四轮驱动汽车 tcs制动压力调节装置.pdf

论文分类号 U463.54 单 位 代 码 10183 密 级 内部 研 究 生 学 号 2201324 吉 林 大 学 硕 士 学 位 论 文 四轮驱动汽车 TCS 制动压力调节装置 及附着系数分离路面控制方法的研究 The Exploitation of 4WD TCS Brake Pressure Modulator R—车轮半径/)(m； 吉林大学硕士学位论文 33 ③只考虑车辆行驶滚动阻力fF，忽略其它阻力的影响： fffWF⋅= (3-3) 式中：W—车轮负荷/(N)； ff—滚动阻力系数，可以通过以下经验公式来计算： afuf⋅+=000056. 00076. 0 (3-4) ④ 路面所能提供的最大附着力µF： µµ⋅=WF (3-5) 式中：µ—路面附着系数 NJ2045为短时四轮驱动，分动器有高速和低速两个档位，变速器为五档，发动机采用中冷增压，其外特性曲线如图3-1所示 分动器的操纵机构在设计时必须保证：非先接上前桥，不得挂入低速档；非先退出低速档，不得摘下前桥。

因此，图 3-1 发动机外特性曲线 图 3-2 驱动力_两轮驱动_高速档 图 3-3 驱动力_四轮驱动_低速档 mu—路面附着系数；ua—汽车行驶速度；F—驱动力 第三章 分离路面上的控制逻辑 34 根据以上公式， 计算并绘制两轮驱动—高速档和四轮驱动—低速档的驱动力图，如图3-2和3-3所示 根据图3-2，对两轮驱动工况车辆全力加速行驶情况下，车轮打滑的可能性进行分析，可以得到如下结论： 表表 3-3 两轮驱动仿真工况选择两轮驱动仿真工况选择 一 档 二 档 三 档 四 档 五 档 1 . 0=µ + + + + + 2 . 0=µ + + + - - 5 . 0=µ + + - - - 9 . 0=µ + - - - - 表中， “+”表示打滑， “-”表示不打滑µ为路面附着系数 选择三档，5 . 0/1 . 0=µ路面下仿真，进行逻辑门限值控制逻辑的研究；并采用三档，5 . 0/2 . 0=µ及5 . 0/1 . 0=µ的路面进行仿真，研究不同路面下控制参数的影响；采用各个档位，在5 . 0/1 . 0=µ的路面上进行仿真，研究不同档位下控制参数的影响。

根据图3-3，对四轮驱动工况车辆全力加速行驶情况下，车轮打滑的可能性进行分析，可以得到如下结论： 表表 3-4 四轮驱动仿真工况选择四轮驱动仿真工况选择 一 档 二 档 三 档 四 档 五 档 1 . 0=µ + + + + + 2 . 0=µ + + + - - 5 . 0=µ + + - - - 9 . 0=µ + - - - - 从表中可见，四轮驱动工况不同档位及路面下车轮打滑情况与两轮驱动大致相同，但考虑到四轮驱动时主要以保证车辆动力性为主，因此选择二档，9 . 0/1 . 0=µ的路面仿真，进行四轮驱动基于门限值的控制逻辑的研究；并对三档，9 . 0/1 . 0=µ、9 . 0/3 . 0=µ、9 . 0/5 . 0=µ路面仿真结果及各个档位下，9 . 0/1 . 0=µ路面仿真结果进行对比，研究不同路面及不同档位对控制参数的影吉林大学硕士学位论文 35 响 § 3-2 分离路面控制逻辑研究 基于门限值的控制方法是根据滑转率和车轮减速度是否达到某一设定值（门限值） ，来判断车轮是在稳定区还是非稳定区转动，进入非稳定区后应增大制动压力还是保持制动压力因此，门限值的选择及其值的确定合理与否，决定了控制效果的好坏，而对控制门限值影响最大的是行驶档位和路面条件[22]。

目前实用的分离路面控制逻辑都采用发动机低选控制保证高附着一侧车轮不打滑，而通过驱动轮独立制动控制保证两侧车轮轮速差在一定范围内，即采用两侧车轮轮速差和车轮加速度作为控制门限[16]~[20][32] 3.2.1 两轮驱动工况两轮驱动工况 两轮驱动工况下，可以采用非驱动轮轮速平均值作为实际车速；对左右两侧驱动轮轮速进行判断，选取高转速的车轮进行控制另外，当驾驶员踩下制动踏板时，TCS系统应立即退出控制，这里不作过多讨论 3.2.1.1 只采用轮速差作为门限进行控制只采用轮速差作为门限进行控制 只采用轮速差作为控制门限的逻辑控制流程如图3-4所示， 图3-5为其工作示意图说明如下： ① 用非驱动轮转速平均值作为实际车速： 2/ )(URULvvvv+= (3-6) 式中：vv—车速计算值；ULv、URv—左、右非驱动轮轮速 ② 在分离路面上对车轮进行独立控制时， 两轮路面附着力的不同会产生一个横摆力矩，车速越高时这个横摆力矩的负作用越明显，可能导致驾驶员失去对汽车的控制，因此，设定速度限值V，当Vvv>时，不进行制动控制，直接返回主程序 ③~④ 取驱动轮中的低速车轮速度Lv作为控制量， 高速车轮速度Hv作为被控制量，设定控制门限1vvvLta+=，2vvvLtb+=。

图中，DLv、DRv分别为左右驱动轮速度，1v、2v含义见图3-5 ⑤ 判断Hv是否超过第一门限tav，若没有，则返回主程序；否则，认为两第三章 分离路面上的控制逻辑 36 驱动轮轮速差已经达到较大值，增大制动压力以控制Hv，如图3-5中ba −段及fe−段 ⑥ 判断Hv是否达到最大值（图3-5中b、f两点） ，若否，继续增大制动压力；若是，认为Hv已经开始减小，制动压力已经足够，进入下一个判断⑦ ⑦ 判断Hv是否超过第二门限tbv，若是，认为轮速差虽然已经开始减小，图 3-4 两轮驱动—轮速差作门限，控制流程图 图 3-5 两轮驱动—轮速差作门限，工作示意图 吉林大学硕士学位论文 37 但仍处于较大值， 保持制动压力直至Hv进一步降低至小于tbv， 再减小制动压力，如图3-5中cb −、dc −段所示；否则，直接减小制动压力，如图3-5中gf−段所示控制完成后，返回主程序 取轮速差第一门限为10%，第二门限为20%根据以上逻辑，在Matlab/ Simulink环境下进行仿真[43]~[46]，结果如图3-6所示 从图中可以看出，在3.4秒左右，低附着一侧车轮速度迅速下降，这说明系统向该侧车轮施加了过度的制动力矩。

进而造成系统误操作， 在3.8秒左右向高附着一侧车轮施加了制动，进而造成低附着侧车轮抱死 由于TCS系统控制的是驱动轮，车轮转动惯量较大，这样，往往会造成轮速差超过门限，但打滑车轮的加速度却不大，此时，车轮处在一个较平稳的工作状态，若仍按轮速差门限加压，便会造成过度加压的情况，如图中所示，轮速迅速下降甚至抱死 以上分析结果说明，在TCS系统的制动控制中，仅以轮速差作为控制门限图 3-6 采用轮速差作为控制门限的控制效果 w1—车轮转速；dw/dt—车轮角加速度；Mb—车轮制动力矩 Control Singal—控制信号：0-不控制；1-增压；2-保压；3-减压 第三章 分离路面上的控制逻辑 38 存在很大的不足，故需要采用车轮加速度作为辅助门限进行控制 3.2.1.2 采用加速度门限作为辅助门限进行控制采用加速度门限作为辅助门限进行控制 在轮速差门限的基础上增加加速度门限后的控制流程如图3-7所示，其控制示意图见图3-8 图3-7中： ①~④ 同3.2.1.1中①~④所述 ⑤~⑦ 首先判断轮速是否超过第一门限tav，若否，则直接返回主程序；若是，则进一步判断轮速是否超过第二门限tbv。

若轮速超过第二门限，说明两轮轮速分离已经达到较严重的程度，不论是否达到加速度门限， 都向打滑车轮施加制动， 即增大制动压力， 如图3-8中jh−段所示 若轮速未超过第二门限，即轮速处于两个门限之间，则需进一步判断车轮加速度 Hvd是否超过门限0a，若未超过0a，说明两轮虽然存在轮速差，但打滑图 3-7 以轮速差为主门限、轮加速度作辅助门限，控制流程图 吉林大学硕士学位论文 39 车轮轮速变化较为平缓， 此时并不施加制动， 直接返回主程序， 如图3-8中hg −、lk −段所示；若超过门限0a，则开始增大制动压力，如图3-8中db −段 ttdv/dtvtpvLvtbvtavHv1v2a0abcdefghijkl图 3-8 两轮驱动—轮速差为主门限、轮加速度作辅助门限，工作示意图 图 3-9 分离路面直行/两轮驱动/无控制/加速过程 dw/dt—车轮角加速度；v—车速；w—车轮转速；s—车轮纵向滑转率；Fx—车轮纵向力第三章 分离路面上的控制逻辑 40 ⑧~⑩ 同2.1.1中⑥~⑧ 根据以上的控制逻辑，对控制算法进行了修改和完善，通过调整加速度门限0a，得到了较好的控制效果图3-9为车辆在无牵引力控制加速过程的仿真结果；图3-10为带有差速锁的加速过程的仿真结果；图3-11为采用上述控制方法牵引力控制的加速过程的仿真结果。

从图3-9中可以看出，车辆在三档、5 . 0/1 . 0=µ路面、直行、全力加速的情况下，处于低附着一侧车轮在很短时间内便开始打滑，该侧车轮驱动力也随之降低；而另一侧车轮虽然滑转率很低，几乎不打滑，但由于轮间差速器的存在，其驱动力与低附着侧车轮驱动力相差不大（参见图1-3(a)） ，因而驱动性能差 由图3-10可见，锁止差速锁后，两侧车轮转速相等，只要高附着一侧车轮不打滑，低附着一侧车轮也不会发生过度滑转，此时，高附着一侧车轮可以获得比低附着侧高得多的驱动力，从而大大提高汽车驱动性能这一点，从表3-5中可以清楚地看出 但在仿真过程中，并未考虑车辆的横摆运动，实际上，当汽车在分离路面锁止差速锁行驶的过程中，由于两轮附着力相差很大，会产生一个较大的横摆力矩，对车辆的行驶稳定性不利 图 3-10 分离路面直行/两轮驱动/带差速锁/加速过程 吉林大学硕士学位论文 41 图3-11为采用差速制动控制后的控制效果从图中可以看出，两驱动轮仍存在轮速差，但基本得到了有效的控制，低附着侧轮速超过高附着侧轮速的量小于25%；高附着一侧车轮获得的驱动力存在一定的波动，总的来说要小于采用差速锁的情况，但比未控制前有较大的提高。

比较而言，差速制动控制对牵引力的贡献不如差速锁，但综合考虑，差速制动控制更能兼顾车辆的牵引性能和行驶稳定性 表表 3-5 三档三档/两轮驱动两轮驱动/5 . 0/1 . 0=µ路面路面/6 秒全力加速仿真结果秒全力加速仿真结果 无控制 差速锁 制动控制 最终车速(sm/) 5.66 10.2 8.178 3.2.2 四轮驱动工况四轮驱动工况 四轮驱动工况下的分离路面控制逻辑控制流程图如图3-12所示，其基本原理与两轮驱动工况大致相同主要区别如下： 图 3-11 分离路面直行/两轮驱动/TCS 差速制动/加速过程 第三章 分离路面上的控制逻辑 42 在四轮驱动工况下，四个车轮的转速都不能反应实际车速，因此，需对车辆的实际车速进行估算，由于车辆在分离路面上行驶时，低附着一侧车轮几乎图 3-12 四轮驱动工况控制逻辑流程图 图 3-13 分离路面直行/四轮驱动/无控制/加速过程 吉林大学硕士学位论文 43 不发生滑转， 因此， 选取单侧车轮转速的平均值作为车辆左右两侧速度Dlv、Drv，选取低速一侧车轮平均速度Lv作为实际车速 采用以上控制逻辑，选择9 . 0/1 . 0=µ路面二档行驶情况下进行仿真，并与图 3-14 分离路面直行/四轮驱动/差速锁/加速过程 图 3-15 分离路面直行/四轮驱动/TCS 差速制动/加速过程 第三章 分离路面上的控制逻辑 44 同样的工况下无控制及带差速锁的情况进行对比，得到的结果与两轮驱动工况相同，见图3-13~3-15及表3-6。

从仿真结果可以看出，将前面的逻辑应用于四轮驱动工况，同样可以取得较好的效果 表表 3-6 二档二档/四轮驱动四轮驱动/9 . 0/1 . 0=µ路面路面/5 秒。