【doc】基于路面条件判断的牵引力控制系统压力控制策略

【doc】基于路面条件判断的牵引力控制系统压力控制策略 基于路面条件判断的牵引力控制系统压力 控制策略 2008年1O月农业机械第39卷第10期 基于路面条件判断的牵引力控制系统压力控制策略* 杨财宋健李红志 【摘要】针对牵引力控制系统门限值压力控制策略容易产生控制超调的缺点,提 出基于路面条件判断的压力 控制策略.利用轮速信号进行路面条件判断,针对不同路面条件提出不同的压力控 制目标,计算需要的目标压力 并估算实际的干涉压力.实车试验结果明:该控制策略可以大大减小制动力矩与 发动机驱动力矩的无谓对耗, 能够有效减少压力波动及轮速波动,在对开路面上汽车的起步加速能力提高了 47%. 关键词:车辆牵引力控制系统压力控制路面条件判断 中图分类号:U467.1文献标识码:A PressureControlStrategyBasedonRoadConditionJudgmentforTCS YangCaiSongJianLiHongzhi (Tsingh&University,BeUing100084,China) Abstract Onepressurecontrolstrategywaspresentedfortractioncontrolsystem(TBS).Wheelspeed sensorsignalswereusedtojudgeroadcondition;differentpressurecontrolaimsweresuggestedfor differentroadconditions;targetpressurewascalculatedandrealpressurewasestimated.Thestrategy wasconfirmedwithvehicleexperiment.Theresultshowedthatthispressurecontrolstrategycould greatlyreducethemeaninglessconsumptionofenginetorquebythebraketorque.Thestrateg ycould greatlyreducethefluctuationofpressureandthewheelspeedfluctuationresultingfrompress ure fluctuation:itcouldalsoimprovethevehiclestartingabilityupto47%. KeywordsVehicle,TCS,Pressurecontrol,Roadconditionjudgment 引言 牵引力控制系统(tractioncontrolsystem,简称 TCS)通过控制发动机输出扭矩以及驱动轮上的干 涉压力,将驱动轮的滑转率控制在最优滑转率附近, 可以有效地提高汽车的起步,加速能力,并且可以提 高汽车的转向能力_1j. 牵引力控制系统的压力控制多采用门限值控制 策略.通过非驱动轮轮速计算出参考车速,结合驱 动轮滑转率控制目标,设定驱动轮目标轮速.当驱 动轮轮速高于目标轮速时,开始增压控制;驱动轮轮 速低于目标轮速时,开始减压控制.这种控制策略 利用实际轮速与目标轮速的关系控制干涉压力,逻 辑简单,应用广泛.但这种控制策略在压力干涉过 程中,缺乏长期的控制目标,易产生压力波动大及其 引起的轮速波动大的缺点;干涉压力容易过大,造成 制动力矩与发动机驱动力矩的无谓对耗.该控制策 略无法根据不同的路面条件选用不同的压力控制方 式,包括不同的最高压力和不同的增减压速率. 本文提出基于路面条件判断的压力控制策略. 首先进行路面条件判断,而后确定控制目标和控制 策略,对不同路面条件,有针对性地控制干涉压力. 1基于路面条件判断的压力控制 1.1压力控制目的 不同路面的压力控制目的是不同的.低附路面 收稿日期:2007—10,24 *国家自然科学基金资助项目(项目编号:50575120) 杨财清华大学汽车安全与节能国家重点实验室博士生,100084北京市 宋健清华大学汽车安全与节能国家重点实验室教授博士生导师 李红志清华大学汽车安全与节能国家重点实验室博士生 8农业机械 的压力控制目的是:在发动机干涉的基础上,迅速减 小驱动轮的滑转,使驱动轮轮速接近目标轮速;限制 最高干涉压力,避免制动力矩与驱动力矩的无谓对 耗,减小压力干涉对驾驶舒适性的影响.对开路面 的压力控制目的是:限制低附侧驱动轮的滑转,使高 附侧驱动轮能够获得足够的驱动力矩,提高汽车的 起步加速能力.所需的干涉压力由整车参数及路面 附着系数差决定. 1.2路面条件判断 路面条件判断要求能够区分低附路面和对开路 面,判断标准为:低附路面:两驱动轮轮速相差不大, 但是都远大于两从动轮轮速.对开路面:一驱动轮 轮速和参考车速相近,另一驱动轮轮速远大于参考 车速.根据路面条件判断结果,结合压力控制目的, 可计算目标压力值. 1.3目标压力计算 1.3.1低附路面 低附路面计算目标压力的依据是:让两驱动轮 轮速在一定时间T内减小到目标轮速.低附路面 的目标压力用于迅速降低驱动轮轮速. 车轮的动力学方程为 =M一lxNR—Mb(1) 式中卜一等效到车轮上的转动惯量 cU——车轮角速度——路面附着系数 M+——车轮上的驱动力矩 N——车轮垂直载荷R——车轮滚动半径 M——干涉压力产生的制动力矩 忽略各种摩擦阻力有 工=(5+Igi6+10)/2+(2) M=Miio/2(3) Mb:Kbp(4) 式中JJ0,J——发动机,变速器,主减速器, 车轮的转动惯量 i,io——变速器,主减速器传动比 M——发动机驱动力矩——干涉压力 K——制动器制动效能因数 根据目标压力计算依据 do, = (5)d,T 式中?——驱动轮轮速和目标轮速的差值 由式(1),(5)可求得低附路面的目标压力值. 将某试验车辆的各参数代入计算,低附路面上 的目标压力最大值不超过1MPa. 1.3.2对开路面 对开路面计算目标压力的依据是:让干涉压力 平衡两侧附着系数差造成的路面驱动力矩的差值. 对开路面的目标压力用于平衡路面附着系数差造成 的路面驱动力矩的差值. 由式(1)可得低附侧车轮上的制动力矩为 Mb=~IxNR(6) 式中?——左右两侧路面附着系数差 由式(2)和(6)可求得对开路面的目标压力值. 将某试验车辆的各参数代入计算,对开路面上 的目标压力为5.9A/J. 1.4实际压力估算 准确估算实际压力是实现该压力控制策略的关 键.进行压力估算之前需要做大量的标定工作,以 针对不同路面,寻找合适的增,减压方式.利用这些 方式既可以控制压力的升高,降低速率,又可以限制 最高干涉压力. 采用德国BOSCH公司生产的ESP8.0系统, 如果不进行限制,电动机产生的最高干涉压力可达 20MPa,这对于TCS的控制显然过高.低附路面需 要的干涉压力小,增压速率低;对开路面需要的干涉 压力大,增压速率高.根据目标压力计算结果,TCS 压力控制的最高干涉压力一般不超过4MPa,过高 的干涉压力会造成制动力矩与发动机驱动力矩的无 谓对耗. 实车标定结果:低附路面上两前轮同时增压干 涉时,采用增压4ms,而后保压16ms的压力增长方 式,增压速率为2MPa/s,可以很好地满足低附路面 压力控制对压力增长速率的要求.对开路面上采用 增压4ms,而后保压16InS的压力增长方式.由于 对开路面只需对单个轮缸增压,其压力增长速率可 达9MPa/S,能够迅速,准确地实现压力控制. 2实车验证及效果 分别在低附路面和对开路面上试验验证上述压 力控制策略,低附路面的路面附着系数为0.25,对 开路面左右两侧的路面附着系数分别为0.25和 0.8.试验采用原地起步加速的方式,试验过程中油 门踏板踩到最大位置以保证TCS出现干涉. 图1为低附路面上的轮速和干涉压力信号.图 中两前轮轮速相近并且都远高于参考车速.控制策 略判断出路面条件为低附路面并且计算出相应的目 标压力值.低附路面上的干涉压力比较小,最大干 涉压力约为0.5MPa.这种压力干涉既可以有效抑 制驱动轮的滑转又可以避免制动力矩与驱动力矩的 无谓对耗. 对开路面试验结果如图2所示.控制策略判断 出路面条件为对开路面并根据附着系数差计算出需 第10期杨财等:基于路面条件判断的牵引力控制系统压力控制策略9 丁30 { 互20 1O 0 o.4 奋o_2 霪o Fig.1 下60 40 2O o 4 茎 2 1 0 0123 时间/s 0123 时间/s 图1低附路面压力控制曲线 PressurecontrolOillowfrictionroad 1 时间/s 时『可/s 图2对开路面压力控制曲线 Fig.2Pressurecontrolonsplitroad 要的最大干涉压力为3.2MPa.控制程序计算出干 涉压力目标值后,干涉压力逐渐升高,达到目标值后 保持稳定.这种控制方式压力波动小,并且不受轮 速瞬时波动影响,因而由压力波动引起的轮速波动 也小. 试验结果显示:参考车速从3km/h升高到 15km/h耗时1.49S,平均加速度为2.24m/s2.该 试验车辆在此路面理论上能够达到的最大加速度为 2.5m/s2,利用该控制策略,汽车的实际加速度达到 理论最大值的9O%. 相同对开路面上的另外两组试验数据显示:没 有压力控制时,参考车速从3km/h升高到15km/h 平均耗时2.82S.采用压力控制后车辆在对开路面 上的加速能力提高了47.16%. 3结论 (1)提出基于路面条件判断的牵引力控制系统 压力控制策略.利用轮速信号进行路面条件判断, 针对不同路面条件提出不同的压力控制目的,计算 需要的目标压力并且估算实际的干涉压力. (2)在压力控制的实现过程中,针对不同路面选 择不同的压力增长方式以控制增减压速率与最高压 力. (3)分别在低附和对开路面上试验验证该控制 策略.结果表明,基于路面条件的压力控制策略能 够判断不同路面条件并且有针对性地采用合适的压 力控制方式,可以减小制动力矩与发动机驱动力矩 的无谓对耗,减小压力波动及其引起的轮速波动,能 够较大程度提高对开路面上的起步加速能力. 参考文献 李亮,宋健,祁雪乐.汽车动力学稳定性控制系统研究现状及发展趋势[J].农业机 械,2006,37(2):141,144. LiLiang,SongJian,QiXuele.Investigationanddevelopmentofvehicledynamicsstabilitycontrolsystem[J].Transactions oftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery,2006,37(2):141,144.(inChinese) HansWBleckmann.TractioncontrolsystemwithTevesABSMarklI[C].SAEPaper860506,1986. WolfgangMaiscb.ASR—tractioncontrol— alogicalextensionofABS[C].SAEPaper870337,1987. AlfredSig1.ASR— tractioncontrol,stateoftheartandsomeprospects[C].SAEPaper900204.1990. KiyotakaIse.The"Lexus"tractioncontrol(TRAC)system[C].SAEPaper900212,1990.