基于车轮加速度门限的牵引力控制系统制动控制算法.pdf
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1、基于车轮加速度门限的牵引力控制系统制动控制算法第六图书馆针对某42车辆提出了一种基于车轮加速度门限自调整的TCS制动控制算法.选择以驱动轮相对滑转率和加速度为控制门限设计了控制逻辑.通过在Matlab/Simulink环境下进行仿真,分析了加速度门限的取值对控制效果的影响.在研究不同因素对加速度门限取值影响的趋势的基础上,设计了一种以查表的方式根据不同工况自动选取加速度门限的方法,并通过硬件在环试验对算法进行了验证.结果表明,算法能选取适宜的加速度门限,有效地控制驱动轮滑转并提高车辆牵引性能.针对某42车辆提出了一种基于车轮加速度门限自调整的TCS制动控制算法.选择以驱动轮相对滑转率和加速度为
2、控制门限设计了控制逻辑.通过在Matlab/Simulink环境下进行仿真,分析了加速度门限的取值对控制效果的影响.在研究不同因素对加速度门限取值影响的趋势的基础上,设计了一种以查表的方式根据不同工况自动选取加速度门限的方法,并通过硬件在环试验对算法进行了验证.结果表明,算法能选取适宜的加速度门限,有效地控制驱动轮滑转并提高车辆牵引性能.车辆工程 加速度门限 牵引力控制系统 制动控制 仿真 硬件在环试验吉林大学学报:工学版赵健 李静 宋大凤 张加才 李幼德吉林大学汽车工程学院,长春1300222007第六图书馆第六图书馆第 3 7卷第 2期 2 0 0 7年 3月 吉 林 大 学 学 报(工
3、学 版)J o u r n a l o f J i l i n Un i v e r s i t y(En g i n e e r i n g a n d Te c h n o l o g y Ed i t i o n)Vo1 3 7 NO 2 M a r 2 0 07 基于车轮加速度门限的牵引力控制 系统制动控制算法 赵健,李 静,宋大凤,张加 才,李(吉林 大学 汽车工程 学院,长春 1 3 0 0 2 2)幼德 摘 要:针对 某 4 x 2车 辆提 出 了一种 基 于车 轮 加速 度 门 限 自调 整 的 T C S制 动控 制 算法。选 择 以驱动轮相对滑转率和加速度为控制门限设计了控
4、制逻辑。通过在 Ma t l a b S i mu l i n k环境 下进行仿真,分析 了加速度门限的取值对控制效果 的影响。在研 究不 同因素对加速度 门限取 值影响的趋势的基础上,设计了一种以查表 的方式根据不 同工况 自动选取加速度门限的方法,并通过硬件在环试验对算法进行 了验证。结果表 明,算法能选取适宜的加速度门限,有效地控 制驱 动轮 滑转 并提 高车辆 牵 引性 能。关 键词:车辆工 程;加速 度 门限;牵 引力控 制 系统;制 动 控制;仿真;硬件 在环试 验 中图分 类号:U4 6 3 5 4 文献标 识码:A 文章编 号:1 6 7 1 5 4 9 7(2 0 0 7)0
5、 2 0 2 6 3 0 6 Br a k e c o n t r o l a l g o r i t h m o f t r a c t i o n c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n wh e e l a c c e l e r a t i O n t hr e s h o l d Z h a o J i a n,Li J i n g,S o n g Da f e n g,Zh a n g J i a c a i,Li Yo u d e (Co l l e ge o f Au t o mo b i l e En g i n e e r i n g
6、,J i l i n Un i v e r s i t y,Ch a n g c hu n 1 3 0 0 2 2,C h i n a)Ab s t r a c t:A b r a k e c o n t r o l a l g o r i t h m o f t h e t r a c t i o n c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n t h e s e l f-a d j u s t i n g wh e e 1 a c c e l e r a t i o n t h r e s h ol d wa s pr o p os e d f or t
7、 he 4 X 2 ve h i c l e s,a nd a c o n t r ol l og i c wa s d e s i gn e d us i n g t he r e l a t i ve s l i p r a t e of t he d r i v i ng whe e l a s t h e pr i ma r y t hr e s ho l d a nd t h e whe e 1 a c c e l e r at i o n a s t he s e c o n d a r y t h r e s h o l d Th e s i mu l a t i o n wa
8、s p e r f o r me d u s i n g t h e Ma t l a b S i mu l i n k t o s t u d v t h e e f f e c t o f t he s e l e c t e d a c c e l e r a t i o n o n t he c on t r ol r e s ul t Ba s e d on t h e e f f e c t of d i f f e r e n t f a c t o r s On t he s e l e c t i o n o f t he a c c e l e r a t i o n t
9、h r es h ol d,a t a bl e l o o k u p me t h od t o s e l e c t a u t o ma t i c al l y t h e a c c e l e r a t i on t hr e s h ol d a c c o r d i ng t o d i f f e r e n t d r i v i n g c ond i t i on s wa s d e s i gn e d a n d v e r i f i e d by t he h a r d war e i n t he I o op t e s t Th e r e s
10、 ul t s s h o w t ha t t h e pr o po s e d a l go r i t h m c a n s e l e c t t he op t i mi z e d a c c e l e t a t i o n t hr e s ho 1 d t o c o nt r o 1 e f f e c t i v e l y t h e s l i p pa g e of t he dr i v i n g whe e l a n d i mpr o v e t h e ve hi c 1 e t r a c t i on p e r f or ma nc e Ke
11、 y wo r d s:v e h i c l e e n g i n e e r i n g;a c c e l e r a t i o n t h r e s h o l d;t r a c t i o n c o n t r o l s y s t e m(TC S);b r a k e c o n t r o l;s i mul a t i o n;h a r dwa r e i n t he l o op(HI I )t e s t 收稿 日期:2 0 0 5 1 1 O 7 基金项 目:总装备 部“十五”预研项 目;吉林大学“9 8 5 工程 资助项 目 作者简介:赵 健(1 9
12、7 8一),男,博 士研究生 研究方 向:汽车地面系统分析与控制 E-ma i l:z h a o j i a n ma i lj l e d c n 通讯联 系人:李幼德(1 9 4 5一),男,教授,博士生导师 研究方向:汽车地 面系统分析 与控 制 E ma i l:a u t ot c s j l u e d u c n 维普资讯 http:/ http:/ 第六图书馆第六图书馆 2 6 4 吉 林 大 学 学 报(工 学 版)第 3 7卷 当车辆在附着分离路 面上驱动行驶时,低附 着侧车轮易发生过度滑转,从而使车辆牵引能力 大大降低,牵引力控制 系统通过 向打滑驱动轮独 立施加制动将
13、其滑转率控制在最佳范围之内以获 得最佳的牵引性能_ l。目前,最实用、应用最广 泛的牵引力制动控制方法是逻辑 门限值 控制方 法。最直接 的控 制方法 是选 取滑转 率作 为控制 门 限,在分离 路面上,处 于高 附着侧 的驱 动轮轮速 基 本不发生滑转,可将左、右驱动轮的相对滑转率作 为主控制门限。但是,滑转率门限只能反映轮速 的大小而 不能反 映其 变 化趋 势,需 采 用 车轮 加 速 度作为辅助 门限。然而,车辆行驶过程 中,路面、档位 等工 况经 常变化,若加 速度 门限 固定不 变,则 可 能导致增 压 过 度 或增 压 过 缓 等 问题 4。应 用 一些现代 的控制 方法 可 以
14、根 据工 况 白适 应调节 控 制参数,但这些算法对控制系统硬件要求较高,实 时性 较差,故其应 用有 一定难 度。本文 以附着分 离 路 面作 为 研 究 工 况,针 对 某 4 2车辆 设 计 了以驱 动 轮 相对 滑 转 率 作 为 主控 制门限、加速度作为辅助控制门限的牵引力控制 制 动控 制算 法,在 Ma t l a b S i mu l i n k环 境 下 建 立 车 辆加速 动力 学仿 真 软 件 并进 行 了仿 真,分析 了 小 同加速 度 门 限取 值 对 控 制效 果 的 影 响。最 后,分析 r 影响角加速度 门限取值的主要因素。在此 基 础 二,设 计 r 一 一
15、种 能够 根 据 档位、油 门、路 面 条 件 的变 化 自动选 取 车轮 加 速 度 门 限 的算 法,并 在 仿真环境下进行 _r 验证。1 TCS制动控制逻辑 选 择驱 动轮相 对 滑 转 率作 为 主 控 制 门 限,车 轮角加速度作为辅助控制 门限,设计牵 引力控制 算 法 的制动 控 制子 程 序 挎制 流程 如 1所 示_ f。图中,为 计算 车速;、分 别为 左、右非 驱 动 轮速度;、玳为左、右驱 动 轮速 度;为进 行 制 动控制 的车速 限值;U 为低 速 驱 动 轮速 度;“为 高速 驱 动轮 速 度;、分 别 为根 据 滑 转率 门 限 计 算得 到的 轮速第 一 一
16、、第 二 限;d v ,为车 轮 加 速 度;为加 速度 门限。图中 表 示用非 驱动 轮转速 平均 值作 为 实际车速,车速超过设定速度限值时,不进行制动 控制,以避免两轮驱动力差产生的横摆力矩在 高 速 情况下 导致 驾驶 员失去 对汽 车 的控 制。表示 取驱 动轮 中的低 速车 轮速度 作 为控 制量,高速车轮速度 作为被控制量,设定控制 门限 图 1 T C S制动 控 制 流 程 图 Fi g 1 Fl o wc h a r t o f TCS b r a k e c o nt r o l t 二=I (1+1),l l】一 l _ (1+2)。其 中 S 1、s 2 分别为滑转率
17、控制第一、第二门限。表示首先 判断轮速是 超 过第一 门限 若否,则直接返 回主程 序(图 1中的);若是,则进 一 步判断 轮速 是 否超 过第 二 门 限。表 示 若 轮 速 超 过 第二 门限(图 1中的 是),说明两轮轮速分离 已经达 到较严 重 的程度,继续 判 断是 否有 d v d0 (图 1中 的 )。若 否,应 立 即 增 大 制 动 压 力;若 是,则说明之前施加了制动压力并已足够,轮速已 经开始 回落 保 持 制 动 压 力 直 至 轮 速 小 于 第 二 门 限。若轮 速未 超过 第 二 门限(图 1中的 一否),即轮 速处 于两个 门限 之 间,则需 进 一 步 判
18、断车 轮 加 速度 d v 是 否 超 过 门 限 n。(图 1中 的)。若 是,说 明打滑车轮轮速变化剧烈,应增 大制动压 力;否则,说 明两轮虽超过第一门限,但打滑车轮 轮速 变 化 较 为 平 缓。此 时应 进 一 一 步 判 断 是 否有 d v d0(图 1中的 ),若 是,说 明 轮 速 已 降至 较 低值 且继续 下 降,应 减小制 动压 力;否 则说 明轮速 处 于稳定 区域,应使 制 动压 力 尽 量 长 时 间保 持在 此 区域。表示 控制 完成后,返 回主程 序。2 加速度 门限对控制效果 的影 响 车辆在分离路面上行驶时,高附着一侧驱动 轮速与实际车速大致相 当,相对滑
19、转率 门限可根 据轮胎在路面上 的最佳滑移率来选取,而加速度 门 限 a。的取值对 控 制效果 也有 重要 影 响,为 此在 Ma t l a b S i mu l i n k环 境 下 建 立 42车 辆 驱 动 工 况动力学仿真模型,根据设计 的控制逻辑编写 控制算 法进 行 仿 真。仿 真 工 况设 定 为 三 档,路 面 维普资讯 http:/ http:/ 第六图书馆第六图书馆第 2期 赵健,等:基于车轮加速度 门限的牵引力控制 系统制动控制算法 2 6 5 附 着 系数 一0 1 o 5,车辆 初速设 定 为 3 m s,油 门开度保持 l O 0 ,仿真 时间为 6 S,控制算法
20、模 块 采样 时 间设 定 为 4 0 ms,即每秒 进 行 制 动 控 制 2 5次。不加 制动控 制 和取不 同加 速度 门 限进行控 制 的仿真结果如图 2 图 5所示,图中,I为左侧(低 附着)驱 动 轮 轮 速,2为 右 侧(高 附着)驱 动 轮 轮 速,3为车速。由图 2可知,无 T C S控制的情况下,处于低 附着一侧 轮速 迅速 上升,6 S 后车 速为 5 5 6 m s。由图 3 一 图 5可 以看 出,加 速 度 门 限取 不 同 的值,控 制结 果有很 大差 距。(1)如图 3 所示,在 3 4 S左右,低附着一侧 车轮速度迅速下降,说明系统 向该侧车轮施加 了 过 度
21、 的制 动 力矩,并 因此 造成 系统 误操 作,在 3 8 S左右向高附着一侧车轮施加了制动,进而造成 低附着侧车轮抱死。由于 T C S系统控制 的是驱 动轮,车轮转动惯量较大,相对滑转率虽然超过 门 限,但打滑车轮的角加速度却不一定很大,此时,车 轮处 在一个 相对 平 稳 的工 作状 态,加速 门 限取 图 2 无 T C S制动控制的驱动轮速度 车速 曲线 F i g 2 Dr i v e n wh e e l s v e h i c l e v e l o c i t y c u r v e s wi t h o u t TCS br a ke c o nt r o l l O 9
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- 基于 车轮 加速度 门限 牵引力 控制系统 制动 控制 算法
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