汽车电子差速锁系统（EDS）自动控制策略及技术研究

论文摘要

军用越野及载重汽车,为保证战时后勤需要,对汽车在特殊道路和环境下的机动性能与通过性能提出了较高的要求。汽车电子差速锁系统(Electronic Differential System,简称EDS)是改善车辆机动性与通过性能的有效方法之一,其根据各驱动轮的附着状况,对差速锁适时锁止与分离,充分发挥地面附着力,可有效提高汽车的通过性能。因此,EDS自动控制策略及技术的研究对提高部队战时机动能力和运输能力有着重大的意义。论文介绍了汽车差速锁的国内外研究现状,以及汽车防滑控制的一些方法,分析了这些方法的优缺点。针对汽车EDS,按照发动机、离合器、变速器、差速锁、轮胎进行了传动系结构分析,建立了整车动力学模型。在模型的基础上,对EDS进行控制策略分析,提出了相应的控制策略,即先对发动机输出功率进行控制(汽油机:减少喷油量、推迟点火时间、节气门位置调整及采用辅助空气装置;柴油机:控制供油量和供油时刻),当达到一定限值时锁止驱动轮滑移率相对大的两轮间差速器。论文基于模糊控制对汽车单轮和双轮分别进行了Simulink仿真,通过对汽车EDS的需求分析完成了电子控制单元(ECU)和差速锁机械结构总体设计,并基于步进电机对差速锁执行机构进行了结构设计和控制实验与分析。汽车电子差速锁控制策略及技术研究结果表明:(1)在各种驱动防滑方法中,强制锁止式差速器和自锁式差速器由于其机械结构和执行方式等缺点,在汽车中已运用得很少了;驱动防滑控制系统(ASR)可与防抱死系统(ABS)相融合,在中高档小型车辆中运用较广泛,但在军用越野及载重汽车的运用上受到限制;EDS能克服强制锁止式差速器、自锁式差速器和ASR的缺点,具有无噪音、锁止方便、驱动力强的特点;(2)在不同附着系数道路条件下,EDS能够在轮速差达到设定限值时,有效锁止差速锁,使转矩合理分配到每个车轮上,充分利用地面附着力,带动汽车平稳起动,显著提高汽车特殊路面的驱动防滑及越野能力。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题背景简介
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 汽车差速锁国内外研究现状
• 1.3 课题研究的目的及内容
• 1.3.1 论文研究的目的
• 1.3.2 论文研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 2 汽车传动系动力学模型建立
• 2.1 发动机动力学方程
• 2.2 离合器动力学方程
• 2.3 变速器和主减速器动力学方程
• 2.4 差速器动力学方程
• 2.5 驱动轮动力学方程
• 2.6 轮胎动力学方程
• 2.7 整车动力学模型
• 2.8 本章小结
• 3 EDS 控制策略设计
• 3.1 汽车驱动防滑方法简介
• 3.2 汽车驱动防滑控制途径
• 3.2.1 电控悬架实现驱动车轮载荷分配
• 3.2.2 调节发动机的输出转矩
• 3.2.3 改变变速器的传动比调节
• 3.2.4 可控防滑差速器力矩变比例分配
• 3.2.5 驱动车轮施加制动力矩（ASR）
• 3.2.6 汽车EDS 合理分配车轮驱动力矩
• 3.3 汽车EDS 控制策略
• 3.3.1 逻辑门限控制
• 3.3.2 PID 控制
• 3.3.3 滑模变结构控制
• 3.4 汽车EDS 模糊控制
• 3.4.1 模糊控制的工作原理
• 3.4.2 模糊控制系统的结构设计
• 3.4.3 模糊规则的选择
• 3.4.4 汽车EDS 模糊控制器设计
• 3.5 本章小结
• 4 系统仿真研究
• 4.1 系统仿真简介
• 4.2 EDS 系统结构框图
• 4.3 发动机模型仿真
• 4.4 轮胎模型仿真
• 4.5 汽车单轮驱动模型仿真
• 4.6 汽车双轮驱动模型仿真
• 4.6.1 无差速锁时的情况
• 4.6.2 有差速锁时的情况
• 4.7 本章小结
• 5 差速锁控制系统设计
• 5.1 差速锁系统需求分析
• 5.2 差速锁执行机构设计
• 5.2.1 执行机构的选择
• 5.2.2 步进电机驱动原理
• 5.2.3 基于单片机PWM 的步进电机细分
• 5.3 控制器设计
• 5.3.1 传感器
• 5.3.2 电子控制单元（ECU）设计
• 5.4 步机电机实验样机与结果分析
• 5.5 系统软件设计
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.作者在攻读博士学位期间发表的论文目录
• B 作者在攻读博士学位期间参加的科研项目