專(zhuān)利名稱(chēng)：一種適用于全輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛驅(qū)動(dòng)防滑控制的新型調(diào)節(jié)參數(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域?yàn)檐?chē)輛驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)。全輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛驅(qū)動(dòng)防滑控制調(diào)節(jié)參數(shù) 的選擇和確定是實(shí)現(xiàn)車(chē)輪滑轉(zhuǎn)控制的前提條件。
背景技術(shù)：
車(chē)輛在冰雪等低附著路面上進(jìn)行起步和加速行駛過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)輪極易出現(xiàn)過(guò)度滑 轉(zhuǎn)，從而降低車(chē)輛的通過(guò)性和安全性。全輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛相比兩驅(qū)車(chē)輛因其發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的 提升，車(chē)輪過(guò)度滑轉(zhuǎn)仍難以避免。傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)防滑控制實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是通過(guò)控制目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率來(lái)辯識(shí)車(chē)輪與路面間的 峰值附著系數(shù)。而實(shí)際車(chē)輛的目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率會(huì)隨路面、負(fù)荷、駕駛行為等工況的不同而不同， 防滑控制系統(tǒng)不能實(shí)時(shí)有效地做出調(diào)整；且滑轉(zhuǎn)率的計(jì)算依賴(lài)于車(chē)身速度的確定，對(duì)于全 輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛其車(chē)身速度的確定一直是個(gè)難題，故單一的目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率的控制方法難以在全輪 驅(qū)動(dòng)車(chē)輛上得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于車(chē)輛驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)過(guò)程中的參數(shù)分析，提出了角加速度增益系數(shù)的概 念，該參數(shù)的變化直接反饋車(chē)輪與路面間附著系數(shù)的變化。使用本發(fā)明直接回避車(chē)輪滑轉(zhuǎn) 率以及車(chē)身速度的計(jì)算，可以方便、有效地實(shí)時(shí)辨識(shí)路面以實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輪過(guò)度滑轉(zhuǎn)的控制。首先考察單輪車(chē)輛模型通過(guò)圖1所示附著特性路面的滑轉(zhuǎn)情形。圖1中S為滑 轉(zhuǎn)率，μ為附著系數(shù)。假設(shè)在此加速過(guò)程中保持發(fā)動(dòng)機(jī)恒轉(zhuǎn)矩輸出且作用在車(chē)輪上的驅(qū)動(dòng) 力大于地面所能提供的最大附著力，即車(chē)輛驅(qū)動(dòng)輪能夠經(jīng)歷從不滑轉(zhuǎn)到完全滑轉(zhuǎn)的全部過(guò) 程。在圖1中，峰值點(diǎn)ρ對(duì)應(yīng)附著系數(shù)為μ max，最佳滑轉(zhuǎn)率為St ；Ap段代表附著系數(shù)由 低逐漸增大直至μ_的過(guò)程，相應(yīng)的滑轉(zhuǎn)率不斷增大直至ST，在此過(guò)程上車(chē)輛縱向速度隨 著縱向附著系數(shù)的逐漸增大而不斷提高；Bp段代表附著系數(shù)從μ max開(kāi)始逐漸降低的過(guò)程， 相應(yīng)的滑轉(zhuǎn)率仍不斷增大直至達(dá)到完全滑轉(zhuǎn)，在此過(guò)程中車(chē)輛縱向速度由于附著系數(shù)的不 斷降低而逐漸下降，直至車(chē)輪完全打滑，速度降為0。忽略空氣阻力，建立車(chē)輛運(yùn)動(dòng)能量守恒方程 式中E。ut為車(chē)輛本身的輸出能量，一般汽車(chē)按發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩Trt計(jì)；m為車(chē)身 質(zhì)量；u為車(chē)身速度；Iw為車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ω為車(chē)輪角速度；AE1為發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、飛輪及傳動(dòng) 系轉(zhuǎn)動(dòng)和摩擦耗用能量；ΔΕ2為地面摩擦、車(chē)輪變形及生熱所占用能量。AE1S要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速器傳動(dòng)比、傳動(dòng)系效率及曲軸、飛輪、傳動(dòng)系的 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等因素，在發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度和轉(zhuǎn)速一定前提下，AE1可按定值處理。
ΔΕ2主要取決于輪胎材料、結(jié)構(gòu)以及胎壓、使用工況等因素，其與車(chē)輪角速度的變 化成正比變化關(guān)系，具體計(jì)算式為Δ E2 = Ffs ω r Δ t(2)式中Ffs為輪胎滾動(dòng)阻力，它是關(guān)于輪胎負(fù)荷、輪胎結(jié)構(gòu)參數(shù)、輪胎變形以及路面 特性的函數(shù)；At為時(shí)間間隔。車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率計(jì)算式為 ① Ap 段(1μ > 0，dS > 0。d μ > 0，地面作用在車(chē)輪上的驅(qū)動(dòng)力逐漸增大，車(chē)輛處于驅(qū)動(dòng)加速狀態(tài)，故du > 0。對(duì)式(3)兩邊微分得dS --^-(uda-mdu)
ω r結(jié)合的dS > 0 — udco > codu，S卩(1ω/ω > du/u，表明車(chē)輪角速度的相對(duì)增長(zhǎng)率 要大于車(chē)輛縱向速度的相對(duì)增長(zhǎng)率。又由ω >0，u>0 —dco >0。因此，對(duì)應(yīng)此過(guò)程段dω/dS > 0，d μ/dω > 0， dco/ω > 0ο由式(1)得出，在此過(guò)程段上車(chē)輛縱向速度和車(chē)輪旋轉(zhuǎn)速度所體現(xiàn)的動(dòng)能逐漸增 大，即有用功所占發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功比例不斷提高，而無(wú)用功項(xiàng)AEJAE2之和所占比例逐漸降 低。② Bp 段(1μ < 0，dS > 0。d μ < 0，地面對(duì)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)力逐漸降低，車(chē)輛處于被動(dòng)減速狀態(tài)，du < O0根據(jù)式(1)，在發(fā)動(dòng)機(jī)恒轉(zhuǎn)矩輸出條件下，AE1基本保持不變，車(chē)輛縱向運(yùn)動(dòng)動(dòng)能 項(xiàng)Hiu2A逐漸減小，車(chē)輪角速度必然增大；若角速度降低，將連帶使Ιψω2/2、AE1*八氏項(xiàng) 減小，式(1)右邊各項(xiàng)總和必然減小，這與恒轉(zhuǎn)矩輸出的前提矛盾。因此，對(duì)應(yīng)Bp段車(chē)輪角加速度不斷增大，d ω > 0，進(jìn)而得到d ω /dS > 0，d μ /d ω < 0。對(duì)比Ap 和 Bp 段，相同 dS 段內(nèi) |(1μ |Ap > dy |Βρ，可得(dco)Ap> (d )Bp，即有 (dco)Ap/dS > (dco)Bp/dS。完全滑轉(zhuǎn)條件下，U = 0，式(1)形式為
7；, 二 乂 +碼+巡2(5)此時(shí)為車(chē)輪運(yùn)動(dòng)的極限工況，車(chē)輪角加速度增大到最大值，dco = 0 ； ΔΕρ ΔΕ2均 達(dá)到最大，車(chē)輛輸出能量全部用于無(wú)效的轉(zhuǎn)動(dòng)、傳動(dòng)系和及車(chē)輪的磨損和生熱，能量損失相 比顯著增大，輪胎磨損加劇。實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)避免這種情況的發(fā)生，這也正體現(xiàn)出ASR控制的 必要性。③峰值點(diǎn)ρ :(1μ /dS = 0通過(guò)對(duì)Ap段和Bp段分析，在ρ點(diǎn)左右微小區(qū)間內(nèi)dy/dco異號(hào)。根據(jù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程 的連續(xù)性，在峰值點(diǎn)P處dy/dco =0，即存在μ_對(duì)應(yīng)的最佳角加速度，大小為dcoT/dt。
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實(shí)際上，車(chē)輛在驅(qū)動(dòng)加速過(guò)程中很難實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)恒轉(zhuǎn)矩輸出。在節(jié)氣門(mén)開(kāi)度一定 的前提下，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)隨著滑轉(zhuǎn)率的增大而增大，即發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)隨之提高，車(chē)輪 角加速度也相應(yīng)增大。上述滑轉(zhuǎn)過(guò)程參數(shù)變化趨勢(shì)是基于驅(qū)動(dòng)過(guò)程中角加速度的不斷增大 而得到的，因此說(shuō)在車(chē)輛驅(qū)動(dòng)滑轉(zhuǎn)過(guò)程中即便發(fā)動(dòng)機(jī)不是恒轉(zhuǎn)矩輸出，所得結(jié)論仍然成立。在Ap 段，(1ω > 0, ω/ω 逐漸增大；在 Bp 段，由(dco)Ap> ( ω)Βρ, ω/ω 逐漸 降低；過(guò)程拐點(diǎn)在峰值點(diǎn)P處。在此，定義(1ω/ω為驅(qū)動(dòng)輪角加速度增益系數(shù)(以下簡(jiǎn)稱(chēng) 增益系數(shù))，表示單位角速度下的增速能力，用λ表示，單位為1/s。根據(jù)前面分析，角加速 度增益系數(shù)λ隨S的變化趨勢(shì)如圖2所示。從中可以看出，在滑轉(zhuǎn)率小于St時(shí)，增益系數(shù)隨滑轉(zhuǎn)率的增大而增大；當(dāng)滑轉(zhuǎn)率大 于St時(shí)，增益系數(shù)隨滑轉(zhuǎn)率的增大而降低；對(duì)應(yīng)峰值點(diǎn)上，增益系數(shù)達(dá)到最大值。對(duì)比圖1 和圖2，可以發(fā)現(xiàn)這些變化與附著系數(shù)相對(duì)滑轉(zhuǎn)率的變化趨勢(shì)是一致的，這對(duì)進(jìn)行實(shí)際的驅(qū) 動(dòng)滑轉(zhuǎn)控制很有意義。圖2中曲線僅反映一種趨勢(shì)變化，而非呈線性變化和確定的變化率。 圖3為根據(jù)基于某型實(shí)驗(yàn)樣車(chē)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所得的具體變化曲線。


圖1為附著系數(shù)相對(duì)滑轉(zhuǎn)率的變化關(guān)系。圖2為增益系數(shù)相對(duì)滑轉(zhuǎn)率的變化趨勢(shì)。圖3為實(shí)車(chē)在覆冰-干浙青路面驅(qū)動(dòng)過(guò)度滑轉(zhuǎn)過(guò)程中增益系數(shù)相對(duì)滑轉(zhuǎn)率的變 化。
具體實(shí)施例方式根據(jù)車(chē)輛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的輪速和采集周期信息并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)過(guò)濾、平 滑處理，便能得到驅(qū)動(dòng)輪實(shí)時(shí)角加速度增益系數(shù)的具體數(shù)值，依據(jù)與附著系數(shù)相對(duì)滑轉(zhuǎn)率 的一致性變化趨勢(shì)，直接控制角加速度增益系數(shù)的變化便可直接控制附著系數(shù)的變化。實(shí)際應(yīng)用中當(dāng)角加速度增益系數(shù)快速增大至最大值進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)，此后通過(guò) 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)或車(chē)輪制動(dòng)力矩等方面的調(diào)節(jié)使得驅(qū)動(dòng)輪增益系數(shù)在最大值附近區(qū)間門(mén) 限內(nèi)變化，從而間接實(shí)現(xiàn)車(chē)輪獲得較大地面附著力來(lái)克服驅(qū)動(dòng)輪過(guò)度滑轉(zhuǎn)；當(dāng)角加速度增 益系數(shù)變化基本恒定時(shí)，表明車(chē)輪沒(méi)有發(fā)生滑轉(zhuǎn)，退出系統(tǒng)控制。
權(quán)利要求
依據(jù)角加速度增益系數(shù)或?qū)崟r(shí)車(chē)輪角加速度與角速度比值作為車(chē)輛驅(qū)動(dòng)輪過(guò)度滑轉(zhuǎn)的判定參數(shù)。
2.依據(jù)角加速度增益系數(shù)實(shí)時(shí)變化并根據(jù)變化區(qū)間門(mén)限進(jìn)行車(chē)輪過(guò)度滑轉(zhuǎn)控制的實(shí)用轉(zhuǎn)化。
全文摘要
一種適用于全輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛驅(qū)動(dòng)防滑控制的新型調(diào)節(jié)參數(shù)本發(fā)明公開(kāi)一種應(yīng)用于全輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛進(jìn)行驅(qū)動(dòng)防滑控制的調(diào)節(jié)參數(shù)——角加速度增益系數(shù)。發(fā)明源自對(duì)車(chē)輛驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)過(guò)程中的參數(shù)分析，定義驅(qū)動(dòng)輪角加速度與角速度的比值為角加速度增益系數(shù)，以表征單位角速度下的增速能力。該參數(shù)在驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)過(guò)程中相對(duì)滑轉(zhuǎn)率的變化規(guī)律與附著系數(shù)相對(duì)滑轉(zhuǎn)率的變化一致，變化趨勢(shì)相同且達(dá)到峰值時(shí)刻一致。角加速度增益系數(shù)的變化直接反映了車(chē)輪附著系數(shù)的變化，從而回避了全輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛車(chē)身速度的計(jì)算難題，這為實(shí)現(xiàn)全輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)滑轉(zhuǎn)控制提供了新型、有效的調(diào)節(jié)控制參數(shù)。
文檔編號(hào)B60T8/17GK101898560SQ201010178418
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月21日
發(fā)明者劉昭度, 李福慶 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)