汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)第6章-縱向動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)課件

1、第六章 縱向動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制第二節(jié) 驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)第三節(jié) 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制一 概述圖6-1所示為車輛在制動(dòng)行駛時(shí),地面作用于車輪的制動(dòng)力Fxb和側(cè)向力Fy隨車輪制動(dòng)滑移率sb的變化關(guān)系?？梢钥闯?側(cè)向力隨滑移率的增加而下降,當(dāng)滑移率為1時(shí)降至為0;而制動(dòng)力開始隨滑移率的增加而迅速增加,當(dāng)滑移率增至某值sopt時(shí),則隨滑移率的增加而逐漸減小?？梢?車輪完全抱死拖滑時(shí),不僅制動(dòng)力減小,制動(dòng)強(qiáng)度降低,而且車輪側(cè)向附著力也大大減小。如果當(dāng)前輪抱死滑移時(shí),車輛喪失轉(zhuǎn)向能力;而后輪抱死滑移則屬于不穩(wěn)定工況,易引起車輛急速甩尾的危險(xiǎn)。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)可通過

2、調(diào)節(jié)車輪制動(dòng)壓力保證制動(dòng)過程中的最佳滑移率,以在獲得良好側(cè)向力的同時(shí)獲得較高的制動(dòng)強(qiáng)度。一 概述圖6-1制動(dòng)力Fxb和側(cè)向力Fy隨滑移率sb的變化第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制二 控制目標(biāo)由圖6-1所示的制動(dòng)力與滑移率關(guān)系曲線可知,制動(dòng)力通常在滑移率為某一特定值附近達(dá)到最大值,因而將該滑移率值認(rèn)為是最佳滑移率,并作為ABS的控制目標(biāo)。但由于車輪的滑移率通常不易直接測(cè)得,因此必須采用其他參數(shù)作為ABS的控制目標(biāo)參數(shù)。由圖6-2所示的制動(dòng)車輪受力情況,根據(jù)力矩平衡方程,可得出車輪制動(dòng)器制動(dòng)力矩Mb為:Mb=Fz,wrd-Iw (6-1)二 控制目標(biāo)圖6-2制動(dòng)車輪受力情況第一節(jié) 防抱

3、死制動(dòng)控制第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制二 控制目標(biāo)由式(6-1)可見,制動(dòng)過程中,當(dāng)超出地面最大附著極限時(shí),地面制動(dòng)力Fz,w和地面制動(dòng)力矩Fz,wrd將會(huì)降低;而當(dāng)Mb保持恒定時(shí),勢(shì)必導(dǎo)致車輪角加速度的減少,即增加了車輪角減速度。由于地面提供的制動(dòng)力矩Fz,wrd比車輪慣性力矩Iw大得多,當(dāng)?shù)孛娓街禂?shù)發(fā)生微小變化時(shí),將會(huì)引起車輪角速度的顯著變化。因此,車輪的角減速度可作為一個(gè)主要的ABS控制目標(biāo)參數(shù)。電子控制的防抱死裝置通常采用輪速傳感器測(cè)量車輪轉(zhuǎn)速信號(hào),通過車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)的微分來獲得車輪的角減速度。但若要準(zhǔn)確地控制制動(dòng)強(qiáng)度,還需更多地控制目標(biāo)參數(shù)。二 控制目標(biāo)圖6-3輪胎附著率傳感器工作原理第一

4、節(jié) 防抱死制動(dòng)控制第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制三 控制過程理論上講,ABS控制車輪角減速度的過程基本上相同,也就是調(diào)整駕駛?cè)耸┘拥倪^高制動(dòng)壓力,將車輪角減速度控制在要求的上下限之間。但不同類型的ABS保證最佳制動(dòng)效果和抵抗外界干擾的方法不盡相同。下面以一典型的ABS為例,結(jié)合圖6-4分析說明系統(tǒng)在一個(gè)循環(huán)周期不同時(shí)間段內(nèi)的控制過程。第1段:首先,由于駕駛?cè)说淖饔檬怪苿?dòng)器管路壓力增加,車輪線速度變化比車速變化更快。第2段:當(dāng)車輪角加速度達(dá)到或小于某一門限值(-a)時(shí),附著力接近最大值,制動(dòng)壓力保持在當(dāng)前值不變。第3段:若車輪轉(zhuǎn)速小于滑移率門限值sb1對(duì)應(yīng)的值時(shí),減小制動(dòng)壓力。第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制三

5、控制過程第4段:若車輪角加速度再次達(dá)到門限值(-a)時(shí),重新進(jìn)入保壓狀態(tài)。第5段:盡管此時(shí)制動(dòng)壓力保持穩(wěn)定,但車輪因慣性作用會(huì)進(jìn)一步加速轉(zhuǎn)動(dòng)。若車輪角加速度越過門限值(+A),則再次升高制動(dòng)壓力。第6段:保持制動(dòng)系統(tǒng)壓力,使車輪角加速度在(+A)(-a)之間,然后慢慢增壓,直至車輪角加速度再次達(dá)到門限值(-a)。第7段:本次循環(huán)以直接減壓結(jié)束,然后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。三 控制過程圖6-4博世公司開發(fā)的ABS的控制過程第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制四 控制策略1.單輪控制要使車輛實(shí)現(xiàn)最大的制動(dòng)強(qiáng)度,首先需保證每個(gè)車輪都能夠最大程度地利用可用的附著系數(shù)。要使每個(gè)車輪的獨(dú)立控制策略均可實(shí)現(xiàn)

6、這一目標(biāo),每個(gè)車輪都要有一套傳感器用于信號(hào)測(cè)量及其參數(shù)計(jì)算,都有各自的制動(dòng)管路以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)車輪制動(dòng)壓力的獨(dú)立控制,從而與其他車輪的工作情況無關(guān)。2.低選控制所謂低選控制是對(duì)同一車軸兩側(cè)車輪同時(shí)施加制動(dòng)壓力控制,大小由附著系數(shù)低的那側(cè)車輪來決定。這種控制策略可通過安裝于每個(gè)車輪上的傳感器或安裝于差速器驅(qū)動(dòng)齒輪上的傳感器信息來實(shí)現(xiàn)。第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制四 控制策略3.高選控制高選控制是由高附著系數(shù)路面上的那側(cè)車輪來決定車橋兩側(cè)車輪的制動(dòng)壓力,因此每個(gè)車輪上均需分別安裝傳感器。與低選控制相比,高選控制可獲得更高的制動(dòng)強(qiáng)度。然而,低附著路面上的那個(gè)車輪可能會(huì)抱死,因而導(dǎo)致車輛喪失轉(zhuǎn)向能力。由于作用于

7、兩側(cè)的制動(dòng)力不等,還會(huì)產(chǎn)生橫擺力矩。但因高選控制能獲得較高的制動(dòng)強(qiáng)度,這種控制方式通常用于前軸車輪的制動(dòng)控制。根據(jù)上述這些不同的制動(dòng)力控制原則,若應(yīng)用于普通的兩軸四輪車輛上,可有多種不同的組合形式。表6-1給出了幾種形式的比較,其中包括采用傳感器及控制管路四 控制策略表6-1對(duì)于兩軸四輪車輛ABS控制策略的不同組合形式及特點(diǎn)比較第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制四 控制策略表6-1對(duì)于兩軸四輪車輛ABS控制策略的不同組合形式及特點(diǎn)比較第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制四 控制策略若在兩軸四輪車輛中采用單輪獨(dú)立控制策略,不論哪種方案都需要四個(gè)傳感器和四條控制管路。對(duì)于采用高選控制前輪和低選控制后輪

8、的防抱死裝置,在制動(dòng)管路交叉布置中也需要四個(gè)傳感器和四條控制管路,而常用的所謂“標(biāo)準(zhǔn)布置”防抱死制動(dòng)系統(tǒng)只需三條管路。采用三個(gè)傳感器的雙管路防抱死裝置通常采用高選控制,但在兩側(cè)車輪附著系數(shù)不同的情況下不能保證車輛的轉(zhuǎn)向性和穩(wěn)定性。若采用管路交叉布置方案,一個(gè)后車輪的制動(dòng)壓力可與交叉相對(duì)的前輪一起控制,前輪可以獨(dú)立控制,這樣的雙管路系統(tǒng)也不能保證車輛的轉(zhuǎn)向性和穩(wěn)定性。單管路系統(tǒng)只能在左右車輪附著系數(shù)相差不大的路面上才能保證良好的行駛穩(wěn)定性,但仍不能保證轉(zhuǎn)向性,且制動(dòng)距離相對(duì)比較長(zhǎng)。第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制五 應(yīng)用案例實(shí)際中應(yīng)用的制動(dòng)防抱死裝置有機(jī)械控制式和電子控制式兩種。早期應(yīng)用機(jī)械式防抱死裝置的

9、主要原因是它的成本低,但與電子控制系統(tǒng)相比,系統(tǒng)響應(yīng)很慢。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械式防抱死裝置的低成本優(yōu)勢(shì)越來越小,因此現(xiàn)已被淘汰。目前車輛中常用的多為電子控制的ABS,通常由以下三個(gè)模塊構(gòu)成(圖6-5):(1)傳感器監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài),作為檢測(cè)判斷依據(jù)。(2)電控單元處理傳感器信號(hào)。(3)液壓執(zhí)行單元利用電磁閥將ECU發(fā)出的指令轉(zhuǎn)化為車輪上制動(dòng)壓力的變化。下面介紹幾個(gè)具體的應(yīng)用實(shí)例。圖6-5電子控制的ABS結(jié)構(gòu)和控制回路示意圖1傳感器2電控單元(ECU)3液壓執(zhí)行單元第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制五 應(yīng)用案例圖6-6博世公司ABS-3/3型電磁閥工作原理第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制五 應(yīng)用

10、案例應(yīng)用實(shí)例1博世公司的防抱死系統(tǒng)采用前輪單獨(dú)控制和后輪低選控制方式,作為一套附加的結(jié)構(gòu)單元安裝于制動(dòng)系統(tǒng)中。根據(jù)制動(dòng)回路的不同布置方式,分別采用了三或四個(gè)制動(dòng)閥和若干傳感器。三管路ABS在后軸差速器位置裝有一個(gè)測(cè)量轉(zhuǎn)速的傳感器,將通過輪速計(jì)算出的車輪角減速度作為第一控制目標(biāo)參數(shù),得出的相對(duì)滑移率作為第二控制目標(biāo)參數(shù)。根據(jù)這兩個(gè)控制目標(biāo),ECU發(fā)出控制指令給電磁閥,控制制動(dòng)系統(tǒng)壓力。電磁閥的工作原理如圖6-6所示,它有增壓、保壓和減壓三個(gè)工作位置。每次停車后,ECU和液壓執(zhí)行單元中的電子部件都例行自檢,以確保系統(tǒng)正常工作。如果出現(xiàn)故障,ABS將關(guān)閉,常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)仍然工作,同時(shí)通過警示信號(hào)燈提醒

11、駕駛?cè)?ABS系統(tǒng)出現(xiàn)故障。五 應(yīng)用案例圖6-7特韋斯公司防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的液壓總成示意圖第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制應(yīng)用實(shí)例2第一節(jié) 防抱死制動(dòng)控制五 應(yīng)用案例應(yīng)用實(shí)例3本田公司的防抱死制動(dòng)ALB系統(tǒng)采用了四個(gè)感應(yīng)式速度傳感器和四個(gè)電磁閥,根據(jù)高選控制原則共同控制前軸車輪,采用低選控制原則控制后軸車輪,采用這種組合方式主要是為了獲得較高的制動(dòng)強(qiáng)度,但可能會(huì)導(dǎo)致前輪抱死。應(yīng)用實(shí)例4三菱公司的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ASBS只對(duì)后軸車輪施加控制,并且采用低選控制方式。當(dāng)充分制動(dòng)時(shí)前輪可能抱死,車輛失去轉(zhuǎn)向能力,但可保證車輛行駛穩(wěn)定性。為了準(zhǔn)確判斷車輛工況,該系統(tǒng)在與變速器相關(guān)聯(lián)的里程表柔性聯(lián)接軸上安裝了一個(gè)轉(zhuǎn)速傳

12、感器和一個(gè)加速度傳感器,以測(cè)量車輛的制動(dòng)減速度作為ABS的參考目標(biāo)參數(shù)。第二節(jié) 驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)一 概述驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)(TCS) 是在ABS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一套主動(dòng)安全系統(tǒng),它的工作原理是:根據(jù)車輛的行駛工況,通過采用適當(dāng)?shù)目刂扑惴ㄊ管囕v驅(qū)動(dòng)輪在惡劣路面或復(fù)雜行駛條件下也能產(chǎn)生最佳的縱向驅(qū)動(dòng)力。博世公司也稱其為防滑控制系統(tǒng)。沒有裝備TCS的車輛在光滑路面上加速時(shí),驅(qū)動(dòng)輪容易打滑,后輪驅(qū)動(dòng)車輛則可能出現(xiàn)甩尾,前輪驅(qū)動(dòng)車輛則容易方向失控,導(dǎo)致車輛側(cè)向滑移。而TCS可將驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率控制在最佳范圍內(nèi),從而可避免車輛在加速時(shí)驅(qū)動(dòng)輪打滑,并保證車輛轉(zhuǎn)向能力。1985年,沃爾沃公司研制生產(chǎn)了世界上最早的車輛

13、電子驅(qū)動(dòng)防滑裝置,并安裝在沃爾沃760 Turbo車型上,它通過調(diào)節(jié)燃油供給量來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩,從而控制驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率,達(dá)到產(chǎn)生最佳驅(qū)動(dòng)力的目的。第二節(jié) 驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)二 基本原理和控制目標(biāo)車輛在路面行駛時(shí), 無論是驅(qū)動(dòng)力還是制動(dòng)力,均受輪胎與路面之間的附著極限限制。制動(dòng)力系數(shù)和滑移率的關(guān)系已在圖3-32中做了介紹。圖6-8給出了不同工況下路面附著系數(shù)與車輪滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系。由圖可見,當(dāng)驅(qū)動(dòng)滑轉(zhuǎn)率從零增加時(shí),縱向附著系數(shù)也隨之增加, 當(dāng)滑轉(zhuǎn)率達(dá)到一特定值sopt時(shí),經(jīng)陡然上升達(dá)到峰值max后,縱向附著系數(shù)隨滑轉(zhuǎn)率的繼續(xù)增加而逐漸下降。因而從驅(qū)動(dòng)性能考慮, 車輪的滑轉(zhuǎn)率最好控制在與max相對(duì)應(yīng)

14、的sopt處。另一方面, 由于輪胎與路面間的側(cè)向附著系數(shù)s隨車輪滑轉(zhuǎn)率的增加而急劇減小, 因此,從車輛側(cè)向穩(wěn)定性考慮,驅(qū)動(dòng)滑轉(zhuǎn)率應(yīng)盡量小。綜合來看,驅(qū)動(dòng)輪的理想滑轉(zhuǎn)率應(yīng)取在sopt附近,以保證同時(shí)產(chǎn)生合適的縱向驅(qū)動(dòng)力和側(cè)向力。第二節(jié) 驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)二 基本原理和控制目標(biāo)圖6-8驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)工況下路面附著系數(shù)與車輪滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系第二節(jié) 驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)三 控制方式1.發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)(1) 點(diǎn)火參數(shù)調(diào)節(jié)它是指減小點(diǎn)火提前角。(2) 燃油供給調(diào)節(jié)它是指減少供油或暫停供油。(3) 節(jié)氣門開度調(diào)節(jié)它是指在原節(jié)氣門的基礎(chǔ)上,再串聯(lián)一個(gè)副節(jié)氣門, 由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)控制其開度, 從而使其有效節(jié)氣門開度得到調(diào)節(jié)。其中,

15、發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)是最早應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)防滑(ASR)系統(tǒng)。在附著系數(shù)較小的冰雪路面上或高速行駛中, 當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪發(fā)生過度滑轉(zhuǎn)時(shí), 這種控制方式效果很好。圖6-9所示為某發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng),該車輛同時(shí)具有防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)。第二節(jié) 驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)三 控制方式圖6-9發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)示意圖第二節(jié) 驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)三 控制方式2.驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)這種調(diào)節(jié)方式是在發(fā)生打滑的驅(qū)動(dòng)輪上施加制動(dòng)力矩來降低輪速,使車輪滑移率處于最理想的范圍內(nèi)。制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)方式的實(shí)質(zhì)是控制差速,因而對(duì)兩側(cè)路面附著系數(shù)相差較大而出現(xiàn)打滑且車速不高的情況效果較好。3.差速器鎖止控制普通的對(duì)稱式差速

16、器在任何時(shí)刻都向左右車輪輸出相同大小的轉(zhuǎn)矩, 差速器鎖止控制就是使左右兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的輸入轉(zhuǎn)矩可根據(jù)控制指令(鎖止比) 和路面情況而變化。但其缺點(diǎn)是硬件成本較高,圖6-10所示為一采用防滑差速器實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)示意圖。第二節(jié) 驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)三 控制方式圖6-10防滑差速器控制的驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)示意圖第二節(jié) 驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)三 控制方式4.離合器/變速器控制離合器控制是指當(dāng)發(fā)現(xiàn)車輛驅(qū)動(dòng)輪發(fā)生過度滑轉(zhuǎn)時(shí), 減弱離合器的接合程度, 使離合器主、從動(dòng)盤之間出現(xiàn)部分相對(duì)滑轉(zhuǎn), 從而減小傳遞至驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩; 變速器控制則是指通過改變傳動(dòng)比來改變傳遞至驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩, 以減小驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)程度。由于離合器和變

17、速器控制響應(yīng)較慢,且變化突然,所以一般不作為單獨(dú)的控制方式使用。另外,壓力和磨損等問題也限制了這種控制方式在驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。上述幾種控制方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)和局限性,實(shí)際應(yīng)用中通常是多種控制手段組合應(yīng)用。表6-2中對(duì)比了上面介紹的幾種方式及其組合方式的特點(diǎn)。目前在TCS系統(tǒng)中,廣泛采用的是發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)相結(jié)合的控制方式。第二節(jié) 驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)三 控制方式表6-2不同控制方式的TCS性能對(duì)比控制方式驅(qū)動(dòng)性操縱性穩(wěn)定性舒適性經(jīng)濟(jì)性節(jié)氣門開度調(diào)節(jié)-+ +點(diǎn)火參數(shù)及燃油供給調(diào)節(jié)0+-+ +驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)(快)+ +- -驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)(慢)+0000差速器鎖止控

18、制+ +- -離合器或變速器控制+0+- -節(jié)氣門開度+制動(dòng)力矩控制(快)+ + + +-節(jié)氣門開度+制動(dòng)力矩控制(慢)+00+-點(diǎn)火參數(shù)+制動(dòng)力矩控制+ + +-節(jié)氣門開度+差速器鎖止控制+ +- -點(diǎn)火參數(shù)+差速器鎖止控制+ +-第三節(jié) 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)一 概述1.系統(tǒng)組成在ABS和TCS的基礎(chǔ)上,為防止車輛高速行駛時(shí)失控狀態(tài)的出現(xiàn)或加劇,近年來又出現(xiàn)了所謂的車輛穩(wěn)定性控制(Vehicle Stability Control, VSC)系統(tǒng)。VSC主要用來控制車輛的橫擺力矩,將車輪側(cè)偏角限制在一定范圍內(nèi),并在緊急情況下對(duì)車輛的行駛狀態(tài)進(jìn)行主動(dòng)干預(yù),防止車輛在高速行駛轉(zhuǎn)彎或制動(dòng)過程中失控。

19、VSC系統(tǒng)主要在大側(cè)向加速度、大側(cè)偏角的極限工況下工作,它是利用控制左右兩側(cè)車輪制動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力之差產(chǎn)生的橫擺力矩來防止出現(xiàn)難以控制的側(cè)滑現(xiàn)象,保證車輛的路徑跟蹤能力,控制效果如圖6-11所示。第三節(jié) 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)一 概述圖6-11極限工況下VSC的控制效果a) 抑制前輪側(cè)滑b) 抑制后輪側(cè)滑第三節(jié) 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)二 系統(tǒng)組成和工作原理車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)主要由ABS、TCS、三個(gè)子系統(tǒng)組成,如圖6-12所示。其中,ABS和TCS分別在制動(dòng)和加速時(shí)工作,直接控制車輪的縱向滑動(dòng)率,提高車輛的制動(dòng)或驅(qū)動(dòng)性能,同時(shí)間接控制車輛的側(cè)向穩(wěn)定性;YSC在車輛行駛的任何時(shí)刻都起作用,它直接控制車輛的側(cè)

20、向穩(wěn)定性。最初的VSC系統(tǒng)以ABS和TCS為主,主要依賴輪速傳感器提供車輛的狀態(tài)信號(hào),僅能控制各車輪縱向滑動(dòng)率,來實(shí)現(xiàn)間接對(duì)車輛的橫擺控制。近年來VSC系統(tǒng)又增加了轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器,可以確定駕駛?cè)似谕男熊嚶肪€,ECU將其與車輛實(shí)際位置狀態(tài)比較后,發(fā)出指令調(diào)節(jié)各輪的驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)壓力,以提高車輛在轉(zhuǎn)向過程中的操縱穩(wěn)定性。第三節(jié) 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)圖6-12車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的組成二 系統(tǒng)組成和工作原理第三節(jié) 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)二 系統(tǒng)組成和工作原理豐田公司最近研制的VSC系統(tǒng)如圖6-13所示,其中采用了許多傳感器用于測(cè)量橫擺角速度、側(cè)向加速度、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和制動(dòng)回路壓力等信號(hào),以便更準(zhǔn)確地描述車輛

21、的動(dòng)態(tài)工況,同時(shí)可采用更復(fù)雜的控制算法和控制邏輯對(duì)車輛進(jìn)行綜合控制。第三節(jié) 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)圖6-13豐田轎車的VSC系統(tǒng)二 系統(tǒng)組成和工作原理第三節(jié) 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)二 系統(tǒng)組成和工作原理2.基本原理由圖6-11可見,由于制動(dòng)或轉(zhuǎn)向等因素,汽車會(huì)發(fā)生駛出行駛軌道或激轉(zhuǎn)等危險(xiǎn)工況。采用VSC系統(tǒng)的主要控制目標(biāo)就是通過施加一個(gè)橫擺力矩Mz,來減小或消除車輛行駛方向的偏差,在保證駕駛?cè)讼Ｍ男旭傑壽E的同時(shí),保證車輛的行駛穩(wěn)定性。結(jié)合圖6-13,VSC的工作原理說明如下:由于車輛的行駛狀態(tài)主要由行駛車速、側(cè)向速度和橫擺角速度來反映,因而,VSC系統(tǒng)的ECU能根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和制動(dòng)主缸壓力等信號(hào)判斷

22、駕駛?cè)说鸟{駛意圖,計(jì)算出理想的車輛運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)值,通過與各傳感器測(cè)得的實(shí)際車輛狀態(tài)信號(hào)值比較,根據(jù)控制邏輯算法計(jì)算出期望的橫擺力矩,然后通過控制液壓調(diào)節(jié)制動(dòng)系統(tǒng),對(duì)各車輪施加制動(dòng)力,以實(shí)現(xiàn)所需的車輛橫擺力矩。第三節(jié) 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)三 控制方式1.控制制動(dòng)系統(tǒng)壓力(1) 僅控制單個(gè)車輪的制動(dòng)壓力過度轉(zhuǎn)向控制是通過對(duì)外側(cè)前輪施加制動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)的。(2) 控制兩個(gè)對(duì)角車輪的制動(dòng)壓力實(shí)現(xiàn)過度轉(zhuǎn)向控制時(shí),在對(duì)外前輪增加一定制動(dòng)力變化量的同時(shí),對(duì)內(nèi)后輪減少相應(yīng)的制動(dòng)力變化量。2.發(fā)動(dòng)機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)控制是根據(jù)與車輛穩(wěn)定性要求相應(yīng)的車輪驅(qū)動(dòng)力,計(jì)算出所需的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩,并將此指令送給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU,使發(fā)動(dòng)機(jī)輸

23、出轉(zhuǎn)矩調(diào)整至所需值。第三節(jié) 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)四 VSC系統(tǒng)實(shí)例 豐田公司采用的VSC系統(tǒng)主要由以下各部件構(gòu)成,如圖6-14所示。(1) 傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)真空助力器、制動(dòng)管路和制動(dòng)器。(2) 傳感器四個(gè)輪速傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、側(cè)向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、制動(dòng)主缸壓力傳感器。(3) 其他液壓調(diào)節(jié)器、車輛穩(wěn)定控制電控單元(ECU)。下面以豐田皇冠轎車為例,分析其VSC系統(tǒng)采用不同控制方式的控制效果。1.橫擺力矩及制動(dòng)力控制在極限工況下,對(duì)每個(gè)車輪都進(jìn)行制動(dòng)力主動(dòng)控制,以利用左右車輪制動(dòng)力之差形成橫擺力矩,記為Mz,同時(shí)還可利用制動(dòng)力之和控制車輛縱向減速度。第三節(jié) 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)四 V

24、SC系統(tǒng)實(shí)例圖6-14豐田公司采用的VSC系統(tǒng)布置圖第三節(jié) 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)四 VSC系統(tǒng)實(shí)例圖6-15橫擺力矩或縱向制動(dòng)力對(duì)汽車穩(wěn)定性的影響第三節(jié) 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)四 VSC系統(tǒng)實(shí)例圖6-15反映了轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向角為正弦輸入時(shí),當(dāng)車輛受到向外側(cè)的橫擺力矩Mz或縱向制動(dòng)力Fx時(shí),車輛質(zhì)心處的最大側(cè)偏角變化的情況。其中正弦輸入的幅值為0.18rad, 頻率為0.6Hz,Mz或Fx是在輸入后的1.5s開始起作用。由圖中所示的試驗(yàn)結(jié)果可見,施加的橫擺力矩Mz可顯著減少車輛最大側(cè)偏角,而施加的縱向制動(dòng)力Fx則無影響。這是因?yàn)?當(dāng)Fx作用時(shí),車輛前、后軸垂向載荷轉(zhuǎn)移引起車輛的過多轉(zhuǎn)向趨勢(shì),這帶來的負(fù)面影

25、響大于其降低車速帶來的正面影響。第三節(jié) 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)四 VSC系統(tǒng)實(shí)例圖6-16橫擺力矩或縱向制動(dòng)力對(duì)路徑跟蹤能力的影響第三節(jié) 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)四 VSC系統(tǒng)實(shí)例圖6-16反映了在前輪轉(zhuǎn)向角f為斜階躍輸入條件下,當(dāng)施加橫擺力矩Mz或縱向制動(dòng)力Fx于車輛時(shí),車輛質(zhì)心的最大側(cè)偏角和轉(zhuǎn)彎半徑R的變化情況。1s后,斜階躍輸入f的最大值為0.25rad,此時(shí)橫擺力矩或縱向力開始作用于車輛上。由圖可知,施加于車輛的外力矩Mz或縱向制動(dòng)力Fx對(duì)減小轉(zhuǎn)彎半徑都很有效。但較大的向內(nèi)側(cè)的Mz會(huì)使汽車失去穩(wěn)定性,而縱向制動(dòng)力Fx的大小對(duì)車輛穩(wěn)定性影響不大。然而,由于縱向制動(dòng)力Fx使汽車減速,隨著時(shí)間的增加,

26、Fx的影響加大。總之,為了保持汽車的穩(wěn)定性,當(dāng)后軸即將產(chǎn)生側(cè)滑發(fā)生激轉(zhuǎn)時(shí),應(yīng)對(duì)車輛施加向外的橫擺力矩;當(dāng)前軸側(cè)滑使汽車駛離彎道時(shí),應(yīng)對(duì)車輛施加適當(dāng)?shù)南騼?nèi)側(cè)的橫擺力矩,使后輪胎產(chǎn)生最大側(cè)偏力,同時(shí),還應(yīng)對(duì)車輛施加縱向制動(dòng)力。第三節(jié) 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)四 VSC系統(tǒng)實(shí)例2.各車輪制動(dòng)力分別控制的效果各個(gè)車輪分別作用制動(dòng)力時(shí)產(chǎn)生的橫擺力矩Mz如圖6-17所示。當(dāng)后軸將發(fā)生側(cè)滑時(shí),可于前外輪上施加制動(dòng)力Fxfo,以產(chǎn)生一向外的橫擺力矩,且隨Fxfo的增大而增大。這種控制方式易于實(shí)現(xiàn),也能有效地抑制后軸側(cè)滑。若前軸發(fā)生側(cè)滑時(shí),應(yīng)施加一定向內(nèi)的橫擺力矩Mz和縱向制動(dòng)力Fx。圖6-17表明,制動(dòng)前內(nèi)輪、后內(nèi)輪或后外輪均可產(chǎn)生向內(nèi)的橫擺力矩Mz,只是Mz隨各車輪制動(dòng)力的變化趨勢(shì)不盡相同。因此,若通過施加一個(gè)較大的制動(dòng)力來抑制前軸側(cè)滑,應(yīng)避免通過對(duì)其中某單個(gè)車輪來實(shí)現(xiàn)控制,應(yīng)采用設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)目刂坡蓪⒅苿?dòng)力分配到每個(gè)車輪,以獲得適當(dāng)?shù)臋M擺力矩和總制動(dòng)力,從而提高路徑跟蹤性能。第三節(jié) 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)四 VSC系統(tǒng)實(shí)例圖6-17各個(gè)車輪上作用制動(dòng)力時(shí)第三節(jié) 車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)四