动汽车，4 个车轮的驱动力是独立可控 的，所以左右车轮的差动力矩可以不同。我们将 汽车左右转向轮的驱动力绕各自主销轴线力矩的 差值定义为差动转向力矩（如图 1 所示），故在 研究转向特性时，传统燃油车的往往将其忽略， 而轮毂电机驱动汽车差动转向力矩不再为零 [3]。
分配控制器控制轮毂电机的输出转矩。为了验证其可行性，通过 MATLAB/Simulink 平台对该模型进行了
仿真分析，仿真结果表明：差动助力转向系统模型能够在车辆低速行驶时提高转向轻便性；当车辆高速行
驶时，在提供转向助力时能保证驾驶员的路感。
[ 关键词 ] 汽车；轮毂电机；差动助力；转向
[ 中图分类号 ] U463.4；U469.72 [ 文献标志码 ] A
第 58 卷 第 10 期 Vol. 58 No. 10
农业装备与车辆工程
AGRICULTURAL EQUIPMENT & VEHICLE ENGINEERING
2020 年 10 月 October 2020
doi:10.3969/j.issn.1673-3142.2020.10.006
轮毂电机驱动汽车差动助力转向建模与仿真
0 引言
汽车转向性能是汽车极为重要的性能之一， 它不仅能影响到汽车的操纵稳定性，而且对汽车 的行驶安全也有着巨大的影响，而且随着汽车电 子技术的发展，人们对汽车转向性能的要求也日 益提高。汽车转向系统先后经历了机械转向、液 压助力转向、电子液压助力转向、电动助力转向 以及最新的线控转向等阶段 [1]。尤其是电动助力 转向系统，因为其优越的系统性能及较高的可靠 性，被广泛应用在中小型汽车中。然而，无论哪 一种助力转向系统都需要在转向系统中加入助力 机构，这无疑增加了转向系统的成本，使系统结 构变得复杂。在现阶段发展迅速的电动汽车中， 轮毂电机驱动汽车由于没有传统燃油车的复杂的 机械传动结构，所以传动效率高，安装方式灵活。