基于发动机输出扭矩与制动力控制的汽车TCS研究

论文摘要

汽车TCS是一种主动安全控制系统,通过对汽车驱动轮滑转率进行控制,防止汽车在起步、加速、爬坡时驱动轮的过度滑转,保证其充分利用地面提供的纵向附着力和侧向附着力,使汽车获得最大牵引力和最佳操纵稳定性,提高整车稳定性能。在Matlab/Simulink软件中建立了整车动力学模型、发动机模型、轮胎模型、传动系模型,控制器模型等,选取汽车驱动轮的滑转率作为控制变量,采用PID和模糊PID两种控制方法,基于发动机输出扭矩和制动扭矩相互调节的方式,对汽车仿真总体模型分别在均一路面、分离路面和对接路面进行仿真,分析了驱动轮滑转率、驱动轮速度、车身速度等参数。结果表明,采用PID和模糊PID两种控制方法都能够使驱动轮的滑转率控制在期望的目标滑转率(20%)附近,能够抑制驱动轮的过度滑转,驱动轮速度和车身速度相比没有施加控制时提高了很多,验证了所建模型及使用的控制方法的正确性与合理性。在原有TCS控制器基础上,进一步完善了外围电路的调试,包括电源模块、模拟信号处理模块、脉冲信号处理模块、输出驱动模块。以CodeWarriorIDE 4.6为开发平台,使用C语言完成了系统初始化模块、数据采集模块、数据处理模块和控制功能模块程序的编写,完成调试。结合模糊PID控制,进行了模拟试验,以不同占空比的方波的信号作为车轮速度信号,通过对驱动轮滑转率的计算,经过模糊PID控制来改变电子节气门驱动电机的高低电平,从而改变节气门开度的大小,实现对发动机输出扭矩的控制。由于实车行驶中,路面状况等外界条件更复杂,用模型的仿真分析只是在理想的情况下进行的,为了更好的验证控制的合理性,提出了汽车牵引力控制系统实车试验方案,为后续的进一步研究奠定基础。基于驱动轮滑转率的PID和模糊PID两种控制方法,在均一、分离、对接路面上都能够获得良好的牵引性和通过性,对汽车牵引力控制的进一步研究有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 TCS 系统简介
• 1.1.1 TCS 的发展历史及研究现状
• 1.1.2 TCS 的基本原理
• 1.1.3 TCS 研究的意义
• 1.2 TCS 研究的关键技术及难点
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 2 车辆系统动力学模型的建立
• 2.1 发动机模型
• 2.2 制动器模型
• 2.3 轮胎模型
• 2.4 四轮驱动传动系模型
• 2.5 整车模型
• 2.6 其它辅助计算模块
• 2.6.1 轮胎动载荷的计算
• 2.6.2 轮胎侧偏角的计算
• 2.6.3 车轮中心速度的计算
• 2.7 本章小结
• 3 汽车牵引力控制策略及其算法的研究
• 3.1 汽车牵引力控制方式及其控制的原则
• 3.1.1 汽车牵引力控制方式的选择
• 3.1.2 汽车牵引力控制的原则
• 3.2 汽车牵引力控制算法的研究
• 3.2.1 逻辑门限值控制
• 3.2.2 PID 控制
• 3.2.3 滑膜变结构控制
• 3.2.4 模糊控制
• 3.3 本章小结
• 4 汽车牵引力控制系统的计算机仿真研究
• 4.1 汽车牵引力控制系统动力学仿真模型的建立
• 4.1.1 仿真总体模型
• 4.1.2 发动机模型
• 4.1.3 整车动力学模型
• 4.1.4 轮胎模型
• 4.1.5 传动系统模型
• 4.2 PID 控制的汽车TCS 研究
• 4.3 模糊PID 控制的汽车TCS 研究
• 4.3.1 模糊PID 控制器的设计
• 4.3.2 模糊控制规则
• 4.3.3 模糊PID 控制器的建立
• 4.4 仿真结果及其分析
• 4.4.1 均一附着系数路面上的仿真结果及其分析
• 4.4.2 分离附着系数路面上仿真结果及其分析
• 4.4.3 对接附着系数路面上仿真结果及其分析
• 4.5 本章小结
• 5 汽车TCS 控制器的实现及调试与结果分析
• 5.1 控制器硬件的介绍
• 5.2 控制器软件设计
• 5.2.1 软件开发平台
• 5.2.2 主程序流程
• 5.3 软件的调试
• 5.3.1 轮速信号输入捕捉采集方式选择
• 5.3.2 A/D 转换模拟信号获取方式
• 5.4 硬件电路的调试
• 5.4.1 电路调试设备
• 5.4.2 电路调试结果及其分析
• 5.5 模拟试验及其结果分析
• 5.5.1 试验的准备工作
• 5.5.2 实验结果及其分析
• 5.6 本章小结
• 6 汽车牵引力控制系统试验方案
• 6.1 TCS 试验方案的提出
• 6.2 试验数据的处理
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 论文参考文献
• 附录A TCS 控制器外围电路图
• 附录B 参考汽车模型主要参数
• 攻读硕士学位期间学术论文及科研情况
• 致谢