四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)_圖文

1、國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：U461.6 學(xué)校代碼：10213 國(guó)際圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：629 密級(jí)：公開(kāi)工學(xué)碩士學(xué)位論文四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)碩士研究生：王良良導(dǎo) 師：邊文鳳教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科：車(chē)輛工程所 在 單 位：汽車(chē)工程學(xué)院答 辯 日 期：2009年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)Dissertation for the Masters Degree in EngineeringDESIGN OF ACCELERATION SLIPREGULATION FOR FOUR WHEEL DRIVEVEHICLECandidate ：Wang Liangliang Supervisor ：

2、Prof. Bian Wenfeng Academic Degree Applied for：Master of Engineering Speciality ： Vehicle Engineering Affiliation ：School of Automobile EngineeringDate of Defence： June, 2009Degree-Conferring-Institution ：Harbin Institute of Technology摘 要驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)ASR 的基礎(chǔ)是 ABS，是在 ABS 為基礎(chǔ)上的延伸，ABS 和 ASR 統(tǒng)稱為防滑控制系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)防滑控制

3、系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)作用于驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩來(lái)控制驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率，從而使汽車(chē)的操縱性、橫向穩(wěn)定性、動(dòng)力性以及燃油經(jīng)濟(jì)性都得到提高。四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)與二輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)相比，因?yàn)槠涿總€(gè)輪胎所受的驅(qū)動(dòng)力只有二輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的一半，故具有更好的越野性能，然而，四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)本身存在許多不足，比如：短時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)操作繁瑣；常時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)由于前后驅(qū)動(dòng)橋之間以及左右驅(qū)動(dòng)輪之間通過(guò)差速器連接，只要一個(gè)車(chē)輪處于低附著系數(shù)路面上時(shí)，整車(chē)驅(qū)動(dòng)力幾乎喪失。將驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)用于四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)將有可能解決四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)打滑的問(wèn)題。本文主要從輪胎的滑轉(zhuǎn)以及整車(chē)的動(dòng)力性等方面來(lái)分析驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)對(duì)于四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的影響，主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分：

4、1、分析四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)，制定出四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)的控制策略。通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩以及控制制動(dòng)器來(lái)控制車(chē)輪的相對(duì)滑轉(zhuǎn)。原始輸入?yún)⒖寄Ｐ蛙?chē)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出數(shù)據(jù)。2、建立四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型。本文主要為控制算法的研究，故數(shù)學(xué)模型可適當(dāng)簡(jiǎn)化，并將汽車(chē)行駛的條件設(shè)置為相對(duì)簡(jiǎn)單的路面情況。3、進(jìn)行 ASR 系統(tǒng)的控制算法研究。并主要探討了模糊控制在四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē) ASR 系統(tǒng)上的應(yīng)用。分別設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩控制器和制動(dòng)力矩模糊控制器。4、根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型在 MATLAB/SIMULINK 環(huán)境下建立仿真模型，并進(jìn)行了不同路面上的仿真分析。仿真結(jié)果表明驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)對(duì)于四輪驅(qū)

5、動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)起到了較好的抑制作用，并且使得四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性得到一定的提高，同時(shí)也驗(yàn)證了控制策略的正確性以及控制算法的可行性。關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)防滑；四輪驅(qū)動(dòng)；輪胎模型；MATLAB 仿真；模糊控制AbstractAcceleration slip regulation (ASR was developed based on Anti-lock Brake System (ABS. It is the extension of ABS to the driving course. So ABS and ASR are called a control system preventing sl

6、ide by a joint name. ASR can control the slippages of the driving wheels by adjusting the driving moments acting on the driving wheels. Accordingly improves the handling performance、transverse stability 、dynamic performance and economics.Four wheel drive vehicle has better cross-country performance

7、than two wheel drive vehicle. So it usually passes for SUV. However, four wheel drive vehicle has many shortages. To drive a short-time four wheel drive vehicle is very troublesome. Because the front and rare driving bridges of a long-time four wheel drive vehicle are connected through a differentia

8、l as well as the left and right driving wheels, certain wheel on the road with low coefficient of friction will result in else wheels driving power descend much, so the power to drive the car become almost zero. ASR can possibly solve the four wheel drive vehicles problem of slip. So this paper main

9、ly analysis the ASRs effect on the four-wheel-drive vehicle from the angle of dynamic performance. This paper mainly includes several parts as follows:1. The control strategies were set down by analysis the character of four wheel drive vehicle when driving. That is, the exceed slips of driving whee

10、ls are regulated by controlling the gun, and the relative slips of driving wheels are regulated by controlling the brake. The means of estimating the vehicles velocity used on the ABS was used for reference.2. The mathematic model of a four wheel drive vehicle was established. Establish a simple 、co

11、nvenience 、obvious 、accurate systems mathematic model. In this paper, the model of the system was established and the state-space of the system was deduced.3. Made some researches of the ASRs control algorithms. Then discuss the application of fuzzy control means on the ASR of four wheel drive vehic

12、le. The gun controller and brake controller were designed.4. The simulation model was established under the circumstance of MATLAB/SIMULINK according to the established mathematic model. And three different road conditions were simulated and analysis. The results of simulation have shown that ASR ca

13、n effectively regulated the driving wheels slippages, furthermore, the dynamic performance be improved. At the same time, it proved the control strategies were correct and the control algorithms were feasible.Keywords: acceleration slip regulation, four wheel drive; bond graph, simulation,fuzzy cont

14、rol目 錄摘要. I Abstract.II第1章 緒論.11.1 課題背景及研究的目的和意義.11.2 四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)防滑及其相關(guān)理論的發(fā)展.41.3 ASR在我國(guó)的現(xiàn)狀及本課題研究的內(nèi)容.6第2章 ASR的基本原理及控制策略的研究.92.1 ASR的基本原理及其基本結(jié)構(gòu).92.2 四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的ASR 控制策略的研究.102.3 模型汽車(chē)參數(shù)的確定.132.4 本章小結(jié).14第3章 汽車(chē)運(yùn)動(dòng)模型建立.153.1 輪胎力學(xué)模型.153.2 制動(dòng)系統(tǒng)模型.173.3 滑轉(zhuǎn)率的計(jì)算模型.173.5 汽車(chē)整車(chē)模型的建立.203.6 本章小結(jié).21第4章 模糊控制器的設(shè)計(jì).234.1 模糊控制

15、方法.234.2 模糊控制器的設(shè)計(jì).254.3 模糊系統(tǒng)的建模.304.4 本章小結(jié).30第5章 不同路面情況下的仿真及結(jié)果分析.315.1 ASR的控制器模型.315.2 仿真以及結(jié)果分析.345.3 本章小結(jié).43結(jié)論.44參考文獻(xiàn).46哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明.49哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文使用授權(quán)書(shū).49致謝.50第1章 緒論1.1 課題背景及研究的目的和意義汽車(chē)技術(shù)在近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)得到了快速的發(fā)展和提高，目前，ABS 對(duì)于大眾來(lái)說(shuō)已經(jīng)是一個(gè)很熟悉的名詞了。而以ABS 為基礎(chǔ)上衍生出來(lái)的 ASR 的概念對(duì)于人們來(lái)說(shuō)則顯得相對(duì)陌生得多，這兩者之間有著密不可分的聯(lián)系。ABS 是

16、 ANTILOCK BRAKE SYSTEM 的簡(jiǎn)稱，意思就是制動(dòng)防抱死系統(tǒng)。這是一項(xiàng)在 20 世紀(jì) 80 年代末才興起應(yīng)用的新技術(shù)，其發(fā)展非?？欤F(xiàn)在已經(jīng)成為絕大多數(shù)汽車(chē)尤其是乘用車(chē)輛的必裝件了1。據(jù)統(tǒng)計(jì)汽車(chē)突然遇到緊急情況剎車(chē)時(shí)百分之九十以上的駕駛者往往會(huì)一腳將剎車(chē)踏板踩到底來(lái)個(gè)急剎車(chē)。這時(shí)候的車(chē)子十分容易發(fā)生因?yàn)楸蓝l(fā)生的滑移，因?yàn)闄M向力會(huì)急劇減小，從而汽車(chē)失去操縱性，嚴(yán)重影響汽車(chē)的穩(wěn)定性。這是一種非常容易造成車(chē)禍的現(xiàn)象。造成汽車(chē)滑移的原因很多，例如行駛速度，地面狀況，輪胎結(jié)構(gòu)等都會(huì)造成打滑2。但最根本的原因是汽車(chē)在緊急制動(dòng)時(shí)車(chē)輪輪胎與地面的滾動(dòng)摩擦?xí)蝗蛔優(yōu)榛瑒?dòng)摩擦，輪胎的側(cè)向附著力

17、幾乎喪失。此時(shí)，車(chē)輛有可能發(fā)生諸如側(cè)滑，甩尾，失去轉(zhuǎn)向能力等一系列的現(xiàn)象。針對(duì)這種現(xiàn)象，汽車(chē)專(zhuān)家早在上個(gè)世紀(jì) 60 年代就研制出車(chē)用 ABS 這樣一套防滑制動(dòng)裝置，很好地解決了制動(dòng)時(shí)車(chē)輪容易被抱死的問(wèn)題3。不僅如此，ABS 裝置還使得汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)距離得到縮短。這樣，ABS 的運(yùn)用使得汽車(chē)的主動(dòng)安全性大為提高，事故發(fā)生率明顯降低。在車(chē)輛的制動(dòng)過(guò)程中，由于制動(dòng)力過(guò)大會(huì)引起車(chē)輪抱死現(xiàn)象的發(fā)生。同樣的，在車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)的過(guò)程中，如果驅(qū)動(dòng)力過(guò)大，將會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)輪的過(guò)度滑轉(zhuǎn)。因此，人們很自然地將 ABS 的思想延伸到車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)過(guò)程，這樣就研制出了驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng) ASR（ACCELERATION SLIP RE

18、GULATION）。由于驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)是通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的牽引力實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪防滑轉(zhuǎn)控制的，因此，也被稱為牽引力控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱 TCS（TRACTION CONTROL SYSTEM）。ASR 的應(yīng)用對(duì)于驅(qū)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)輪的過(guò)度滑轉(zhuǎn)起到了很好的抑制效果。因此，ASR 系統(tǒng)也正在逐漸地被用于各種車(chē)輛上，尤其是轎車(chē)等動(dòng)力性能較好的車(chē)輛4。ASR 的應(yīng)用使得汽車(chē)的防滑控制更加合理，不僅在制動(dòng)的過(guò)程中能夠減小制動(dòng)距離降低危險(xiǎn)，而且能在驅(qū)動(dòng)過(guò)程中防止過(guò)度滑轉(zhuǎn)，因?yàn)椋珹SR 和ABS 合稱防滑控制系統(tǒng)5。防滑控制系統(tǒng)的發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)初期，早在1928年制動(dòng)防抱死理論就被提出，在 30 年代機(jī)械式制動(dòng)防抱死系

19、統(tǒng)在火車(chē)和飛機(jī)上獲得應(yīng)用，博世公司(BOSCH在 1936 年第一個(gè)獲得了用電磁式車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器獲取車(chē)輪轉(zhuǎn)速的制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的專(zhuān)利權(quán)。50 年代以后，專(zhuān)門(mén)用于汽車(chē)的防滑控制系統(tǒng)開(kāi)始受到廣泛關(guān)注并逐漸在這個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。這一時(shí)期的各種防滑控制裝置采用的都是機(jī)械式的車(chē)輪轉(zhuǎn)速傳感器和機(jī)械式的制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置，因此獲取的車(chē)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)不夠精確，控制系統(tǒng)的適時(shí)性和精確性也得不到保證，控制效果并不理想。從60年代后期到70年代初期，在ABS 領(lǐng)域一些電子控制的制動(dòng)防抱死系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)入產(chǎn)品化階段。這一時(shí)期的各種防滑控制系統(tǒng)都是采用模擬式電子控制裝置，存在著反應(yīng)速度慢、控制精度低、易受干擾等缺陷。進(jìn)入到70年代后

20、期，數(shù)字式電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，為防滑控制系統(tǒng)走向?qū)嵱没於嘶A(chǔ)6。別克(BUICK公司在1971年研制了由電子控制裝置自動(dòng)中斷發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，以減小發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩，從而防止汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)防滑控制裝置，這可以說(shuō)是現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)的最初雛形。進(jìn)入到80年代中期以后，由于ABS 技術(shù)在國(guó)際汽車(chē)界得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步并有了突破性進(jìn)展，所以ASR 技術(shù)也不斷地得到完善，世界上最早的產(chǎn)品化的汽車(chē)電子驅(qū)動(dòng)防滑裝置是1985年由瑞典沃爾沃汽車(chē)公司試制生產(chǎn)的，并安裝在Volvo 760 Turbo汽車(chē)上，該系統(tǒng)稱為電子牽引力控制(ETC。它由車(chē)輪上的4個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器、ETC 控制儀和用來(lái)控

21、制燃油噴射量的附加裝置Motronic 組成。輪速傳感器測(cè)出的轉(zhuǎn)速信息在ETC 控制儀中計(jì)算出車(chē)輪的滑轉(zhuǎn)率，如果車(chē)輪上的驅(qū)動(dòng)滑轉(zhuǎn)率超過(guò)給定域值，那么首先斷開(kāi)渦輪增壓器，并借助Motronic 逐級(jí)節(jié)制噴油。在第1級(jí)中對(duì)氣缸1每隔一個(gè)工作沖程噴油一次，在第 2 級(jí)中對(duì)氣缸 1完全停止噴油。ETC 邏輯系統(tǒng)計(jì)算輪胎與路面之間的摩擦狀況，允許 5%25的滑轉(zhuǎn)率，以達(dá)到最大可能的牽引力。1986 年在底特律汽車(chē)巡回展中，美國(guó)GM 汽車(chē)公司雪佛蘭部在其生產(chǎn)的克爾維特英迪牌轎車(chē)上安裝了牽引力控制系統(tǒng)，為驅(qū)動(dòng)防功能的防滑控制系統(tǒng)ABS/ASR 2U，并首先裝備在 Mercedes S 級(jí)轎車(chē)上，而且開(kāi)始了小

22、批量的生產(chǎn)。目前，已經(jīng)有許多高級(jí)轎車(chē)將具有制動(dòng)防抱死和驅(qū)動(dòng)防滑轉(zhuǎn)功能的防滑控制系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)裝備或選擇裝備。與此同時(shí)，Benz 公司與WABCO 公司也開(kāi)發(fā)出了驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)，并應(yīng)用于貨車(chē)上7。1987 年Bosch 公司在原有的 ABS/ASR的基礎(chǔ)上開(kāi)始大批量生產(chǎn)兩種不同形式的汽車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)：一種是可保證方向穩(wěn)定性的完全通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩控制的 ABS/ASR；另一種是既可保證方向穩(wěn)定性，又可改善牽引性的驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)力調(diào)節(jié)與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩調(diào)節(jié)綜合控制的ABS/ASR。同年9月，日本Toyota 公司在其生產(chǎn)的Crown 牌轎車(chē)上安裝了TCS ，它采用了發(fā)動(dòng)機(jī)副節(jié)氣門(mén)調(diào)節(jié)和驅(qū)動(dòng)輪液壓調(diào)節(jié)聯(lián)合控制

23、的方式。后來(lái)，Toyota 公司又在Lexus Ls400 轎車(chē)上發(fā)展了這一技術(shù)。它通過(guò)對(duì)節(jié)氣門(mén)和制動(dòng)控制方式進(jìn)行改進(jìn)，使得轎車(chē)在低附著路面上獲得更好的加速性能，特別是當(dāng)轎車(chē)行駛在附著性能不同的路面上時(shí)，該系統(tǒng)能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)左右輪的制動(dòng)壓力，通過(guò)在阿拉斯加、加拿大、瑞典等地實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行良好7。1989 年，德國(guó)Audi 公司首次將驅(qū)動(dòng)防滑調(diào)節(jié)裝置安裝在前置前驅(qū)動(dòng)的 Audi 轎車(chē)上。截至1990年底，世界上已有23個(gè)廠牌的50余種車(chē)型安裝了驅(qū)動(dòng)防滑裝置，并且許多廠家開(kāi)始削減四輪驅(qū)動(dòng)車(chē)型號(hào)，而改為發(fā)展ASR 系統(tǒng)。進(jìn)入90年代，許多新的技術(shù)和控制方法應(yīng)用到了ASR 上。豐田公司開(kāi)發(fā)出了一種新型的

24、牽引力控制系統(tǒng)，它僅通過(guò)控制節(jié)氣門(mén)開(kāi)度和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出，而不涉及制動(dòng)力調(diào)節(jié)。此系統(tǒng)有以下特征：節(jié)氣門(mén)最初開(kāi)度角自適應(yīng)設(shè)定；節(jié)氣門(mén)開(kāi)度角自動(dòng)調(diào)節(jié)；輸出扭矩的有效控制。通過(guò)這些方式，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)幾乎相同的功能，而其成本卻大大降低。而且，由于這一系統(tǒng)既不影響轉(zhuǎn)向，又不會(huì)增加噪聲和振動(dòng)，從而減輕了駕駛員負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)了在各種不同路面上的操縱能力8。1993年，Bosch 公司又開(kāi)發(fā)出了第5代ASR 系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)更加緊湊，可靠性有所增強(qiáng)，而且其成本也大大降低了。另外，新的牽引力控制系統(tǒng)采用了模糊控制邏輯，它大大增強(qiáng)了汽車(chē)在各種不同路面上行駛的穩(wěn)定性。由于車(chē)輪的滑轉(zhuǎn)率隨著不同路面和不同車(chē)速而不斷變化，

25、模糊控制能夠獲取最佳滑轉(zhuǎn)率，從而使得汽車(chē)制動(dòng)性和加速性最佳，并且輪胎磨損減小。以前這一技術(shù)存在兩個(gè)問(wèn)題，其一是機(jī)械部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其二是當(dāng)車(chē)輪滑移率超出限定值時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。而現(xiàn)在這些問(wèn)題都得到了很好的解決，所以這一技術(shù)應(yīng)用前景很好9。韓國(guó)汽車(chē)工程師開(kāi)發(fā)出了一種用于牽引力控制的節(jié)氣門(mén)調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)僅由一個(gè)成本較低的單節(jié)氣門(mén)閥體構(gòu)成，并使用了可快速而精確反應(yīng)的直流伺服電動(dòng)機(jī)?；诠?jié)流閥角度逐步調(diào)節(jié)的不同參考模式，進(jìn)行時(shí)間延時(shí)控制，對(duì)于超調(diào)保護(hù)可做出快速而準(zhǔn)確的瞬時(shí)反應(yīng)，實(shí)車(chē)試驗(yàn)效果良好10。汽車(chē)牽引力控制這一國(guó)際上 80 年代中期開(kāi)始發(fā)展的新型實(shí)用安全技術(shù)，在國(guó)外獲得了廣泛迅速的發(fā)

26、展，目前這項(xiàng)技術(shù)正由豪華轎車(chē)向普通轎車(chē)和中型貨車(chē)上普及，并將它與 VDC（Vehicle Dynamic Control）等技術(shù)相結(jié)合。ABS/ASR系統(tǒng)成功地解決了汽車(chē)在制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性問(wèn)題，但不能解決轉(zhuǎn)向行駛時(shí)的方向穩(wěn)定性問(wèn)題。為此，汽車(chē)發(fā)達(dá)國(guó)家在 ABS/ASR 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研制開(kāi)發(fā)了 VDC 系統(tǒng)。這一系統(tǒng)把汽車(chē)的制動(dòng)、驅(qū)動(dòng)、懸架、轉(zhuǎn)向、發(fā)動(dòng)機(jī)等主要總成的控制系統(tǒng)在功能和結(jié)構(gòu)上有機(jī)地結(jié)合在一起，可使汽車(chē)在各種惡劣工況下，都有最佳的行駛性能。寶馬公司于 1995 年在BMW950i 和850ci 轎車(chē)上引入了VDC 技術(shù)。通過(guò)在不同的行駛條件下，比較帶有VDC 系統(tǒng)的轎車(chē)和普通轎

27、車(chē)（未裝VDC ）的性能，帶有VDC 系統(tǒng)的轎車(chē)的操縱穩(wěn)定性顯著提高，而牽引力沒(méi)有受到絲毫損害11。1.2 四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)防滑及其相關(guān)理論的發(fā)展四輪驅(qū)動(dòng)，就是將發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的扭矩通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)分別傳遞到四個(gè)車(chē)輪，使得四個(gè)車(chē)輪同時(shí)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)12。由于四個(gè)車(chē)輪同時(shí)作為驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，分配到每個(gè)輪子上的驅(qū)動(dòng)力更小，所以動(dòng)力能夠利用的更充分，使得汽車(chē)具備了更好的越野性能。四輪驅(qū)動(dòng)又分為短時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)和常時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)。在短時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)上，駕駛員必須時(shí)時(shí)判斷汽車(chē)的行駛狀態(tài)，把汽車(chē)切換成二輪驅(qū)動(dòng)或者四輪驅(qū)動(dòng)13。正因?yàn)槎虝r(shí)四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)操作起來(lái)相當(dāng)麻煩，汽車(chē)設(shè)計(jì)者首先考慮的肯定是常時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。實(shí)際上也是如此，在歷史

28、上早期出現(xiàn)的四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)幾乎全是常時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)14。但是達(dá)到實(shí)用化的四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)又為什么是短時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)呢？這是因?yàn)槌r(shí)四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)輪是直接連在一起的，這種連接將產(chǎn)生許多機(jī)械上的問(wèn)題。四輪驅(qū)動(dòng)和二輪驅(qū)動(dòng)相比，表面上只是驅(qū)動(dòng)輪增加了一倍，實(shí)際上技術(shù)上要復(fù)雜得多。對(duì)于四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)而言，許多二輪驅(qū)動(dòng)根本不是問(wèn)題的問(wèn)題卻成了大問(wèn)題。除此之外，還出現(xiàn)了四輪驅(qū)動(dòng)所固有的新問(wèn)題。在這些四輪驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題和現(xiàn)象中，特別重要的有以下四點(diǎn)：急轉(zhuǎn)彎制動(dòng)現(xiàn)象；前后輪互相干涉；動(dòng)力傳動(dòng)效率低；傳動(dòng)系的振動(dòng)和噪聲大14。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的很重要的原因就是前后傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速相同。因此，只要在前后傳動(dòng)軸之間加上一個(gè)差速

29、器就可以解決。這個(gè)差速器叫做中間差速器，中間差速器是四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)一個(gè)非常關(guān)鍵的部件。這樣，在四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)上，就出現(xiàn)了 3 個(gè)差速器。即原車(chē)固有的前差速器和后差速器，再加上這個(gè)中間差速器。按前后輪扭矩分配比分類(lèi)的話，中間差速器有兩種形式，一種和前后差速器一樣，分配給前后輪的扭矩大小相等。另外一種，是利用行星齒輪機(jī)構(gòu)，將扭矩按一定比例分配給前后輪。在四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)上布置了中間差速器，可以解決四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的許多問(wèn)題，但同時(shí)也給四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)帶來(lái)了許多新問(wèn)題15。因?yàn)樗妮嗱?qū)動(dòng)汽車(chē)布置了三個(gè)差速器，即前后差速器和中間差速器，所以汽車(chē)的四個(gè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪上的驅(qū)動(dòng)力矩相等（假設(shè)中間差速器的前后扭矩分配比例為 11）。

30、這時(shí)，只要有一個(gè)車(chē)輪打滑空轉(zhuǎn)，由于差速器的作用，其它三個(gè)車(chē)輪所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力將大幅度下降，整車(chē)的驅(qū)動(dòng)力矩幾乎為零。這樣則嚴(yán)重影響了四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的越野性能，有違四輪驅(qū)動(dòng)提高汽車(chē)越野性能的初衷。為了徹底解決關(guān)于四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)上述的一系列的問(wèn)題，人們提出了各種各樣的方案，主要的有以下幾種：短時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)防止車(chē)輪打滑；采用單向超越離合器防止急轉(zhuǎn)彎制動(dòng)現(xiàn)象；用濕式多片離合器控制驅(qū)動(dòng)力矩；使用差動(dòng)限制裝置補(bǔ)償差速器的缺點(diǎn)；使用等速聯(lián)軸節(jié)降低驅(qū)動(dòng)系振動(dòng)和噪聲16。正如之前所說(shuō)的，四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)與二輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)相比，具備了更加優(yōu)越的越野性能。然而由于四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)本身的結(jié)構(gòu)原因又使得四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)出現(xiàn)了一系列的問(wèn)題。雖然通

31、過(guò)設(shè)置更多的機(jī)械部件和增加操作步驟如增加單向超越離合器粘性聯(lián)軸節(jié)差動(dòng)限制裝置等等，使問(wèn)題在一定程度上得到解決。但是這些改進(jìn)性的工作使得四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，操作起來(lái)也更加繁瑣。這些都是我們所不愿意看到的，也不符合簡(jiǎn)單化的設(shè)計(jì)原則。既然采用純機(jī)械式的方法必然會(huì)增加結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和操作難度，不如另辟蹊徑，摒棄上面的看似巧妙實(shí)則繁瑣的設(shè)計(jì)方案，采用最新的電子控制技術(shù)，使四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)在駕駛過(guò)程中不需要增加任何的操作步驟，并且達(dá)到四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)所預(yù)期的驅(qū)動(dòng)效果17。ASR 系統(tǒng)恰巧滿足了四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)這兩方面的要求。首先，ASR 系統(tǒng)是一自動(dòng)控制的系統(tǒng)。它能夠自動(dòng)地識(shí)別路面情況車(chē)輛行駛狀況，

32、然后根據(jù)制定好的控制策略，做出相應(yīng)的動(dòng)作來(lái)控制車(chē)輪的滑轉(zhuǎn)。其次，當(dāng)汽車(chē)行駛在壞路面上有車(chē)輪發(fā)生打滑時(shí)，ASR 系統(tǒng)會(huì)通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)力矩來(lái)控制車(chē)輪的滑轉(zhuǎn)。這樣使得其他的驅(qū)動(dòng)輪不至于扭矩和打滑的車(chē)輪一道迅速地降低，保證了汽車(chē)的動(dòng)力性。同時(shí)，由于 ASR 系統(tǒng)能夠控制車(chē)輪的滑轉(zhuǎn)率，使車(chē)輪具有較大的縱向和橫向的附著系數(shù)，因此使得汽車(chē)具備了更良好的動(dòng)力性和操縱穩(wěn)定性。在近時(shí)期的發(fā)展，汽車(chē)的控制系統(tǒng)已經(jīng)很大程度的開(kāi)始集中化了，以ESP 系統(tǒng)為例，其實(shí)就是各種控制系統(tǒng)的綜合，而ASR 系統(tǒng)本身就是防滑控制系統(tǒng)中的一部分，也是汽車(chē)整體控制系統(tǒng)的一部分，研究好每個(gè)組成零件，ESP 的整體性能才能提高上去。1.3

33、ASR在我國(guó)的現(xiàn)狀及本課題研究的內(nèi)容ASR 的基礎(chǔ)是ABS ，由于我國(guó)在 ABS 獨(dú)立自主的研究方面尚未取得突破，ASR 的研究工作亦沒(méi)有充分的進(jìn)展18。我國(guó)在 ASR 技術(shù)的研究方面目前還處在初期的理論研究和探索階段，還尚未有實(shí)用化的 ASR 產(chǎn)品的研究與開(kāi)發(fā)19。從有關(guān)資料來(lái)看，國(guó)內(nèi) ASR 技術(shù)研究的側(cè)重點(diǎn)目前主要傾向于控制策略和控制算法、邏輯等方面的理論研究，期刊上也只有零星的關(guān)于這方面的理論研究文章，還未見(jiàn)系統(tǒng)地研制和試驗(yàn)方面的報(bào)道。我國(guó)現(xiàn)在在 ASR 系統(tǒng)的控制理論方面大多側(cè)重于采用以制動(dòng)力控制為主、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出控制為輔的控制方法，在離合器、電子控制變速器、電子控制防滑差速器的研

34、究方面還沒(méi)有明顯的進(jìn)展。近年來(lái)國(guó)內(nèi)的一些技術(shù)人員在機(jī)械式防滑差速器的研究方面以及粘性聯(lián)軸節(jié)在 ASR 系統(tǒng)的限滑差速應(yīng)用方面都有新的理論提出并有部分產(chǎn)品研制，但其控制精度和可靠性還有待于進(jìn)一步提高。就現(xiàn)在大多數(shù) ASR 控制策略的研究來(lái)看，還都存在著控制精度和其它的諸多問(wèn)題，距離產(chǎn)品化研究還有一定的差距19。在目前的研究中，主要有以下問(wèn)題難以解決20：(1發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)與制動(dòng)力矩控制協(xié)同工作 與 ABS 系統(tǒng)只是一個(gè)反應(yīng)時(shí)間近似一定的制動(dòng)控制單環(huán)系統(tǒng)不同，ASR 是由反應(yīng)時(shí)間不同的制動(dòng)控制和發(fā)動(dòng)機(jī)控制等組成的多環(huán)系統(tǒng)?？刂破?chē)驅(qū)動(dòng)力矩一般要用到節(jié)氣門(mén)開(kāi)度調(diào)節(jié)和制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)兩種手段，但在什

35、么情況下用前者，什么情況下用后者，怎樣協(xié)同工作才能使驅(qū)動(dòng)力調(diào)節(jié)效果達(dá)到最佳，這需要經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，并做認(rèn)真分析才能得出結(jié)論。(2執(zhí)行機(jī)構(gòu)滯后的影響 ASR 系統(tǒng)從數(shù)據(jù)采集到獲得驅(qū)動(dòng)力矩變化，在各個(gè)傳遞環(huán)節(jié)上需要消耗時(shí)間，如制動(dòng)系統(tǒng)增壓約遲滯 0.025s,減壓需遲滯 0.015s, 加上節(jié)氣門(mén)調(diào)節(jié)也存在同樣的問(wèn)題21。這樣驅(qū)動(dòng)力矩的調(diào)節(jié)存在滯后，累積后就會(huì)脫離要求的控制范圍，影響驅(qū)動(dòng)力矩調(diào)節(jié)效果。(3電子控制單元的抗干擾問(wèn)題(4汽車(chē)行駛過(guò)程中的道路識(shí)別技術(shù) 在不同的道路條件下作為控制邏輯中重要參量的車(chē)輛的目標(biāo)滑動(dòng)率及地面的峰值附著系數(shù)都不是一個(gè)固定的量。因此在 ASR 的控制系統(tǒng)中應(yīng)該根據(jù)車(chē)輛所

36、處的道路狀況采取不同的控制門(mén)限值及控制算法。所以如何能夠正確地識(shí)別路面附著條件就成了 ASR 領(lǐng)域的一個(gè)新的課題。(5新的控制理論和控制算法的研究 在 ASR 系統(tǒng)的控制理論和控制算法方面，目前國(guó)內(nèi)外技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)行了大量的研究，也獲得了一定的成果。新的控制方法不斷地被提出，從線性控制到非線性控制理論，以至于到模糊控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論等，目前在 ASR 方面都有所應(yīng)用22。在控制算法方面，從邏輯門(mén)限控制到模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法，大量的控制算法也不斷地被提出，并在車(chē)輛上進(jìn)行了大量的試驗(yàn)。但坦白地說(shuō)，目前所提出的很多算法，其提出理論所基于的模型甚至包括算法本身都還有不完善的地方，這就決定

37、了選擇的很多控制算法無(wú)法進(jìn)行適時(shí)的、精確的控制，其效果有一定的局限性23。例如選擇被普遍采用的地面附著系數(shù)隨驅(qū)動(dòng)輪滑動(dòng)率變化的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，它只是一種近似的、線性化了的理想狀況，要完全、精確地反映車(chē)輪的滑移狀態(tài)還是有所差距的，因此建立在這種模型基礎(chǔ)上的控制理論和控制算法也有很多需要進(jìn)一步斟酌和完善的地方。(6傳感器技術(shù)的發(fā)展和研究 傳感器測(cè)量的精度，直接決定了控制量的精度，是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在近代該技術(shù)得到了快速的發(fā)展，但是越精確的控制系統(tǒng)就要求越精確的傳感器，可以說(shuō)對(duì)傳感器技術(shù)的研究是無(wú)止境的。(7ASR 系統(tǒng)的集成化、輕量化研究以及拓展 ASR 系統(tǒng)的集成化、輕量化是目前 ASR 系統(tǒng)的一個(gè)難

38、點(diǎn)，也是其未來(lái)的發(fā)展方向24。在國(guó)外，將 ASR 系統(tǒng)的控制元件與執(zhí)行元件一體化的研究已經(jīng)有所進(jìn)展，而將 ASR 技術(shù)與 VDC 、DSC 等系統(tǒng)的集成化更是未來(lái)發(fā)展的主流。根據(jù)上面所做的分析，把 ASR 系統(tǒng)用于四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)能改善四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的性能。本課題主要針對(duì)的是四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的控制方法和控制算法。本文主要包括以下幾個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容：(1分析四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的行駛過(guò)程以及ASR 的各種控制方式，為四驅(qū)汽車(chē)制定合理的ASR 控制方案。(2通過(guò)數(shù)學(xué)分析，建立簡(jiǎn)單合理的汽車(chē)運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。(3設(shè)計(jì)模糊控制器，并對(duì)ASR 系統(tǒng)控制量中的驅(qū)動(dòng)力矩以及制動(dòng)力矩合理的參數(shù)化。將模糊控制器應(yīng)用到汽車(chē)運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型

39、中，進(jìn)行MATLAB/SIMULINK仿真，分析結(jié)果。第2章 ASR的基本原理及控制策略的研究2.1 ASR的基本原理及其基本結(jié)構(gòu)在駕駛員、汽車(chē)和道路三者所組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，汽車(chē)與環(huán)境之間的最基本聯(lián)系是輪胎和路面之間的作用力（包括縱向力和側(cè)向力、法向力以及回正力矩、翻轉(zhuǎn)力矩等）。汽車(chē)的行駛狀態(tài)主要是由輪胎和路面的作用力決定的，因此駕駛員對(duì)汽車(chē)的控制實(shí)質(zhì)上是在控制輪胎與路面間的作用力25。但是，車(chē)輪與路面間的作用力要受到輪胎與路面間的附著特性的限制。當(dāng)輪胎與路面間的作用力接近或達(dá)到附著極限，如汽車(chē)起動(dòng)或加速行駛過(guò)程中，如果路面附著系數(shù)較小，常常會(huì)使車(chē)輛驅(qū)動(dòng)扭矩超過(guò)輪胎與路面間的附著極限，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)

40、輪過(guò)度滑轉(zhuǎn)，這不但降低汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)性能，加劇輪胎磨損，增大傳動(dòng)系載荷和駕駛員負(fù)擔(dān)，增加燃油消耗，而且損害車(chē)輛的操縱性、穩(wěn)定性和安全性26。所以合理地調(diào)節(jié)車(chē)輛輪胎與路面間的作用力，對(duì)于提高汽車(chē)的主動(dòng)安全性具有重要的意義。驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)目的就是防止汽車(chē)在驅(qū)動(dòng)過(guò)程中（特別是起步、加速、轉(zhuǎn)彎等過(guò)程）驅(qū)動(dòng)輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)，使汽車(chē)在驅(qū)動(dòng)過(guò)程中的方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向操縱能力和加速性等都得到提高。它是伴隨著汽車(chē)制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(ABS的產(chǎn)品化發(fā)展起來(lái)的。汽車(chē)在路面上行駛，對(duì)于同一車(chē)輛，其驅(qū)動(dòng)力取決于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩，但要受到路面附著條件的限制。輪胎與路面的附著極限與輪胎結(jié)構(gòu)、路面狀況、天氣情況、車(chē)速等因素有關(guān)，是一個(gè)變化范

41、圍很廣的不確定量，大量試驗(yàn)證明，輪胎與路面之間的附著系數(shù)與滑轉(zhuǎn)率有直接關(guān)系27。圖 21 是典型路面上附著系數(shù)與滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系圖。從圖中可以看到，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率從 0 開(kāi)始增加時(shí)，附著系數(shù)也隨之增大，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率達(dá)到 0.2時(shí)，附著系數(shù)也到最大值max ，此后隨著滑轉(zhuǎn)率的提高，附著系數(shù)反而下降，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率為 1 時(shí)，其滑轉(zhuǎn)附著系數(shù)遠(yuǎn)小于max 。在 0 滑轉(zhuǎn)率與峰值附著系數(shù)所對(duì)應(yīng)的滑轉(zhuǎn)率 0.2間為穩(wěn)定區(qū)，曲線的下降階段為非穩(wěn)定區(qū)，該區(qū)不能穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)。從牽引性上考慮，驅(qū)動(dòng)輪的縱向滑轉(zhuǎn)率最好在0.2 處。 滑轉(zhuǎn)率100%V V S V =輪車(chē)輪式中 V 為車(chē)輪線速度； 輪V 車(chē)為汽車(chē)的行駛速度。 圖2-1 附著

42、系數(shù)與滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系1所以，ASR 系統(tǒng)的主要根本原理是通過(guò)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩和制動(dòng)力矩，從而達(dá)到將汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率控制在最佳范圍內(nèi)，通過(guò)這種方式，使得汽車(chē)即保證了良好的動(dòng)力性，又能保持一定得橫向摩擦力，提高了汽車(chē)的操縱性和穩(wěn)定性28?？刂颇繕?biāo)為驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率。如圖2-2 所示為一般ASR 的整個(gè)控制結(jié)構(gòu)29： 圖2-2 ASR控制結(jié)構(gòu)2.2 四輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的ASR 控制策略的研究ASR 系統(tǒng)主要目的是為了控制滑轉(zhuǎn)率，在現(xiàn)階段主要實(shí)現(xiàn)的方法有以下幾種30：(1調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 合理的調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，能夠使驅(qū)動(dòng)力的利用率達(dá)到最大，主要控制方式有：調(diào)節(jié)進(jìn)氣量、調(diào)節(jié)點(diǎn)火時(shí)間以及調(diào)節(jié)噴油量3

43、1。輸出轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)屬于整體性的調(diào)節(jié)，比如路面濕滑的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩整體應(yīng)該下調(diào)，因?yàn)閱渭兛恐苿?dòng)力的增加已經(jīng)不能滿足汽車(chē)操縱性的需要。(2控制驅(qū)動(dòng)輪的制動(dòng)力 控制驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力是直接對(duì)發(fā)生滑轉(zhuǎn)的輪子實(shí)施制動(dòng)，是最直接的減少滑轉(zhuǎn)的辦法，也是反映最快的方法，但其突然性比較大，會(huì)讓汽車(chē)的舒適性下降。(3控制差速器鎖止的程度 現(xiàn)階段大多數(shù)的差速器鎖止都是當(dāng)一側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)增加液壓的方式，讓差速器兩個(gè)輸出端輸出一樣的轉(zhuǎn)矩，這樣能防止因一側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪的打滑而另一側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪也喪失動(dòng)力的情況32。其反應(yīng)速度也很快，不過(guò)局限性比較大。(4調(diào)整離合器的分離程度和制動(dòng)系的速比 調(diào)整離合器的分離程度，是

44、通過(guò)增減壓的方式，使離合器的嚙合度發(fā)生變化，從而可以降低或提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩33；而改變制動(dòng)系的速比，同樣可以改變傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)力矩，原理是一樣的。綜合這四點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)比較平緩，是根本性的調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)力，但是反應(yīng)時(shí)間稍長(zhǎng)，而制動(dòng)力調(diào)節(jié)時(shí)最快速的減少滑轉(zhuǎn)的辦法，并且能夠引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)力的重新分配，至于差速器鎖止，雖然反應(yīng)時(shí)間也很快，但是局限性太大，且增加了成本，所以本設(shè)計(jì)主要的控制方式設(shè)定為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩控制聯(lián)合制動(dòng)力調(diào)節(jié)。在本設(shè)計(jì)中，控制策略的選擇主要表現(xiàn)為控制器的選擇，常用的控制技術(shù)有34：(1PID控制 PID 控制是以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的控制，是連續(xù)系統(tǒng)技術(shù)成熟、應(yīng)用最廣泛的一

45、種控制方式，它最大的優(yōu)點(diǎn)是不需要了解被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，只需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)器參數(shù)在線調(diào)整，即可取得滿意的結(jié)果，但對(duì)被控對(duì)象參數(shù)變化比較敏感。(2最優(yōu)控制 最優(yōu)控制既適合單變量、定常系統(tǒng)和線性系統(tǒng)，也適用于多變量系統(tǒng)、時(shí)變系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。(3自適應(yīng)控制 自適應(yīng)控制主要適用于被控對(duì)象未知，或者由于環(huán)境條件影響，參數(shù)發(fā)生很大變化的系統(tǒng)。自適應(yīng)控制系統(tǒng)是一個(gè)具有一定適應(yīng)能力的系統(tǒng)，它能認(rèn)識(shí)環(huán)境條件的變化并自動(dòng)校正控制動(dòng)作，使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)控制貨接近最優(yōu)控制。(4模糊控制 模糊控制是一種智能控制，它模仿人工控制活動(dòng)中人腦的模糊概念和成功的控制策略，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)，把人工控制策略用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。其對(duì)系統(tǒng)參

46、數(shù)變化不敏感，具有很強(qiáng)的魯棒性，另外它算法非常簡(jiǎn)潔，特別適合于汽車(chē)這一類(lèi)的快動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。(5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是一個(gè)高度復(fù)雜的的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生的動(dòng)力學(xué)過(guò)程分兩類(lèi)，一類(lèi)為學(xué)習(xí)過(guò)程，第二類(lèi)為運(yùn)行過(guò)程，通過(guò)學(xué)習(xí)一定得控制規(guī)則來(lái)進(jìn)行對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理。汽車(chē)的打滑情況是非線性的，并且變化非?？欤由蠀?shù)范圍比較寬，不可能把每種參數(shù)的變化情況歸納起來(lái)，所以本設(shè)計(jì)利用模糊控制的原理，將打滑程度分級(jí)，然后針對(duì)每一特定的級(jí)數(shù)來(lái)輸出特定的制動(dòng)力以及發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的減弱信號(hào)。在以往的ASR 系統(tǒng)中，通常都會(huì)有一套路面識(shí)別系統(tǒng)，從而確定路面的附著系數(shù)，進(jìn)而進(jìn)行滑轉(zhuǎn)率的計(jì)算，但是路面識(shí)別系統(tǒng)只能把

47、路面情況歸納為有限的幾種，然后進(jìn)行模糊運(yùn)算，這相當(dāng)于兩次模糊運(yùn)算，進(jìn)行控制的精度會(huì)大幅下降35，所以在本次設(shè)計(jì)中，直接以滑轉(zhuǎn)率進(jìn)行模糊運(yùn)算，這樣就降低了路面識(shí)別的誤差，另外不區(qū)分路面，而分析四驅(qū)汽車(chē)不同的打滑情況，將打滑情況分類(lèi)，具體方法為：(1四驅(qū)汽車(chē)中當(dāng)只有一個(gè)輪子打滑時(shí)，我們把打滑的原因認(rèn)定為路面的情況不良。所以只采取制動(dòng)來(lái)降低輪胎的打滑，引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)力重新分布到其他驅(qū)動(dòng)輪上就能夠讓汽車(chē)?yán)^續(xù)平穩(wěn)的行駛。我們可以分析一下，在低速時(shí)，限制打滑的主要目的是防止汽車(chē)喪失動(dòng)力，而利用制動(dòng)完全可以達(dá)到。在中高速時(shí)，限制打滑的主要目的是防止汽車(chē)側(cè)滑，喪失穩(wěn)定性，利用制動(dòng)是必須手段，而在中高速時(shí)由于特殊路面

48、不會(huì)維持很長(zhǎng)時(shí)間，所以為了顧及到汽車(chē)的動(dòng)力性，只采用制動(dòng)的手段就足夠了。(2四驅(qū)汽車(chē)中有兩個(gè)輪子打滑時(shí)，我們把打滑的原因也認(rèn)定為路面的附著系數(shù)太低，或者稱為特殊路面，同（1）情況相同，同樣采用增加制動(dòng)力的辦法，降低打滑輪的滑轉(zhuǎn)率，完全能夠滿足汽車(chē)平穩(wěn)的要求，具體分析如上。(3四驅(qū)汽車(chē)中有三個(gè)以及三個(gè)以上的輪子打滑時(shí)，我們把打滑的主要原因認(rèn)定為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩過(guò)大，驅(qū)動(dòng)力超出了路面所能提供的摩擦力，所以，必須降低發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，這是降低滑轉(zhuǎn)率的根本辦法。另外為了快速引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)力分布到能夠充分利用驅(qū)動(dòng)力的輪上，必須對(duì)打滑輪進(jìn)行制動(dòng)，特別是在高速的情況下，為了防止汽車(chē)的側(cè)滑以及失穩(wěn)，必須施行制動(dòng)使打滑

49、輪不至于橫向力喪失而汽車(chē)失去操縱性?？傮w而言，本設(shè)計(jì)的控制策略為利用模糊控制，對(duì)打滑的情況進(jìn)行分析，進(jìn)而計(jì)算出精確的控制量。在本設(shè)計(jì)中，ASR 控制系統(tǒng)中的控制目標(biāo)為輪子的滑轉(zhuǎn)率，而輸出的控制量為：發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩S Q M 、輪胎制動(dòng)力矩Z M 。其中，參數(shù)的控制范圍為（0-1），這是滑轉(zhuǎn)率的變化范圍，當(dāng)其為0時(shí)，輪胎為純滾動(dòng)，當(dāng)滑轉(zhuǎn)率為1時(shí)，車(chē)輪完全滑轉(zhuǎn)。由于要用到模糊控制器，且滑轉(zhuǎn)率的理想值為0.2 ，為了給出一定得滯后范圍，故將滑轉(zhuǎn)率的空置量選擇在（0-0.36）這個(gè)范圍內(nèi)。S 再者，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩通常是在一段范圍內(nèi)波動(dòng)不是很大的曲線，為了體現(xiàn)節(jié)氣門(mén)控制或者離合器調(diào)節(jié)的方法，我將發(fā)動(dòng)機(jī)

50、輸出扭矩控制量改成一個(gè)減弱系數(shù)X ，即真實(shí)的扭矩輸出應(yīng)該是X*Q M =Q M 真 , 其范圍設(shè)置為（0-1）， 這樣就符合了節(jié)氣門(mén)控制以及離合器控制的特點(diǎn)了。輪胎的制動(dòng)力矩采用模型汽車(chē)的ABS 制動(dòng)力矩范圍作為控制量。這樣，所有的控制參數(shù)都確定了一定得范圍。2.3 模型汽車(chē)參數(shù)的確定在以后的數(shù)學(xué)建模中會(huì)用到很多的汽車(chē)本身的參數(shù)，由于本設(shè)計(jì)沒(méi)有汽車(chē)實(shí)體，所以需要對(duì)一些必要的參數(shù)可以選擇相關(guān)的參數(shù)。經(jīng)過(guò)挑選，我選擇了奔馳 ML級(jí)越野車(chē) ML350 4MATIC 豪華型 08款，這款車(chē)的具體參數(shù)如下表2-1：另外，整車(chē)重量為2310KG 根據(jù)這些參數(shù)，我們可以再下一章里進(jìn)行汽徹運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的建立。表2-1 汽車(chē)參數(shù)最大功率 200kw/6000rp 最大扭矩 3500NM/2400-5000rp前制動(dòng)類(lèi)型 盤(pán)式 后制動(dòng)類(lèi)型 盤(pán)式 前輪型號(hào) 255/55 R18 后輪型號(hào) 255/55 R18 車(chē)重2310KG2.4 本章小結(jié)在本章中，主要討論了驅(qū)動(dòng)防滑的一些理論以及控制策略，確定了本次設(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)防滑實(shí)現(xiàn)的方法，以及實(shí)現(xiàn)滑轉(zhuǎn)率控制的控制策略，選擇了在建模以及仿真過(guò)程中需要用到得參數(shù)。計(jì)劃通過(guò)