【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.实车试验结果表明: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
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
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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
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