汽车牵引力系统最优滑移率控制研究

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汽车在低附着路面上加速或减速行驶时,容易出现驱动车轮过度滑转或打滑的现象。这一现象的出现,可能导致车辆的稳定性和安全性受到很大影响,同时影响车辆的加速性能和减速制动的能力。汽车牵引力控制系统就是为解决这一问题而产生的。目前,绝大多数中高级汽车已经将汽车牵引力控制系统(TCS/ASR)作为一种标准配置,在提高汽车稳定性,安全性以及加减速性能上发挥了重要作用。本文研究的汽车牵引力控制系统的工作原理是根据驱动车轮滑移率和路面附着系数的对应关系,通过调节驱动轮上驱动力矩的大小,获得不同路面条件下对应的最优滑移率值,从而得到车辆行驶过程中的最大牵引力。由于车辆动力学系统是一个复杂的,非线性的,且具有参数不确定性的系统,因此,牵引力控制系统的控制器要求有较强的鲁棒性和自适应能力。基于上述分析,本文所研究的牵引力控制系统的控制器为滑模变结构控制器。滑模控制可以不依赖于精确的被控系统模型,具有很好的鲁棒性和自适应能力。同时,分别设计了针对车辆加速和减速过程的反馈线性化控制器,用于和滑模控制器进行对比分析。结果表明,滑模控制器具有更好的鲁棒性和更易于实际应用推广的结构。此外,不同的路面附着条件下,驱动轮滑移率和附着系数的对应关系各不相同。对于不同的行驶环境需要设定不同的最优滑移率跟踪目标,这一问题在车辆动力学研究领域已经有很多的研究方法被提出和应用,例如:扩展卡尔曼滤波法、滑模观测器等。本文将工作重点放在非线性控制器的设计和实验上,对最优滑移率控制目标的确定采用Burckhardt半经验轮胎模型,利用已知实验参数计算出几种典型路面附着条件下的最优滑移率作为控制跟踪目标。由于仿真实验的需要,本文设计搭建了用于车辆动力学仿真的八自由度整车动力学模型和统一指数轮胎模型。利用设计的两种非线性控制器,设置车辆加减速行驶,变路面附着系数,分离路面加速以及车辆参数干扰条件下加速等实验工况,验证控制算法的有效性。最后,对本文研究工作的下一步展望,包括设计可以实时辨识未知路面的最优滑移率大小的估计器与控制器一起组成完整的可以在任意未知路面条件下进行实时滑移率跟踪的控制系统,以及搭建实物仿真平台进行硬件在环仿真实验,这些工作对于进一步研究和完善牵引力控制系统具有较好的研究意义。
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