第-6-章-纵向动力学控制系统

汽车系统动力学第六章纵向动力学控制系统汽车系统动力学本章研究车辆加速和制动情况下的底盘控制系统。主要内容有以下几个方面：1、防抱死制动系统（ABS）2、驱动力控制系统（TCS）3、车辆稳定性控制系统（VSC）汽车系统动力学第一节防抱死制动控制一、概述车轮完全抱死拖滑（即滑移率为1）时，不仅制动力减小，制动强度降低，而且车轮侧向附着力也大大减小。如果当前轮抱死滑移时，车辆丧失转向能力；而后轮抱死滑移则属于不稳定工况，易引起车辆急速甩尾的危险。汽车系统动力学前述制动力分配系统不能完全实现防抱死ABS：调整车轮制动压力，保证Sopt获得良好的Fy和较高的Fxbmax0()1xyoptyFSSFS无侧向力作用汽车系统动力学二控制目标1、理论目标：最佳滑移率附近小区域(Sopt)，目前已有尝试—胎内感应器。2、实际目标：车轮角减速度+相对滑移率（或车辆减速度）3、ABS的实际控制目标：调整实现b,zwdwwMFrImaxb()wM汽车系统动力学汽车系统动力学第一参数目标：车轮角减速度车轮感应器→轮转速信号→微分第二参数目标：（1）相对滑移率：（uref：参考车速）（2）车辆减速度：（实现减速度：附加加速度感应器）wwSDwrefdxbduwrwr实实xu汽车系统动力学图6-3所示为轮胎附着率传感器工作原理汽车系统动力学三控制过程车轮角加速度门限值范围：【-a,+A】制动控制周期八大步骤（如右图所示）汽车系统动力学四控制策略1.单轮控制【】四个车轮独立控制，每轮一套控制装置→附着系数利用率最高（）缺点：左右车轮附着系数不等时→产生横摆→车辆运动不稳定（）maxibiuPmax左右汽车系统动力学2.低选控制【】同一轴两侧车轮制动压力大小由附着系数低的那侧车轮来决定，即优点：车辆不横摆，稳定性好缺点：附着系数μ的利用率降低一般适用于后抽车轮的制动控制bmin()P左右，bPmin()左右，汽车系统动力学3.高选控制【】其机理与低选控制相反，附着系数μ的利用率较好高选控制可获得更高的制动强度，但是在低附着路面上的那个车轮可能会抱死，导致车辆丧失转向能力。左右车轮制动力不相等，易产生横摆，不稳定。一般适用于前轴车轮的制动控制。bmax()P左右左右，汽车系统动力学四轮汽车常用控制策略有七种组合方式详见教材P117页的表6-1各方案各有利弊，其中以三通道的“标准布置”最为常见。汽车系统动力学五应用举例目前车辆中常用的多为电子控制的ABS，通常由以下三个模块组成：传感器、电子控制元件、液压执行单元。如图6-5所示为电子控制的ABS结构和控制回路示意图汽车系统动力学应用举例：1、Bosch公司：前轮单独控制+后轮低选控制2、Tebes公司：前轮单独控制+后轮低选控制3、Honda公司：前轮高选控制+后轮低选控制4、Mitsubishi公司：只用后轮低选控制汽车系统动力学图6-6所示为Bosch公司某型号电磁阀工作原理。汽车系统动力学图6-7所示为Teves公司防抱死制动系统的液压总成示意图。汽车系统动力学第二节驱动力控制系统驱动力控制系统（TCS）是在ABS的基础上发展起来的一套主动安全系统Bosch公司也称其为防滑控制系统（ASR）1985年，Volvo公司最先使用TCS系统，以求达到产生最佳驱动力的目的。汽车系统动力学一基本原理和控制目标TCS的基本原理与控制目标与ABS非常类似图6-8给出了不同工况下路面附着系数与车轮滑转率之间的关系汽车系统动力学二TCS的控制方式1、发动机输出转矩调节1）点火参数调节：减小点火提前角（紧急，断火，停油）2）燃油供给调节：减小或暂停供油（发动机工作不正常，损伤传动系，排放恶化）3）节气门开度调节：调节副节气门大小（响应慢，需与其他控制方式配合使用）汽车系统动力学图6-9为某发动机输出转矩调节的驱动力控制系统汽车系统动力学2、驱动轮制动力矩调节需与发动机输出转矩调节配合使用（即干预制动后紧接着便调节发动机输出转矩，以减少无用功）高速车不易使用，以免引起制动摩擦片过热影响控制效果。3、差速器锁止控制锁止阀可提高车速和行驶稳定性。缺点是硬件成本较高。汽车系统动力学图6-10所示为一采用防滑差速器实现的驱动防滑控制系统示意图。汽车系统动力学4、离合器/变速器控制离合器接合控制和变速器传动比控制：响应较慢，且变化突然，一般不作为单独的控制方式使用。目前在TCS中，广泛采用的是发动机节气门开度调节和驱动轮制动力矩调节的控制方式。汽车系统动力学第三节车辆稳定性控制系统VCS=ABS+TCS+YSC通过控制制动系统压力or发动机动力来实现控制纵向动力学+侧向动力学因：纵向力→果：横向稳定性汽车系统动力学图6-11所示为极限工况下的VSC控制效果图通过控制前后轮侧滑实现反向力矩的施加，保证横向稳定。汽车系统动力学图6-12所示为车辆稳定性控制系统的组成汽车系统动力学图6-13所示为TOYOTA轿车的VSC控制系统汽车系统动力学VSC的控制方式：1、制动系统压力的控制（1）单个车轮制动压力的控制（2）两个对角车轮制动压力的控制2、发动机的控制汽车系统动力学VSC系统实例1、横摆力矩及制动力控制汽车系统动力学图6-15所示为横摆力矩或纵向制动力对汽车稳定性的影响。汽车系统动力学图6-16所示为横摆力矩或纵向制动力对路径跟踪能力的影响汽车系统动力学2、各车轮制动力分别控制的效果图6-17所示为各个车轮上作用制动力时产生的横摆力矩汽车系统动力学图6-18所示为对单个车轮施加制动力时车辆的转弯半径R汽车系统动力学图6-19所示为不同控制方式对车辆转弯半径的影响汽车系统动力学3、四轮主动控制的制动效果图6-20所示为由稳定性制约的对前轮的控制策略汽车系统动力学图6-21所示为由路径跟踪能力决定的控制策略汽车系统动力学4、实车试验结果分析图6-22所示为障碍躲避试验中VSC的作用汽车系统动力学图6-23所示为极限J转向试验中VSC的作用汽车系统动力学本章完