基于联合控制的汽车驱动防滑系统

基于联合控制的汽车驱动防滑系统 ,,,叶 阳刘昭度裴晓飞马国成 ( ,100081)北京理工大学 机械与车辆学院北京 ,: 摘 要为提高前轮驱动车辆在低附着或对开路面上的加速性能设计了基于节气门与制动干预联合 , ASR ,车速较低时选择前后轮速差作为 控制的驱动防滑系统控制量车速稍高时选择驱动轮滑转率作 , ,ASR ASR 控制量应用扭矩传感器测试了低附着路面的最佳滑转率设计了基于车轮滑转程度的 工 为 ,,GTX 开发了针对低附着和对开路面的节气门与制动干预联合控制逻辑进行了基于捷达 轿况识别方法 , ,,,试验结果表明该系统控制逻辑合理能够对工况做出准确识别车速较低时将前后轮 速差车的实车试验 7 km / h ,20 ,,%控制在 内车速稍高时将驱动轮滑转率控制在 附近提高了车辆的加速性能 : ; ; ; ; ; ; ;关 键 词电子节气门制动干预低附着路面对开路面联合控制驱动防滑控制策略 实车试验 : TB 301. 2; U 463: A中图分类号文献标志码 nsp eguaon sysem of vehce based on combnaon cono Ati-lirltitilititrl YE Yang ,LIU Zhao -du,PEI Xiao -fei,M A Guo -cheng ( School of M echanical and Vehicular Engineering ,Beijing Institute of Technology ,Beijing 100081,China) Abstract: In order to improve the acceleration performance of front-w heel driving vehicles on both low adhesion and bisectional roads,an anti-slip regulation ( ASR) system based on the combination control of both throttle and braking interference w as designed, At low er vehicle velocities,the velocity difference betw een front and rear w heels w as chosen as ASR control variable, At slightly higher vehicle velocities,the slip ratio of driving w heels w as selected as ASR control variable, A torque sensor w as used to test the optimum slip ratio on low adhesion road,and the identification method for the operating conditions of ASR based on the slip degree of vehicle w heels w as designed, In addition,the combination control logic of throttle and braking interference on both low adhesion and bisectional roads w as developed, The real vehicle tests based on JETTA GTX car w ere carried out, The results show that thed eveloped system control logic is reasonable,and can perform accurate i dentification for operating conditions, M oreover, the velocity difference betw een front and rear w heels can be controlled w ithin 7 km / h at low er vehicle velocities,and the slip ratio of driving w heels can be controlled w ithin about 20% at slightlyigher vehicle velocities, Andh thus thea cceeraton performance of vehces gets mproved, liili Key words: electronic throttle; braking interference; low adhesion road; bisectional road; combination control; anti-slip regulation ( ASR) ; control strategy ; real vehicle test ( Anti-slip Regulation,, ,驱 动 防 滑 系 统 简 称驱动防容易发生过度滑转使车辆加速能力降低ASR) 滑系统可以将驱动轮的滑转率控制在最佳滑转率 是能够在车辆驱动过程中提高车辆加速性 ,3 , 4,,1 , 2,,,, 附近从而获得最佳的牵引性能 能和车辆方向稳定性的主动安全系统当车 ,3 : ,目前汽车驱动防滑控制主要有 种方式发 辆在低附着或者对开路面上加速行驶时驱动轮 收稿日期: 2011 , 01 , 04, : ( 501222155) ; ( 40401040302) ,“”基金项目国家自然科学基金资助项目总装十一五预研基金资助项目 : ( 1982 ,) ,,,,、,作者简介叶 阳男内蒙古赤峰人博士生主要从事汽车动力学汽车电子工程等方面的研究 6 ,: 673第 期叶 阳等基于联合控制的汽车驱动防滑系统 、, 动机输出转矩调节驱动轮制动力矩调节以及离确定不同路面驱动轮最佳滑转率对稍有不同 , ASR , 合器或变速器控制发动机输出转矩调节是最早 控制门限选取具有指导意义当车辆在平直 ,,应用的驱动防滑控制方式它适用于两驱动轮都 路面上加速时可忽略滚动阻力和差速器摩擦阻 , ,1 , ,W 在低附着路面上或车速较高时的加速工况发动 力驱动轮受力如图 所示图中为轮胎法向 ,F,、载荷为驱动轴作用于车轮的水平力 机输出扭矩调节主要有点火参数调节燃油供给 p , 2 量调节和节气门开度调节前 种调节方式比较 ,, 迅速但易引起发动机工作不正常节气门开度调 ,, 节工作比较平稳易于与其他控制方式配合使用,5,, 但响应较慢驱动轮制动力矩调节通过在发生 ,过度滑转的驱动轮上施加制动力使驱动轮滑转 , ,率在最佳值附近波动当车速较高时为避免车辆 , 产生较大的横摆力矩通常不采用这种控制方式 长期使用还会造成制动力与发动机输出功率的对 ,, 耗并产生制动器热衰退现象离合器或变速器控 制通过对离合器的结合程度或者变速器的传动比 1 图 驱动轮受力图 ,,实现对驱动轮滑转率的调节该方法反应较慢变 化Fig. 1 Force diagram of driving wheel ,,突然而且由于发热和磨损等问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 其应用也受 到很 ,6 , 8,对其进行受力分析可得, 大的限制由于每种控制方式都有一定 的局 ? ,F r = IT ??( 1)ω x0,,限性因此要想达到比较理想的控制效果不 能仅仅 : T———;式中驱动轮所受的驱动力矩,使用一种控制手段而要根据工况使发动 机调节F———; 驱动轮受到的地面切向力x ,2 与制动力矩控制协同工作实现 种控制 方式的 r———; I———轮胎滚动半径被测0 , 联合控制本文将基于节气门与制动干预 联合控 ;车轮的转动惯量 ASR ,制的方式实现 的控制 ?,———车轮的角加速度 地面附着系数与地面切向力的关系为 F= F?μ x z ( 2)———; F———: 式中μ路面附着系数驱z 1 ASR 基于联合控制的汽车 系统 , 动轮受到的垂直载荷通过以上 两式可得出 1. 1ASR 汽车 控制量的选取 GTX ?本文基于捷达 轿车进行驱动防滑系统 T ,I ? 0 =( 3)μ , ,研究原车采用磁电式轮速传感器前轮为驱动 F ?r z,, 轮后轮为从动轮由于磁电式传感器具有测量阈 驱动轮滑转率为,,,值因此只有当转速大于某一数值时才能得到 较 v ,9, ( 4)1 , s = × 100% , ,为准确的转速值车辆起步时微小的轮速 变化， ， r ω ,会造成滑转率的较大波动驱动轮的滑转率 有可 : s———;式中驱动轮滑转率100 ,,%能接近 不能准确反应驱动轮滑转的 程度v;———车速 ,因此在车速较低时应采用车辆驱动轮和从 动轮的,———ω驱动轮角速度 , ,轮速差作为控制量当车速相对较高时在 车辆加( 3) ( 4) ,T 公式和中驱动轮所受的驱动力矩 ,速过程中非驱动轮不滑转非驱动轮速平 均值为SDI96360 在实验时可通过 型车用扭矩传感器测 ,,参考车速进而计算驱动轮的滑转率此时 采用驱; I; 量得到被测车轮转动惯量 已知驱动轮角速 0 ? , 动轮滑转率作为控制量根据原车磁电式 轮速 度 ω 和角加速度 通过驱动轮轮速信号计算得 ,传 感 器 的 工 作 情 况当从动轮轮速在 ; 到驱动轮受到的垂直载荷可以通过车辆参数和 7. 5 km / h,以下时用汽车同侧驱动轮和非驱动轮 ; ; 非驱动轮轮速计算得到车轮滚动半径已知车速 ,的轮速差作为控制量否则采用驱动轮滑转率作 v ,可以通过非驱动轮轮速的平均值得到这样就 ,为控制量 -s , , 可得出路面的 μ曲线通过多次实车试验得出 1. 2 驱动轮最佳滑转率的确定 0. 12,冰路面的峰值附着系数约为 最佳滑转率约 驱动轮最佳滑转率是指充分利用路面附着系 12 ; 0. 2,%为 压实雪路面的峰值附着系数约为 最 ,,数时的滑转率对于不同路面驱动轮最佳滑转率 15% ; 佳滑转率约为 新鲜雪路面的峰值附着系数 67433 沈 阳 工 业大 学 学 报第 卷 25,20 , 0. % 约为 最佳滑转率约为 不同载荷和不1. 4 ASR 汽车 控制策略 同节气门开度对路面附着系数与驱动轮滑转率的 ASR 本文研究的 采用了电子节气门干预控 ,2 关系基本没有影响并且冰雪 种路面的理想滑 , 制和主动制动干预控制电子节气门干预控制由 ,转率范围存在一定的重合度 ,ASR 直流力矩电机驱动主动制动干预控制由 电 1. 3 ASR ASR ABS 、汽车 控制工况识别 磁阀主动压力源和 压力调节器完 ASR ,, ,在汽车 的控制过程中采用两从动轮轮 成为了达到较好的控制效果节气门干预控制和 ,PWM 速的平均值作为参考车速根据各车轮轮速和参 主 动制动干预控制均采用了基于 的模糊 ,ASR 2 PD ,34 , ASR I、考车速进行工况识别工况识别流程如图 控制控制流程如图 所示在 的制动,所示 ,ASR ,干 预控制过程中常开电磁阀关闭常闭电 ,ABS 磁 阀打开主动制动干预控制系统通过驱动 压 力调节器中相应通道的进油电磁阀和出油电磁 ABS 阀 以及 压力调节器电机实现该通道制动压 、, ASR 力 的增压减压和保压的调节过程模糊控 ,制 器采用双输入单输出的二维控制器以实际驱 v 动 轮滑转侧前后轮轮速差 与期望的前后轮轮速 ve ec 差 的偏差 及其偏差的变化率 作为输入0 ,语言 变量输出语言变量为控制执行机构的 PWM u, 信 号占空比 由于在制动干预实际控制 ,,中增压和 减压要分别控制进油阀和出油阀而且 2 ( ,) ,个阀的 常态不同进油阀常开出油阀常闭因 ,u : 此需对 控制器的输出 作如下处理当控制器输 u ,,1 ,u ; 出 大 于零时进入增压控制输出占空比取 u ,,当控 制器输出 小于零时进入减压控制输出占 ,u , MC9S12DP256 空比 取 电 控 系 统 利 用 单 片 PWM ,PWM ,机 的 模块对电磁阀进行 驱动控制 ,可实 现不同的增压和减压速率实现轮缸压力的 精细 ,10, ,调节 2 ASR 图 工况识别流程图 Fig. 2 Flow chart of identification for operating condition of ASR ,vvv; 图中和 分别为参考车速门限为起 s1 s2 0 ; vv; 步控制轮速差门限为左侧前后轮轮速差为 l r ; ss; 左侧前后轮轮速差为行驶控制滑转率门限0 l s,; 为左前轮滑转率为右前轮滑转率 r 7. 5 km / h ,当参考车速小于 时根据同侧前后 3 ASR 图 节气门干预控制流程图, 车轮的轮速差来识别当前工况当两侧前后轮的 Fg. 3 Fow chat of ntefeence ilrirrv,轮速差都小于门限值 时车辆行驶在高附着路 0 control for ASR throttle ; v面上当只有一侧前后轮的轮速差大于门限值 0 , ,,时车辆行驶在对开路面上同理当参考车速大 2 实车试验结果与分析7. 5 km / h ,于 时通过两侧驱动轮的滑转率来识别 , ASR , 当前工况当 控制工况确定后立即调用节 ,为验证该系统的控制逻辑与控制效果基于 GTX , 捷达 轿车进行了多项实车试验验证试验中 气门或者制动干预控制程序调整驱动轮的运动 低附着路面采用地板革涂抹洗涤灵的方法进行模 ,状况 :6756 ,第 期叶阳等基于联合控制的汽车驱动防滑系统 6 ASR 图 低附着路面无 加速试验滑转率曲线 Fig. 6 Slip ratio curves in acceleration test without ASR on low adhesion road 4 ASR 图 制动干预控制流程图 Fig. 4 Flow chart of interference conto fo ASR bakng rlrri ,,,拟经测试其附着系数与新鲜雪路面基本相同 7 ASR 图 加速试验轮速曲线低附着路面 ,高附着路面为干沥青路面实车试验主要包括以 Wheel velocity curves in acceleration Fig. 7 ,下内容 test with ASR on low adhesion road 2. 1 ASR 低附着路面有无 加速试验 6. 5 km / h,,试验中车辆挂一挡车速约为 驶 上 40?, 低附着路面后迅速踩下油门踏板至大约 进 ASR ,行由起步加速到行驶加速的有无 加速试 验 5 : 8 ,试验曲线如图 所示 8 ASR 图 低附着路面 加速试验滑转率曲线 Fig. 8 Slip ratio curves in acceleration test with ASR on ow adheson oad lir ,40%然其最大值达到了约 但驱动轮与非驱动轮 7 km / h,轮速差只有大约 随后随车速增加逐渐下 5 ASR 图 低附着路面无 加速试验轮速曲线,20% ,降滑转率被控制在 左右该试验中平均车 2 Fig. 5 Wheel velocity curves in acceleration test 1. 1 m / s,身加速度提高到了 左右可见车辆的加 ,without ASR on ow adheson oad lir速性得到了改善 2. 2 ASR ASR ,对开路面有无 加速试验在没有 控制的情况下两驱动轮都发生了 5 km / h,,6. 试验中车辆挂一挡车速约为 驶 km / h,,53 最大滑 剧烈的滑转其最高速度达到了约 2 上附着系数分离路面后迅速踩下油门踏板至大约 75% ,0. 7 m / s, 转率约为 平均车身加速度约为 同 40?,ASR 进行由起步加速到行驶加速的有无 加 ASR ,样工况下若有 控制则节气门开度不再取决 ,9 : 12 ,速试验试验曲线如图 所示 ,于输入的踏板开度而是以最佳滑转率作为控制 ASR ,在没有 控制的情况下位于低附着路面 ,, 目标由电控单元自动调节开始阶段由于车速较 ,一侧的右前轮发生了剧烈的滑转其最高速度达 ,,,,低滑转率对轮速变化较敏感因此变化较大虽 67633 沈 阳 工业大 学 学 报第 卷 77 km / h,85 ,%到了约 最大滑转率约为 平均车身2 0. 7 m / s, ASR 加速度约为 同样工况下若有 控 ,ASR ,制则由于 制动干预控制的作用使得高附 ,着路面提供的驱动力增加因而驱动轮过度滑转 , ASR ,也得到有效控制介入控制后开始阶段由 ,,,于车速较低滑转率对轮速变化较敏感因此变 化 ,47% ,较大虽然其最大值达到了约 但驱动轮 与 5 km / h, 7. 非驱动轮轮速差只有约 随后随车速 增 ,15% 加逐渐下降右侧驱动轮滑转率被控制在 左 ,3 ,%右左侧驱动轮滑转率在 左右平均车身加 速9 ASR 图 对开路面无 加速试验轮速曲线2 1. 7 m / s,度在 左右可见车辆的加速性得到了 明hee veocy cuves acceeaon Wllitrin lrtiFg. 9 i ,显改善 test without ASR on bisectional road 2. 3ASR 对开与低附着路面 加速试验 6. 5 km / h,,试验中车辆以一挡起步车速约为 、驶上前段为单一低附着中间为分离附着系数 ( ) 、左侧和右侧交替为低附着和高附着后段为单 ,40?, 一低附着的路面迅速踩下油门踏板至大约 ASR ,进行由起步加速到行驶加速的 加速试验试 13、14 ,验曲线如图 所示 10 ASR 图 对开路面无 加速试验滑转率曲线 Fg. 10 Sp ato cuves in acceeaton test ilirirlri without ASR on bisectional road 13 ASR 图 对开与低附着路面 加速试验轮速曲线 Fg. 13 Whee veocty cuves in acceeaton test wth illirlrii ASR on bisectional and low adhesion roads 11 ASR 图 对开路面 加速试验轮速曲线 Fig. 11 Wheel velocity curves in acceleration es ASR on bsecona oad ttwith itilr 14 ASR 图 对开与低附着路面 加速试验滑转率曲线 Slip ratio curves in acceleration test with ASR Fig. 14 on bisectional and low adhesion roads ,ASR 在整个实验过程中能够对单一低附着 ,路面和对开路面做出及时准确的识别并及时调 12 ASR 图 对开路面 加速试验滑转率曲线 , 用相应的控制程序进行控制在两端的单一低附 Fig. 12 Slip ratio curves in acceleration test ,,着路面上两驱动轮虽然发生了滑转但是其滑转 with ASR on bisectional road 6 ,: 677第 期叶 阳等基于联合控制的汽车驱动防滑系统 ,3, ,,,, 李静李幼德赵健等四轮驱动汽车牵引力控制 , 程度都得到了较好的控制在分离附着系数路面 J,, : ,2003,33( 4) :,系统研究 吉林大学学报工学版,,上左右两侧的附着系数高低交替变化驱动轮也 交 1 , 6,,,替发生滑转其滑转率也得到了较好的控制加 速过( LI Jing ,LI You-de,ZHAO Jian,et al, Research on 2 1. 3 m / s, traction control system fo r four w heel drive vehicle 程中的平均车身加速度约为 在单 一低 ,J,, Journa of Jn Unversty : Engneerng and liliiiiiASR , 附着路面和对开路面 控制的开始阶段滑转Technology ,2003,33( 4) : 1 , 6, ) ,,率稍微偏大这是由于此时车速相对较低滑 转率受,4, ,,,, 张加才李凯李静等汽车牵引力控制系统的控 制, , 轮速变化影响较大造成的在控制过程中驱动轮J,, : ,2006,36 ( 4 ) ,: 吉林大学学报工学版 方法 ,与非驱动轮转速并未发生较大程度的分 离随车 514 , 517,( ZHANG Jia-cai,LI Kai,LI Jing ,et al, Control me- ,速 的 增 加驱动轮的滑转率被控制在 thods for automobe tracton contro system ilil20 , %左右相对于单一低附着路面和对开路面没 ,J,,J ournal of Jilin University : Engineering and ASR ,有 控制的情况车辆的加速性能得到了明显 Technoogy ,2006,36( 4) : 514 , 517, ) l- ,5, , TX G,李志远捷 达 轿车驱动防滑控制技术研究 的改善 ,D,, : ,2008,北京北京理工大学 ( LI Zhi-yuan, Research on the technology of anti-slip reguaton in the JettaGT X car ,D,, Beng : Beng liijiiji Institute of Technology ,2008, ) 3 结论,6, , ASR ,D,, : 郑晓雯汽车 对开路面控制算法研究 长 春 ,2008: 5 , 6,吉林大学 ( ZHENG Xiao -w en, The research of control algo-ASR ,本文分析了各种 控制方法的优缺点以 rithms for vehicle ASR on -Split road ,D,, Chang- μ此为根据设计了基于联合控制的汽车驱动防滑控 chun: Jilin University ,2008: 5 , 6, ) ,制系统并进行了低附着和对开路面的实车对比 ,7, ,, 司利增王忠会驱动防滑转控制途径及原则分析, ,试验试验结果表明该系统能够根据车辆驱动轮 ,J,, ,1998,18( 1) : 54 , 58,西安公路交通大学学报 、的运动情况对低附着路面高附着路面和对开路 ( S Lzeng ,WANG Zhong hu, The anayss for the Ii--ili control approaches and principles of acceleration slip ,面进行准确判别采用发动机输出转矩调节或者 regulation ( ASR) ,J,, Journal of Xi ’an Highw ay 驱动轮制动力矩调节的方式控制驱动轮与非驱动 Unversty ,1998,18( 1) : 54 , 58, ) ii,轮之间的轮速差或者驱动轮的滑转率并能够及 ,8, ,,,, 尹安东孙骏赵虎等汽车驱动防滑控制系统的 控制 , ,,J,, : ,时准确地进行控制工况的切换在车速较低时驱 模式与技术 合肥工业大学学报自然科学 版 2004,27( 3) : 326 , 329, 7. 5 km / h 动轮与非驱动轮的轮速差被控制在 以 ( YIN An-dong ,SUN Jun,ZHAO Hu,et al, Control,内当车速相对较高时驱动轮的滑转率也得到了 patternso f the automobile anti-slip regulation system ,20 ,%较好的控制其值在 附近波动车身加速度 and key technooges ,J,, Journa of Hefe Unversty of liliii Technology : Natural Science,2004,27 ( 3 ) : 326 , ,得到了很大程度的提高从而提高了车辆在低附 329, ) ,着或者对开路面上的加速性能 ,9, ,,, 刘海鸥陈慧岩余春晖车辆起步车速测量技术的 研 J,, ,2001( 11) : 52 , 54,, 传感器技术 究 ( LIU Hai-ou,CHEN Hui-yan,YU Chun-hui, Research on technque of measurng the vehce startng speed iiili Refeences):(r参考文献,J,, Journal of Transducer Technology ,2001 ( 11 ) : 52 , 54, ) ,1, , : ABS ASR ,M,, : 司利增汽车防滑控制系统与 北 京 ,10, ,,,, M CU ACC李径亮刘昭度张彪等基于 的车辆 ,1996: 6 , 14,人民交通出版社 ,J,, ,2009,25 ( 10 ) : 电控系统设计 微计算机信息( SI Li-zeng ,A utomobile antiskid control system : ABS and ASR ,M ,, Beijing : China Communications 1 , 3, ( LI Jing -liang ,LIU Zhao -du,ZHANG Biao ,et al, De- Press,1996: 6 , 14, ) sign of electronic control system of adaptive control ,2, ,,, 王德平郭孔辉高振海汽车驱动防滑控制系统system based on M CU ,J,, M icrocomputer Informa- ,J,, ,1997( 4) : 22 , 27,汽车技术ton,2009,25( 10) : 1 , 3, ) i( WANG De-ping ,GUO Kong -hui,GAO Zhen- ( : : )责任编辑邓美艳 英文审校陈立佳hai,A utomobile anti-slip regulation system ,J,, Automo- bile Technology ,1997( 4) : 22 , 27, )