專利名稱：一種適用于全輪驅(qū)動車輛驅(qū)動防滑控制的新型調(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)域為車輛驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)。全輪驅(qū)動車輛驅(qū)動防滑控制調(diào)節(jié)參數(shù) 的選擇和確定是實現(xiàn)車輪滑轉(zhuǎn)控制的前提條件。
背景技術(shù)：
車輛在冰雪等低附著路面上進行起步和加速行駛過程中，驅(qū)動輪極易出現(xiàn)過度滑 轉(zhuǎn)，從而降低車輛的通過性和安全性。全輪驅(qū)動車輛相比兩驅(qū)車輛因其發(fā)動機輸出功率的 提升，車輪過度滑轉(zhuǎn)仍難以避免。傳統(tǒng)的驅(qū)動防滑控制實現(xiàn)的關(guān)鍵是通過控制目標滑轉(zhuǎn)率來辯識車輪與路面間的 峰值附著系數(shù)。而實際車輛的目標滑轉(zhuǎn)率會隨路面、負荷、駕駛行為等工況的不同而不同， 防滑控制系統(tǒng)不能實時有效地做出調(diào)整；且滑轉(zhuǎn)率的計算依賴于車身速度的確定，對于全 輪驅(qū)動車輛其車身速度的確定一直是個難題，故單一的目標滑轉(zhuǎn)率的控制方法難以在全輪 驅(qū)動車輛上得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于車輛驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)過程中的參數(shù)分析，提出了角加速度增益系數(shù)的概 念，該參數(shù)的變化直接反饋車輪與路面間附著系數(shù)的變化。使用本發(fā)明直接回避車輪滑轉(zhuǎn) 率以及車身速度的計算，可以方便、有效地實時辨識路面以實現(xiàn)對車輪過度滑轉(zhuǎn)的控制。首先考察單輪車輛模型通過圖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)在此加速過程中保持發(fā)動機恒轉(zhuǎn)矩輸出且作用在車輪上的驅(qū)動 力大于地面所能提供的最大附著力，即車輛驅(qū)動輪能夠經(jīng)歷從不滑轉(zhuǎn)到完全滑轉(zhuǎn)的全部過 程。在圖1中，峰值點ρ對應(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_的過程，相應(yīng)的滑轉(zhuǎn)率不斷增大直至ST，在此過程上車輛縱向速度隨 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開始逐漸降低的過程， 相應(yīng)的滑轉(zhuǎn)率仍不斷增大直至達到完全滑轉(zhuǎn)，在此過程中車輛縱向速度由于附著系數(shù)的不 斷降低而逐漸下降，直至車輪完全打滑，速度降為0。忽略空氣阻力，建立車輛運動能量守恒方程 式中E。ut為車輛本身的輸出能量，一般汽車按發(fā)動機輸出的轉(zhuǎn)矩Trt計；m為車身 質(zhì)量；u為車身速度；Iw為車輪轉(zhuǎn)動慣量；ω為車輪角速度；AE1為發(fā)動機曲軸、飛輪及傳動 系轉(zhuǎn)動和摩擦耗用能量；ΔΕ2為地面摩擦、車輪變形及生熱所占用能量。AE1S要取決于發(fā)動機轉(zhuǎn)速、變速器傳動比、傳動系效率及曲軸、飛輪、傳動系的 轉(zhuǎn)動慣量等因素，在發(fā)動機節(jié)氣門開度和轉(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，其與車輪角速度的變 化成正比變化關(guān)系，具體計算式為Δ E2 = Ffs ω r Δ t(2)式中Ffs為輪胎滾動阻力，它是關(guān)于輪胎負荷、輪胎結(jié)構(gòu)參數(shù)、輪胎變形以及路面 特性的函數(shù)；At為時間間隔。車輪滑轉(zhuǎn)率計算式為 ① Ap 段(1μ > 0，dS > 0。d μ > 0，地面作用在車輪上的驅(qū)動力逐漸增大，車輛處于驅(qū)動加速狀態(tài)，故du > 0。對式(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，表明車輪角速度的相對增長率 要大于車輛縱向速度的相對增長率。又由ω >0，u>0 —dco >0。因此，對應(yīng)此過程段dω/dS > 0，d μ/dω > 0， dco/ω > 0ο由式(1)得出，在此過程段上車輛縱向速度和車輪旋轉(zhuǎn)速度所體現(xiàn)的動能逐漸增 大，即有用功所占發(fā)動機輸出功比例不斷提高，而無用功項AEJAE2之和所占比例逐漸降 低。② Bp 段(1μ < 0，dS > 0。d μ < 0，地面對車輪驅(qū)動力逐漸降低，車輛處于被動減速狀態(tài)，du < O0根據(jù)式(1)，在發(fā)動機恒轉(zhuǎn)矩輸出條件下，AE1基本保持不變，車輛縱向運動動能 項Hiu2A逐漸減小，車輪角速度必然增大；若角速度降低，將連帶使Ιψω2/2、AE1*八氏項 減小，式(1)右邊各項總和必然減小，這與恒轉(zhuǎn)矩輸出的前提矛盾。因此，對應(yīng)Bp段車輪角加速度不斷增大，d ω > 0，進而得到d ω /dS > 0，d μ /d ω < 0。對比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)此時為車輪運動的極限工況，車輪角加速度增大到最大值，dco = 0 ； ΔΕρ ΔΕ2均 達到最大，車輛輸出能量全部用于無效的轉(zhuǎn)動、傳動系和及車輪的磨損和生熱，能量損失相 比顯著增大，輪胎磨損加劇。實際應(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ρ :(1μ /dS = 0通過對Ap段和Bp段分析，在ρ點左右微小區(qū)間內(nèi)dy/dco異號。根據(jù)運動過程 的連續(xù)性，在峰值點P處dy/dco =0，即存在μ_對應(yīng)的最佳角加速度，大小為dcoT/dt。
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實際上，車輛在驅(qū)動加速過程中很難實現(xiàn)發(fā)動機恒轉(zhuǎn)矩輸出。在節(jié)氣門開度一定 的前提下，發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩會隨著滑轉(zhuǎn)率的增大而增大，即發(fā)動機的轉(zhuǎn)速會隨之提高，車輪 角加速度也相應(yīng)增大。上述滑轉(zhuǎn)過程參數(shù)變化趨勢是基于驅(qū)動過程中角加速度的不斷增大 而得到的，因此說在車輛驅(qū)動滑轉(zhuǎn)過程中即便發(fā)動機不是恒轉(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；過程拐點在峰值點P處。在此，定義(1ω/ω為驅(qū)動輪角加速度增益系數(shù)(以下簡稱 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的變化趨勢如圖2所示。從中可以看出，在滑轉(zhuǎn)率小于St時，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，增益系數(shù)隨滑轉(zhuǎn)率的增大而降低；對應(yīng)峰值點上，增益系數(shù)達到最大值。對比圖1 和圖2，可以發(fā)現(xiàn)這些變化與附著系數(shù)相對滑轉(zhuǎn)率的變化趨勢是一致的，這對進行實際的驅(qū) 動滑轉(zhuǎn)控制很有意義。圖2中曲線僅反映一種趨勢變化，而非呈線性變化和確定的變化率。 圖3為根據(jù)基于某型實驗樣車進行實驗所得的具體變化曲線。


圖1為附著系數(shù)相對滑轉(zhuǎn)率的變化關(guān)系。圖2為增益系數(shù)相對滑轉(zhuǎn)率的變化趨勢。圖3為實車在覆冰-干浙青路面驅(qū)動過度滑轉(zhuǎn)過程中增益系數(shù)相對滑轉(zhuǎn)率的變 化。
具體實施例方式根據(jù)車輛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的輪速和采集周期信息并進行相關(guān)數(shù)據(jù)過濾、平 滑處理，便能得到驅(qū)動輪實時角加速度增益系數(shù)的具體數(shù)值，依據(jù)與附著系數(shù)相對滑轉(zhuǎn)率 的一致性變化趨勢，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行數(shù)據(jù)記錄存儲，此后通過 對發(fā)動機節(jié)氣門或車輪制動力矩等方面的調(diào)節(jié)使得驅(qū)動輪增益系數(shù)在最大值附近區(qū)間門 限內(nèi)變化，從而間接實現(xiàn)車輪獲得較大地面附著力來克服驅(qū)動輪過度滑轉(zhuǎn)；當(dāng)角加速度增 益系數(shù)變化基本恒定時，表明車輪沒有發(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車輪角加速度與角速度比值作為車輛驅(qū)動輪過度滑轉(zhuǎn)的判定參數(shù)。
2.依據(jù)角加速度增益系數(shù)實時變化并根據(jù)變化區(qū)間門限進行車輪過度滑轉(zhuǎn)控制的實用轉(zhuǎn)化。
全文摘要
一種適用于全輪驅(qū)動車輛驅(qū)動防滑控制的新型調(diào)節(jié)參數(shù)本發(fā)明公開一種應(yīng)用于全輪驅(qū)動車輛進行驅(qū)動防滑控制的調(diào)節(jié)參數(shù)——角加速度增益系數(shù)。發(fā)明源自對車輛驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)過程中的參數(shù)分析，定義驅(qū)動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)動輪滑轉(zhuǎn)過程中相對滑轉(zhuǎn)率的變化規(guī)律與附著系數(shù)相對滑轉(zhuǎn)率的變化一致，變化趨勢相同且達到峰值時刻一致。角加速度增益系數(shù)的變化直接反映了車輪附著系數(shù)的變化，從而回避了全輪驅(qū)動車輛車身速度的計算難題，這為實現(xiàn)全輪驅(qū)動車輛的驅(qū)動滑轉(zhuǎn)控制提供了新型、有效的調(diào)節(jié)控制參數(shù)。
文檔編號B60T8/17GK101898560SQ201010178418
公開日2010年12月1日 申請日期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 申請人:北京理工大學(xué)