汽車(chē)牽引控制仿真研究

汽車(chē)牽引控制仿真研究

在一個(gè)人、車(chē)和環(huán)境的封閉系統(tǒng)中，汽車(chē)和環(huán)境之間最基本的聯(lián)系是輪胎和路面之間的力。輪胎的縱向附著力決定了汽車(chē)的加速和制動(dòng)能力，而橫向附著力則決定了汽車(chē)的轉(zhuǎn)向操縱和抵抗外界橫向擾動(dòng)的能力。時(shí)至今日，TCS技術(shù)已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展并得到迅速普及。不但一些高級(jí)轎車(chē)將其作為標(biāo)準(zhǔn)裝備，一些中級(jí)轎車(chē)也已經(jīng)裝有該系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的研究起步較晚，隨著競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，國(guó)內(nèi)一些汽車(chē)也開(kāi)始裝配牽引力控制。本文從牽引力控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化角度出發(fā)，提出和研究了較實(shí)用的控制方法。1.“統(tǒng)一輪胎”模型的建立用于車(chē)輛牽引力控制研究的動(dòng)力學(xué)模型主要是關(guān)注車(chē)輛縱向動(dòng)力學(xué)特性，其中輪胎的動(dòng)力學(xué)特性和差速器的動(dòng)力學(xué)特性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的特性影響較大。為此，本文選擇了由郭孔輝院士提出的“統(tǒng)一輪胎”模型，并建立了詳細(xì)的差速器的模型。同時(shí)參考前人在車(chē)輛動(dòng)力學(xué)方面的研究成果建立了適用于汽車(chē)牽引力控制研究的動(dòng)力學(xué)模型。主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)MAP圖模型、動(dòng)力傳動(dòng)系模型、輪胎模型、制動(dòng)系統(tǒng)模型。1.1發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速模型發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)工況是指發(fā)動(dòng)機(jī)各運(yùn)行參數(shù)均處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的工況，如節(jié)氣門(mén)開(kāi)度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩及有效油耗等均達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，這個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系特性曲線稱(chēng)之為穩(wěn)態(tài)特性曲線，其數(shù)學(xué)表達(dá)式成為穩(wěn)態(tài)模型：Te-在非穩(wěn)態(tài)工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Ts-在穩(wěn)態(tài)工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩S-拉氏變換因子t-動(dòng)態(tài)特性的擬合系數(shù)1.2動(dòng)態(tài)能源系統(tǒng)模型1.3液壓控制器的特性制動(dòng)系統(tǒng)模型主要由液壓調(diào)節(jié)器模型和制動(dòng)器模型組成。液壓調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，如果根據(jù)每一個(gè)液壓元件的特性建立整個(gè)液壓調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)模型十分困難，其模型的計(jì)算精度取決于液壓元件參數(shù)的準(zhǔn)確程度，然而液壓系統(tǒng)的這些參數(shù)又都是較難通過(guò)測(cè)量得到的。對(duì)于車(chē)輛控制而言，最關(guān)心的是從ECU發(fā)出控制指令到產(chǎn)生制動(dòng)壓力的變化過(guò)程，因此可以通過(guò)建立液壓系統(tǒng)的等效模型來(lái)描述液壓調(diào)節(jié)器的這一特性。建立參數(shù)化模型，通過(guò)試驗(yàn)的方法辨識(shí)模型參數(shù)，這樣建立的模型不但結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、計(jì)算速度快,而且參數(shù)通過(guò)辨識(shí)方法得到，具有很高的精度。通過(guò)對(duì)液壓調(diào)節(jié)器特性的理論分析和試驗(yàn)研究表明可以把液壓調(diào)節(jié)器的壓力調(diào)節(jié)特性看作是由節(jié)流特性和純滯后特性?xún)蓚€(gè)環(huán)節(jié)組成的。我們假設(shè)液壓調(diào)節(jié)器的四個(gè)控制通道互不影響。結(jié)果表明,電機(jī)的壓力特性也具有與壓力閥相似的特性：Pm-電機(jī)啟動(dòng)后管路壓力Km-壓力上升系數(shù)Po-液壓泵可以達(dá)到的最大壓力a-壓力上升指數(shù)2.前車(chē)器比例和積分系數(shù)上述控制過(guò)程是TCS作用的基本控制過(guò)程,本文為實(shí)現(xiàn)上述控制過(guò)程，油門(mén)的控制采用PI控制方法?？刂破鞯妮斎胝`差為e和誤差的變化量，輸出為油門(mén)開(kāi)度的變化量。S*-目標(biāo)滑移率控制器比例和積分系數(shù)從圖10中可以看出，在沒(méi)有TCS控制作用下，在分離路面上左右兩驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速相差較大，低附著車(chē)輪有很大的滑轉(zhuǎn)。從圖11-圖13可以看出，在TCS控制下，低附著車(chē)輪的轉(zhuǎn)速得到了很好的控制，滑移率被控制在一個(gè)較低的范圍內(nèi)。由此可知，TCS控制對(duì)于左右分離路面起車(chē)有較好的控制作用。通過(guò)上面控制邏輯的仿真，得出下表在有無(wú)控制作用下的車(chē)輛行駛狀態(tài)的對(duì)比：上表1給出了幾種仿真工況的仿真結(jié)果，從表中可以得出：在低附著路面和左右分離路面條件下，由TCS控制作用，最高車(chē)速有明顯的提高，說(shuō)明TCS控制很好的提高了車(chē)輛的起步及加速能力。3.ts控制邏輯的仿真本文在所建立的車(chē)輛模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了汽車(chē)TCS的均一低附著路面和左右分離路面的仿真研究，仿真試驗(yàn)的結(jié)果表明本文所提出的控制方法切實(shí)有效，具有一定的實(shí)用價(jià)值。-滯后時(shí)間V-目標(biāo)車(chē)速,驅(qū)動(dòng)輪角速度均值本次循環(huán)和上次循環(huán)控制器輸入誤差系數(shù)上圖為本文所采取的TCS控制邏輯的框圖,滑移率通過(guò)PID環(huán)節(jié)得到控制變量,制動(dòng)控制邏輯根據(jù)當(dāng)前控制量得出液壓調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)信號(hào)作用于車(chē)輛;同時(shí),滑移率的變化量通過(guò)PI環(huán)節(jié)得到油門(mén)開(kāi)度的調(diào)節(jié)量,直接作用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元。通過(guò)上述兩個(gè)部分實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛起車(chē)過(guò)程的控制。以下是上述控制邏輯的仿真結(jié)果,分別進(jìn)行了均一低附著路面和左右分離路面的起車(chē)仿真。圖5—圖9是均一低附著路面的仿真結(jié)果:從圖5中可以看出:在沒(méi)有TCS控制的條件下,驅(qū)動(dòng)輪與從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速差別很大,驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速迅速上升,產(chǎn)