繩辰++耿聰++張欣
摘要:應(yīng)用Matlab/Simulink仿真軟件建立包括縱向、橫向、橫擺以及四個(gè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的七自由度輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車整車仿真平臺(tái)。采用邏輯門限值控制方法編寫整車縱向驅(qū)動(dòng)防滑控制策略,并在所搭建模型上進(jìn)行仿真,驗(yàn)證策略的有效性。
關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車 仿真 驅(qū)動(dòng)防滑控制
中圖分類號(hào):U461 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2014)07(c)-0028-04
在能源與環(huán)境的雙重壓力下,加之政府政策的鼓勵(lì),純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展日益蓬勃,且具有廣泛的應(yīng)用前景。當(dāng)汽車處于起步狀態(tài)或在冰雪路面等低附著系數(shù)路面上行駛或駕駛員操作不當(dāng)時(shí),就可能造成驅(qū)動(dòng)輪滑移率過高,導(dǎo)致汽車驅(qū)動(dòng)性能降低、輪胎磨損加劇,嚴(yán)重威脅了車輛的操縱穩(wěn)定性和安全性。因此,為減少或避免這種危險(xiǎn)情況發(fā)生,提高車輛的操縱穩(wěn)定性和行駛的安全性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。東京大學(xué)藤本博志等人研究了基于橫擺力矩觀測(cè)器的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性控制。吉林大學(xué)在電動(dòng)輪滑移率控制方面進(jìn)行了深入研究。該文將建立整車仿真平臺(tái),針對(duì)車輛縱向驅(qū)動(dòng)過程進(jìn)行控制。
1 汽車動(dòng)力學(xué)建模
整車動(dòng)力學(xué)模型應(yīng)正確反映車輛的縱向驅(qū)動(dòng)行駛性能。本文根據(jù)仿真需求,對(duì)模型進(jìn)行相應(yīng)的簡化,建立包括車體動(dòng)力學(xué)子模型、車輪動(dòng)力學(xué)子模型及輪胎子模型等的整車模型。
1.1 車體動(dòng)力學(xué)模型
該文為了研究車輛縱向行駛穩(wěn)定性的控制,結(jié)合輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車的特點(diǎn),建立了輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)整車模型。模型包括車輛沿x軸的縱向運(yùn)動(dòng),沿y軸的橫向運(yùn)動(dòng)、繞z軸的橫擺運(yùn)動(dòng)以及四個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)共七個(gè)自由度。
由車輛模型示意圖1,依據(jù)牛頓第二定律和轉(zhuǎn)動(dòng)定律,得到整車沿x軸和y軸兩個(gè)方向的平動(dòng)方程,式(1)、式(2),整車轉(zhuǎn)動(dòng)方程,式(3):
式(1)、式(2)中:M為整車質(zhì)量(kg);νx為車輛質(zhì)心沿著x軸方向的速度分量(m/s);νy為車輛質(zhì)心沿著y軸方向的速度分量(m/s);γ為橫擺角速度(rad/s);Fxfl為車輛前左輪所受的縱向力(N);Fyfl為車輛前左輪所受的橫向力(N);Fxfr為車輛前右輪所受的縱向力(N);Fyfr為車輛前右輪所受的橫向力(N);Fxrl為車輛后左輪所受的縱向力(N);Fyrl為車輛后左輪所受的橫向力(N);Fxrr為車輛后右輪所受的縱向力(N);Fyrr為車輛后右輪所受的橫向力(N);δ為車輪轉(zhuǎn)角(rad)。Iz車輛繞著z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·m2);If為車輛前軸到質(zhì)心距離(m);Ir為車輛后軸到質(zhì)心的距離(m);df為前輪輪距(m);dr為后輪輪距(m)。
車輛在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程的俯仰、側(cè)傾等運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)輪胎產(chǎn)生相應(yīng)的載荷轉(zhuǎn)移。輪胎的垂直載荷計(jì)算由公式(4)式(5)式(6)式(7)得到:
其中,F(xiàn)zfl為車輛前左輪所受地面施加的支撐力(N);Fzfr為車輛前右輪所受地面施加的支撐力(N);Fzrl為車輛后左輪所受地面施加的支撐力(N);Fzrr為車輛后右輪所受地面施加的支撐力(N);h為整車質(zhì)心高度(m);d為平均輪距(m);ax為車輛質(zhì)心的縱向加速度(m/s2);ay為車輛質(zhì)心的橫向加速度(m/s2)。
1.2 車輪動(dòng)力學(xué)模型
車輪是連結(jié)動(dòng)力源與地面的紐帶,也是讓車輛“動(dòng)起來”的直接動(dòng)力。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)在于驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接與車輪的輪輞集成在一起,可以完全省略傳動(dòng)裝置,使得車輛行駛動(dòng)力的利用率提高。車輛直線行駛時(shí),車輪受力分析如圖2所示。
驅(qū)動(dòng)車輪的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為:
2 基于邏輯門限值控制方法的整車縱向驅(qū)動(dòng)防滑控制策略研究
邏輯門限值控制是目前在汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制中應(yīng)用最為廣泛的一種控制方法。它的主要工作原理是,是先對(duì)控制目標(biāo)變量設(shè)定一個(gè)門限值作為系統(tǒng)的控制閥值,當(dāng)控制目標(biāo)變量越過這個(gè)閥值時(shí),控制系統(tǒng)及時(shí)作出相應(yīng)的反應(yīng),從而對(duì)變量進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。
該文首先選取車輛穩(wěn)定性的主要評(píng)價(jià)參數(shù)—— 滑移率為控制變量,如圖3所示為基于滑移率邏輯門限值方法的車輛驅(qū)動(dòng)防滑控制流程圖。其中,Statei(i=1、2、3)為定義的車輪的不同滑移程度,根據(jù)輸入滑移率S的判定,對(duì)電機(jī)的輸出扭矩進(jìn)行相應(yīng)的控制,以達(dá)到調(diào)節(jié)的效果。
該文還選取車輛行駛穩(wěn)定性的另一評(píng)價(jià)參數(shù)——車輪角加速度為控制變量,在滑移率的輔助下,對(duì)車輛進(jìn)行控制,如圖4所示為基于車輪角加速度輔助滑移率門限值方法的車輛驅(qū)動(dòng)防滑控制流程圖。其中,W為車輪角加速度,通過角加速度和滑移率共同進(jìn)行判定、調(diào)節(jié)。
3 控制策略仿真結(jié)果分析
仿真中所用車輛部分參數(shù)如表1所示。
文中取路面附著系數(shù)為0.1的干燥冰路面進(jìn)行仿真,加速踏板在2 s內(nèi)達(dá)到最大值并保持,取車輛起步階段0到10 s對(duì)整車驅(qū)動(dòng)防滑控制策略進(jìn)行分析。圖5為滑移率邏輯門限值控制策略下所得到的車輪滑移率。
由圖5可以看出,路面附著系數(shù)一定時(shí),基于滑移率邏輯門限值的控制策略對(duì)車輛驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性能有一定的調(diào)節(jié)效果。當(dāng)踏板穩(wěn)定、路面附著系數(shù)不變時(shí),滑移率邏輯門限值的控制策略能夠較快對(duì)車輛滑移率進(jìn)行調(diào)節(jié),并使滑移率維持在0.2附近,在0到0.35范圍內(nèi)波動(dòng)。
圖6為滑移率輔助角加速度邏輯門限值控制策略下變化路面附著系數(shù)所得到的車輪滑移率。
由圖6可以看出,路面附著系數(shù)一定時(shí),基于滑移率輔助角加速度邏輯門限值的控制策略對(duì)車輛驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性能有一定的調(diào)節(jié)效果。當(dāng)踏板穩(wěn)定、路面附著系數(shù)不變時(shí),滑移率邏輯門限值的控制策略能夠較快對(duì)車輛滑移率進(jìn)行調(diào)節(jié),并使滑移率維持在0.2附近,在0.1到0.3范圍內(nèi)波動(dòng)。
圖7為路面附著系數(shù)為0.1的干燥冰路面時(shí),不同策略對(duì)車輪滑移率的調(diào)節(jié),圖8為路面附著系數(shù)為0.15的冰雪路面時(shí),不同策略對(duì)車輪滑移率的調(diào)節(jié)。
圖中1為基于滑移率邏輯門限值的控制策略;2為滑移率輔助角加速度邏輯門限值控制策略。
由圖7、8對(duì)比可以看出路面附著系數(shù)不同時(shí),同一種控制策略的控制效果不同;同一路面附著系數(shù)條件下,兩種控制策略的控制效果也不同,基于滑移率輔助角加速度的邏輯門限值控制效果更優(yōu)。
4 結(jié)語
(1)邏輯門限值控制策略可以有效地控制車輛縱向驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性。路面附著系數(shù)變化時(shí),對(duì)整車的穩(wěn)定性有較良好的調(diào)節(jié)作用。
(2)基于滑移率輔助角加速度邏輯門限值控制策略的控制效果優(yōu)于基于滑移率的邏輯門限值策略的控制效果。
參考文獻(xiàn)
[1] Geng Cong.Body Slip Angle Estimation for Stability Control of Electric Vehicle[D].Tokyo:the University of Tokyo,2009.
[2] 喻凡.車輛動(dòng)力學(xué)及其控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.
[3] 余志生.汽車?yán)碚揫M].5版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.
[4] 趙治國,顧君,余卓平.四輪驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力轎車驅(qū)動(dòng)防滑控制研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2011,47(14):83.
[5] 陳清泉,孫逢春,祝嘉光,等.現(xiàn)代電動(dòng)汽車技術(shù)[M].北京理工大學(xué)出版社,2002.
摘要:應(yīng)用Matlab/Simulink仿真軟件建立包括縱向、橫向、橫擺以及四個(gè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的七自由度輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車整車仿真平臺(tái)。采用邏輯門限值控制方法編寫整車縱向驅(qū)動(dòng)防滑控制策略,并在所搭建模型上進(jìn)行仿真,驗(yàn)證策略的有效性。
關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車 仿真 驅(qū)動(dòng)防滑控制
中圖分類號(hào):U461 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2014)07(c)-0028-04
在能源與環(huán)境的雙重壓力下,加之政府政策的鼓勵(lì),純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展日益蓬勃,且具有廣泛的應(yīng)用前景。當(dāng)汽車處于起步狀態(tài)或在冰雪路面等低附著系數(shù)路面上行駛或駕駛員操作不當(dāng)時(shí),就可能造成驅(qū)動(dòng)輪滑移率過高,導(dǎo)致汽車驅(qū)動(dòng)性能降低、輪胎磨損加劇,嚴(yán)重威脅了車輛的操縱穩(wěn)定性和安全性。因此,為減少或避免這種危險(xiǎn)情況發(fā)生,提高車輛的操縱穩(wěn)定性和行駛的安全性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。東京大學(xué)藤本博志等人研究了基于橫擺力矩觀測(cè)器的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性控制。吉林大學(xué)在電動(dòng)輪滑移率控制方面進(jìn)行了深入研究。該文將建立整車仿真平臺(tái),針對(duì)車輛縱向驅(qū)動(dòng)過程進(jìn)行控制。
1 汽車動(dòng)力學(xué)建模
整車動(dòng)力學(xué)模型應(yīng)正確反映車輛的縱向驅(qū)動(dòng)行駛性能。本文根據(jù)仿真需求,對(duì)模型進(jìn)行相應(yīng)的簡化,建立包括車體動(dòng)力學(xué)子模型、車輪動(dòng)力學(xué)子模型及輪胎子模型等的整車模型。
1.1 車體動(dòng)力學(xué)模型
該文為了研究車輛縱向行駛穩(wěn)定性的控制,結(jié)合輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車的特點(diǎn),建立了輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)整車模型。模型包括車輛沿x軸的縱向運(yùn)動(dòng),沿y軸的橫向運(yùn)動(dòng)、繞z軸的橫擺運(yùn)動(dòng)以及四個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)共七個(gè)自由度。
由車輛模型示意圖1,依據(jù)牛頓第二定律和轉(zhuǎn)動(dòng)定律,得到整車沿x軸和y軸兩個(gè)方向的平動(dòng)方程,式(1)、式(2),整車轉(zhuǎn)動(dòng)方程,式(3):
式(1)、式(2)中:M為整車質(zhì)量(kg);νx為車輛質(zhì)心沿著x軸方向的速度分量(m/s);νy為車輛質(zhì)心沿著y軸方向的速度分量(m/s);γ為橫擺角速度(rad/s);Fxfl為車輛前左輪所受的縱向力(N);Fyfl為車輛前左輪所受的橫向力(N);Fxfr為車輛前右輪所受的縱向力(N);Fyfr為車輛前右輪所受的橫向力(N);Fxrl為車輛后左輪所受的縱向力(N);Fyrl為車輛后左輪所受的橫向力(N);Fxrr為車輛后右輪所受的縱向力(N);Fyrr為車輛后右輪所受的橫向力(N);δ為車輪轉(zhuǎn)角(rad)。Iz車輛繞著z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·m2);If為車輛前軸到質(zhì)心距離(m);Ir為車輛后軸到質(zhì)心的距離(m);df為前輪輪距(m);dr為后輪輪距(m)。
車輛在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程的俯仰、側(cè)傾等運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)輪胎產(chǎn)生相應(yīng)的載荷轉(zhuǎn)移。輪胎的垂直載荷計(jì)算由公式(4)式(5)式(6)式(7)得到:
其中,F(xiàn)zfl為車輛前左輪所受地面施加的支撐力(N);Fzfr為車輛前右輪所受地面施加的支撐力(N);Fzrl為車輛后左輪所受地面施加的支撐力(N);Fzrr為車輛后右輪所受地面施加的支撐力(N);h為整車質(zhì)心高度(m);d為平均輪距(m);ax為車輛質(zhì)心的縱向加速度(m/s2);ay為車輛質(zhì)心的橫向加速度(m/s2)。
1.2 車輪動(dòng)力學(xué)模型
車輪是連結(jié)動(dòng)力源與地面的紐帶,也是讓車輛“動(dòng)起來”的直接動(dòng)力。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)在于驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接與車輪的輪輞集成在一起,可以完全省略傳動(dòng)裝置,使得車輛行駛動(dòng)力的利用率提高。車輛直線行駛時(shí),車輪受力分析如圖2所示。
驅(qū)動(dòng)車輪的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為:
2 基于邏輯門限值控制方法的整車縱向驅(qū)動(dòng)防滑控制策略研究
邏輯門限值控制是目前在汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制中應(yīng)用最為廣泛的一種控制方法。它的主要工作原理是,是先對(duì)控制目標(biāo)變量設(shè)定一個(gè)門限值作為系統(tǒng)的控制閥值,當(dāng)控制目標(biāo)變量越過這個(gè)閥值時(shí),控制系統(tǒng)及時(shí)作出相應(yīng)的反應(yīng),從而對(duì)變量進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。
該文首先選取車輛穩(wěn)定性的主要評(píng)價(jià)參數(shù)—— 滑移率為控制變量,如圖3所示為基于滑移率邏輯門限值方法的車輛驅(qū)動(dòng)防滑控制流程圖。其中,Statei(i=1、2、3)為定義的車輪的不同滑移程度,根據(jù)輸入滑移率S的判定,對(duì)電機(jī)的輸出扭矩進(jìn)行相應(yīng)的控制,以達(dá)到調(diào)節(jié)的效果。
該文還選取車輛行駛穩(wěn)定性的另一評(píng)價(jià)參數(shù)——車輪角加速度為控制變量,在滑移率的輔助下,對(duì)車輛進(jìn)行控制,如圖4所示為基于車輪角加速度輔助滑移率門限值方法的車輛驅(qū)動(dòng)防滑控制流程圖。其中,W為車輪角加速度,通過角加速度和滑移率共同進(jìn)行判定、調(diào)節(jié)。
3 控制策略仿真結(jié)果分析
仿真中所用車輛部分參數(shù)如表1所示。
文中取路面附著系數(shù)為0.1的干燥冰路面進(jìn)行仿真,加速踏板在2 s內(nèi)達(dá)到最大值并保持,取車輛起步階段0到10 s對(duì)整車驅(qū)動(dòng)防滑控制策略進(jìn)行分析。圖5為滑移率邏輯門限值控制策略下所得到的車輪滑移率。
由圖5可以看出,路面附著系數(shù)一定時(shí),基于滑移率邏輯門限值的控制策略對(duì)車輛驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性能有一定的調(diào)節(jié)效果。當(dāng)踏板穩(wěn)定、路面附著系數(shù)不變時(shí),滑移率邏輯門限值的控制策略能夠較快對(duì)車輛滑移率進(jìn)行調(diào)節(jié),并使滑移率維持在0.2附近,在0到0.35范圍內(nèi)波動(dòng)。
圖6為滑移率輔助角加速度邏輯門限值控制策略下變化路面附著系數(shù)所得到的車輪滑移率。
由圖6可以看出,路面附著系數(shù)一定時(shí),基于滑移率輔助角加速度邏輯門限值的控制策略對(duì)車輛驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性能有一定的調(diào)節(jié)效果。當(dāng)踏板穩(wěn)定、路面附著系數(shù)不變時(shí),滑移率邏輯門限值的控制策略能夠較快對(duì)車輛滑移率進(jìn)行調(diào)節(jié),并使滑移率維持在0.2附近,在0.1到0.3范圍內(nèi)波動(dòng)。
圖7為路面附著系數(shù)為0.1的干燥冰路面時(shí),不同策略對(duì)車輪滑移率的調(diào)節(jié),圖8為路面附著系數(shù)為0.15的冰雪路面時(shí),不同策略對(duì)車輪滑移率的調(diào)節(jié)。
圖中1為基于滑移率邏輯門限值的控制策略;2為滑移率輔助角加速度邏輯門限值控制策略。
由圖7、8對(duì)比可以看出路面附著系數(shù)不同時(shí),同一種控制策略的控制效果不同;同一路面附著系數(shù)條件下,兩種控制策略的控制效果也不同,基于滑移率輔助角加速度的邏輯門限值控制效果更優(yōu)。
4 結(jié)語
(1)邏輯門限值控制策略可以有效地控制車輛縱向驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性。路面附著系數(shù)變化時(shí),對(duì)整車的穩(wěn)定性有較良好的調(diào)節(jié)作用。
(2)基于滑移率輔助角加速度邏輯門限值控制策略的控制效果優(yōu)于基于滑移率的邏輯門限值策略的控制效果。
參考文獻(xiàn)
[1] Geng Cong.Body Slip Angle Estimation for Stability Control of Electric Vehicle[D].Tokyo:the University of Tokyo,2009.
[2] 喻凡.車輛動(dòng)力學(xué)及其控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.
[3] 余志生.汽車?yán)碚揫M].5版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.
[4] 趙治國,顧君,余卓平.四輪驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力轎車驅(qū)動(dòng)防滑控制研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2011,47(14):83.
[5] 陳清泉,孫逢春,祝嘉光,等.現(xiàn)代電動(dòng)汽車技術(shù)[M].北京理工大學(xué)出版社,2002.
摘要:應(yīng)用Matlab/Simulink仿真軟件建立包括縱向、橫向、橫擺以及四個(gè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的七自由度輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車整車仿真平臺(tái)。采用邏輯門限值控制方法編寫整車縱向驅(qū)動(dòng)防滑控制策略,并在所搭建模型上進(jìn)行仿真,驗(yàn)證策略的有效性。
關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車 仿真 驅(qū)動(dòng)防滑控制
中圖分類號(hào):U461 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2014)07(c)-0028-04
在能源與環(huán)境的雙重壓力下,加之政府政策的鼓勵(lì),純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展日益蓬勃,且具有廣泛的應(yīng)用前景。當(dāng)汽車處于起步狀態(tài)或在冰雪路面等低附著系數(shù)路面上行駛或駕駛員操作不當(dāng)時(shí),就可能造成驅(qū)動(dòng)輪滑移率過高,導(dǎo)致汽車驅(qū)動(dòng)性能降低、輪胎磨損加劇,嚴(yán)重威脅了車輛的操縱穩(wěn)定性和安全性。因此,為減少或避免這種危險(xiǎn)情況發(fā)生,提高車輛的操縱穩(wěn)定性和行駛的安全性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。東京大學(xué)藤本博志等人研究了基于橫擺力矩觀測(cè)器的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性控制。吉林大學(xué)在電動(dòng)輪滑移率控制方面進(jìn)行了深入研究。該文將建立整車仿真平臺(tái),針對(duì)車輛縱向驅(qū)動(dòng)過程進(jìn)行控制。
1 汽車動(dòng)力學(xué)建模
整車動(dòng)力學(xué)模型應(yīng)正確反映車輛的縱向驅(qū)動(dòng)行駛性能。本文根據(jù)仿真需求,對(duì)模型進(jìn)行相應(yīng)的簡化,建立包括車體動(dòng)力學(xué)子模型、車輪動(dòng)力學(xué)子模型及輪胎子模型等的整車模型。
1.1 車體動(dòng)力學(xué)模型
該文為了研究車輛縱向行駛穩(wěn)定性的控制,結(jié)合輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車的特點(diǎn),建立了輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)整車模型。模型包括車輛沿x軸的縱向運(yùn)動(dòng),沿y軸的橫向運(yùn)動(dòng)、繞z軸的橫擺運(yùn)動(dòng)以及四個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)共七個(gè)自由度。
由車輛模型示意圖1,依據(jù)牛頓第二定律和轉(zhuǎn)動(dòng)定律,得到整車沿x軸和y軸兩個(gè)方向的平動(dòng)方程,式(1)、式(2),整車轉(zhuǎn)動(dòng)方程,式(3):
式(1)、式(2)中:M為整車質(zhì)量(kg);νx為車輛質(zhì)心沿著x軸方向的速度分量(m/s);νy為車輛質(zhì)心沿著y軸方向的速度分量(m/s);γ為橫擺角速度(rad/s);Fxfl為車輛前左輪所受的縱向力(N);Fyfl為車輛前左輪所受的橫向力(N);Fxfr為車輛前右輪所受的縱向力(N);Fyfr為車輛前右輪所受的橫向力(N);Fxrl為車輛后左輪所受的縱向力(N);Fyrl為車輛后左輪所受的橫向力(N);Fxrr為車輛后右輪所受的縱向力(N);Fyrr為車輛后右輪所受的橫向力(N);δ為車輪轉(zhuǎn)角(rad)。Iz車輛繞著z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·m2);If為車輛前軸到質(zhì)心距離(m);Ir為車輛后軸到質(zhì)心的距離(m);df為前輪輪距(m);dr為后輪輪距(m)。
車輛在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過程的俯仰、側(cè)傾等運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)輪胎產(chǎn)生相應(yīng)的載荷轉(zhuǎn)移。輪胎的垂直載荷計(jì)算由公式(4)式(5)式(6)式(7)得到:
其中,F(xiàn)zfl為車輛前左輪所受地面施加的支撐力(N);Fzfr為車輛前右輪所受地面施加的支撐力(N);Fzrl為車輛后左輪所受地面施加的支撐力(N);Fzrr為車輛后右輪所受地面施加的支撐力(N);h為整車質(zhì)心高度(m);d為平均輪距(m);ax為車輛質(zhì)心的縱向加速度(m/s2);ay為車輛質(zhì)心的橫向加速度(m/s2)。
1.2 車輪動(dòng)力學(xué)模型
車輪是連結(jié)動(dòng)力源與地面的紐帶,也是讓車輛“動(dòng)起來”的直接動(dòng)力。輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)在于驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接與車輪的輪輞集成在一起,可以完全省略傳動(dòng)裝置,使得車輛行駛動(dòng)力的利用率提高。車輛直線行駛時(shí),車輪受力分析如圖2所示。
驅(qū)動(dòng)車輪的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為:
2 基于邏輯門限值控制方法的整車縱向驅(qū)動(dòng)防滑控制策略研究
邏輯門限值控制是目前在汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制中應(yīng)用最為廣泛的一種控制方法。它的主要工作原理是,是先對(duì)控制目標(biāo)變量設(shè)定一個(gè)門限值作為系統(tǒng)的控制閥值,當(dāng)控制目標(biāo)變量越過這個(gè)閥值時(shí),控制系統(tǒng)及時(shí)作出相應(yīng)的反應(yīng),從而對(duì)變量進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。
該文首先選取車輛穩(wěn)定性的主要評(píng)價(jià)參數(shù)—— 滑移率為控制變量,如圖3所示為基于滑移率邏輯門限值方法的車輛驅(qū)動(dòng)防滑控制流程圖。其中,Statei(i=1、2、3)為定義的車輪的不同滑移程度,根據(jù)輸入滑移率S的判定,對(duì)電機(jī)的輸出扭矩進(jìn)行相應(yīng)的控制,以達(dá)到調(diào)節(jié)的效果。
該文還選取車輛行駛穩(wěn)定性的另一評(píng)價(jià)參數(shù)——車輪角加速度為控制變量,在滑移率的輔助下,對(duì)車輛進(jìn)行控制,如圖4所示為基于車輪角加速度輔助滑移率門限值方法的車輛驅(qū)動(dòng)防滑控制流程圖。其中,W為車輪角加速度,通過角加速度和滑移率共同進(jìn)行判定、調(diào)節(jié)。
3 控制策略仿真結(jié)果分析
仿真中所用車輛部分參數(shù)如表1所示。
文中取路面附著系數(shù)為0.1的干燥冰路面進(jìn)行仿真,加速踏板在2 s內(nèi)達(dá)到最大值并保持,取車輛起步階段0到10 s對(duì)整車驅(qū)動(dòng)防滑控制策略進(jìn)行分析。圖5為滑移率邏輯門限值控制策略下所得到的車輪滑移率。
由圖5可以看出,路面附著系數(shù)一定時(shí),基于滑移率邏輯門限值的控制策略對(duì)車輛驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性能有一定的調(diào)節(jié)效果。當(dāng)踏板穩(wěn)定、路面附著系數(shù)不變時(shí),滑移率邏輯門限值的控制策略能夠較快對(duì)車輛滑移率進(jìn)行調(diào)節(jié),并使滑移率維持在0.2附近,在0到0.35范圍內(nèi)波動(dòng)。
圖6為滑移率輔助角加速度邏輯門限值控制策略下變化路面附著系數(shù)所得到的車輪滑移率。
由圖6可以看出,路面附著系數(shù)一定時(shí),基于滑移率輔助角加速度邏輯門限值的控制策略對(duì)車輛驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性能有一定的調(diào)節(jié)效果。當(dāng)踏板穩(wěn)定、路面附著系數(shù)不變時(shí),滑移率邏輯門限值的控制策略能夠較快對(duì)車輛滑移率進(jìn)行調(diào)節(jié),并使滑移率維持在0.2附近,在0.1到0.3范圍內(nèi)波動(dòng)。
圖7為路面附著系數(shù)為0.1的干燥冰路面時(shí),不同策略對(duì)車輪滑移率的調(diào)節(jié),圖8為路面附著系數(shù)為0.15的冰雪路面時(shí),不同策略對(duì)車輪滑移率的調(diào)節(jié)。
圖中1為基于滑移率邏輯門限值的控制策略;2為滑移率輔助角加速度邏輯門限值控制策略。
由圖7、8對(duì)比可以看出路面附著系數(shù)不同時(shí),同一種控制策略的控制效果不同;同一路面附著系數(shù)條件下,兩種控制策略的控制效果也不同,基于滑移率輔助角加速度的邏輯門限值控制效果更優(yōu)。
4 結(jié)語
(1)邏輯門限值控制策略可以有效地控制車輛縱向驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性。路面附著系數(shù)變化時(shí),對(duì)整車的穩(wěn)定性有較良好的調(diào)節(jié)作用。
(2)基于滑移率輔助角加速度邏輯門限值控制策略的控制效果優(yōu)于基于滑移率的邏輯門限值策略的控制效果。
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