关 键 词 : 车 辆 牵 引 力 控 制 系 统 滑 转 率 算 法中 图 分 类 号 : 犝467\ue0101 文 献 标 识 码 : 犃犃犾犵狅狉犻狋犺犿 犳狅狉 犉狉狅状狋 犠 犺犲犲犾 犁犾犻狆 犚犪狋犻狅 犻状 狋犺犲 犜狉犪犮狋犻狅状犆狅状狋狉狅犾 犁狔狊狋犲犿 狑犺犲状 犜狌狉状犻状犵犊犪状犵 犆犪犻 犁狅状犵 犑犻犪状 犣犺狅狌 犊犪状狓犻犪( 犜狊犻状犵犺狌犪 犝状犻狏犲狉狊犻狋狔 ,犅犲犻犼犻状犵 100084 , 犆犺犻状犪)犃犫狊狋狉犪犮狋犜犺犲 犱狉犻狏犻状犵 狑犺犲犲犾狊犾犻狆 狉犪狋犻狅 犮犪犾犮狌犾犪狋犻狅状 犫狔 狌狊犻状犵 狉犲犪狉 狑犺犲犲犾狊狆犲犲犱 犪狊狉犲犳犲狉犲状犮犲 狊狆犲犲犱 犮狅狌犾犱 犾犲犪犱 狋狅犪 犮犪犾犮狌犾犪狋犻狅状 犿犻狊狋犪犽犲 犪状犱 狑狉狅状犵 犻状狋犲狉狏犲状狋犻狅状 狅犳 狋狉犪犮狋犻狅状 犮狅状狋狉狅犾 狊狔狊狋犲犿 狑犺犲状 狏犲犺犻犮犾犲 狑犪狊 犮狅狉状犲狉犻状犵 .犜犺犲狋犲狉犿 狅犳犳狉狅状狋 狑犺犲犲犾狉犲犳犲狉犲状犮犲 狊狆犲犲犱 狑犪狊犻状狋狉狅犱狌犮犲犱 犳狅狉 犮犪犾犮狌犾犪狋犻状犵 犱狉犻狏犻状犵 狑犺犲犲犾狊犾犻狆 狉犪狋犻狅 狌状犱犲狉犮狅狉状犲狉犻状犵 狊犻狋狌犪狋犻狅状 . 犜犺犲 犲狓狋狉犪犮狋犻狅状 犿犲狋犺狅犱 犫狔 狌狊犻状犵 狋犺犲 狔犪狑 狉犪狋犲 狊犻犵状犪犾 犪状犱 狋犺犲 狊狋犲犲狉犻状犵 狑犺犲犲犾 犪状犵犾犲犮狅犿狆犲状狊犪狋犻狅状 犿犲狋犺狅犱 犫狔 狌狊犻状犵 狋犺犲 犳狉狅状狋 狑犺犲犲犾 犪状犵犾犲 狊犻犵状犪犾 狑犲狉犲 犻状狋狉狅犱狌犮犲犱 犳狅狉 犮犪犾犮狌犾犪狋犻状犵 犱狉犻狏犻状犵狑犺犲犲犾狊犾犻狆 狉犪狋犻狅 .犈狓狆犲狉犻犿犲状狋犪犾狉犲狊狌犾狋狊 犮狅状犳犻狉犿犲犱 狋犺犲 犲犳犳犲犮狋犻狏犲状犲狊狊 狅犳狋犺犲狊犲 狋狑狅 犪犾犵狅狉犻狋犺犿狊 , 狋犺犲 犳狅狉犿犲狉犪犾犵狅狉犻狋犺犿 狋狅狅犽 0\ue0108 犿狊 犪状犱 狋犺犲 犾犪狋狋犲狉 犪犾犵狅狉犻狋犺犿 狋狅狅犽 0\ue0103 犿狊 , 犪状犱 狊狅 狋犺犲 犾犪狋狋犲狉 犪犾犵狅狉犻狋犺犿 犺犪狊 犫犲犲状狋犪犽犲状 . 犠狉狅状犵犻状狋犲狉狏犲状狋犻狅状 犱犻狊犪狆狆犲犪狉犲犱 犪犳狋犲狉狋犺犲 犿狅犱犻犳犻犮犪狋犻狅状 犫狔狋犺犲狊狋犲犲狉犻状犵 狑犺犲犲犾犪状犵犾犲犮狅犿狆犲状狊犪狋犻狅状犿犲狋犺狅犱 .犓犲狔 狑狅狉犱狊 犞犲犺犻犮犾犲 , 犜狉犪犮狋犻狅状 犮狅状狋狉狅犾狊狔狊狋犲犿 , 犁犾犻狆 狉犪狋犻狅 , 犃犾犵狅狉犻狋犺犿收 稿 日 期 : 200708 13\ue012 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 ( 项 目 编 号 : 50575120 )杨 财 清 华 大 学 汽 车 安 全 与 节 能 国 家 重 点 实 验 室 博 士 生 , 100084 北 京 市宋 健 清 华 大 学 汽 车 安 全 与 节 能 国 家 重 点 实 验 室 教 授 博 士 生 导 师周 艳 霞 清 华 大 学 汽 车 安 全 与 节 能 国 家 重 点 实 验 室 硕 士 生引 言牵 引 力 控 制 系 统 ( 狋狉犪犮狋犻狅状 犮狅状狋狉狅犾 狊狔狊狋犲犿 , 简 称犜犆犁 ) 是 国 外 于 20世 纪80年 代 末 投 入 市 场 的 一 种主 动 安 全 系 统 , 它 通 过 控 制 发 动 机 输 出 扭 矩 以 及 调节 驱 动 轮 上 的 制 动 压 力 , 可 使 汽 车 在 各 种 不 同 路 面条 件 下 充 分 发 挥 出 驱 动 能 力 , 并 可 在 提 高 驱 动 能 力和 获 取 高 的 侧 向 稳 定 性 之 间 获 得 一 个 良 好 的 平衡[ 1 ~ 5 ]。 国 外 牵 引 力 控 制 系 统 的 研 究 结 果 较 为 成熟 , 但 是 发 表 的 文 献 多 数 只 进 行 一 些 综 述 性 的 阐 述 ,牵 引 力 控 制 系 统 的 核 心 技 术 为 国 外 少 数 大 公 司 所 垄断 并 对 外 进 行 了 技 术 封 锁 。 国 内 对 于 这 方 面 的 研 究大 多 处 在 理 论 仿 真 阶 段 , 且 国 内 没 有 公 司 或 自 主 研发 机 构 掌 握 该 项 技 术 。本 文 结 合 牵 引 力 控 制 系 统 研 发 过 程 中 发 现 的 问题 , 对 车 辆 转 向 时犜犆犁系 统 的 滑 转 率 控 制 参 量 的 算法 进 行 研 究 , 并 通 过 试 验 验 证 算 法 的 有 效 性 。1转 向 时 的 轮 速 及 滑 转 率犜犆犁\ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca \ue5ca系 统 的 关 键 控 制 参 量 是 驱 动 轮 的 滑 转 率11 λ 犱 =( ω狉犱狔状 - 狏) /( ω狉犱狔状 )( 1 )式 中ω——— 车 轮 角 速 度狏 ——— 参 考 车 速狉 犱狔状 ——— 车 轮 动 态 转 向 半 径车 轮 角 速 度 可 由 传 感 器 直 接 获 得 , 滑 转 率 计 算的 关 键 在 于 求 取 参 考 车 速 。 车 辆 直 线 行 驶 时 , 4 个车 轮 的 轮 速 基 本 一 致 , 对 前 驱 车 辆 的 两 后 轮 轮 速 处理 , 可 以 得 到 汽 车 的 参 考 车 速 , 进 而 根 据 式 ( 1 ) 计 算出 驱 动 轮 的 滑 转 率 。转 向 时 , 前 轮 的 转 向 运 动 造 成 前 轮 的 轮 速 高 于后 轮 轮 速 , 利 用 式 ( 1 ) 计 算 滑 转 率 , 会 造 成 计 算 结 果的 不 准 确 。图1和 图2分 别 为 左 转 向 和 右 转 向 时4个 车 轮的 轮 速 信 号 , 转 向 半 径 为15 犿 。图1左 转 向 时 轮 速 曲 线犉犻犵 .1 犉狅狌狉 狑犺犲犲犾狊狆犲犲犱狊 狑犺犲状 狋狌狉状犻状犵犾犲犳狋图2右 转 向 时 轮 速 曲 线犉犻犵 .2 犉狅狌狉 狑犺犲犲犾狊狆犲犲犱狊 狑犺犲状 狋狌狉状犻状犵 狉犻犵犺狋转 向 时 , 4 个 车 轮 的 轮 速 高 低 依 次 为 : 外 前 轮 、外 后 轮 、 内 前 轮 、 内 后 轮 。 由 于4路 轮 速 信 号 差 别 较大 , 由 其 中 的 某 一 路 轮 速 信 号 作 为 基 准 计 算 得 到 的参 考 车 速 难 以 准 确 反 映 汽 车 的 真 实 运 动 , 由 参 考 车速 根 据 式 ( 1 ) 求 得 的 驱 动 轮 滑 转 率 不 能 反 映 驱 动 轮的 真 正 滑 转 程 度 。利 用 后 轮 轮 速 作 为 参 考 车 速 , 根 据 式 ( 1 ) 计 算 滑转 率 , 结 果 如 图3 、 4所 示 。在 正 常 低 速 转 向 行 驶 时 , 利 用 后 轮 轮 速 作 为 参考 车 速 , 根 据 式 ( 1 ) 计 算 出 的 最 大 前 轮 滑 转 率 为0\ue01018 , 该 值 足 以 引 发 犜犆犁系 统 的 干 涉 。 实 际 上 , 此时 属 于 正 常 行 驶 范 围 , 犜犆犁 系 统 不 应 出 现 任 何 干涉 。 为 避 免犜犆犁系 统 的 误 干 涉 , 有 必 要 修 改 转 向 时前 轮 滑 转 率 的 计 算 方 法 , 由 此 引 入 前 轮 参 考 轮 速 概念 。 前 轮 参 考 轮 速 是 指 转 向 时 , 在 前 轮 没 有 滑 转 的理 想 情 况 下 , 理 论 上 的 前 轮 轮 速 。图3左 转 向 时 两 前 轮 滑 转 率 曲 线犉犻犵 .3 犁犾犻狆 狉犪狋犻狅 狅犳狋犺犲犳狉狅状狋 狑犺犲犲犾狊 狑犺犲状 狋狌狉状犻状犵犾犲犳狋图4右 转 向 时 两 前 轮 滑 转 率 曲 线犉犻犵 .4 犁犾犻狆 狉犪狋犻狅 狅犳狋犺犲犳狉狅状狋 狑犺犲犲犾狊 狑犺犲状 狋狌狉状犻状犵 狉犻犵犺狋2前 轮 参 考 轮 速 算 法以 后 轮 轮 速 为 基 础 , 借 助 其 他 传 感 器 信 号 , 如 横摆 角 速 度 传 感 器 、 方 向 盘 转 角 传 感 器 信 号 作 为 辅 助 ,通 过 一 定 的 算 法 计 算 得 到 前 轮 的 参 考 轮 速 。根 据 辅 助 信 号 的 不 同 , 又 可 分 为 两 种 算 法 : 利 用横 摆 角 速 度 信 号 作 为 辅 助 信 号 的 方 法 因 为 需 要 进 行开 方 运 算 , 简 称 为 直 接 开 方 法 ; 利 用 方 向 盘 转 角 信 号作 为 辅 助 信 号 的 方 法 简 称 为 前 轮 转 角 补 偿 法 。图5转 向 运 动 示 意 图犉犻犵 .5 犁犮犺犲犿犪狋犻犮 狅狏犲狉狏犻犲狑狅犳狊狋犲犲狉犻状犵两 种 方 法 都 用 到 一 个 假 设 , 即 : 后 轮 在 转 向 过 程中 , 其 滚 动 方 向 依 然 沿 着 车 身 的 纵 轴 线 方 向 。 在 汽车 的 侧 向 加 速 度 小 于0\ue0104 犵时 , 这 一 假 设 能 够 成 立 。2\ue0101直 接 开 方 法方 法 将 前 轮 轮 速狏分解 成 两 个 分 量 , 一 个 分 量为 沿 着 车 身 纵 轴 线 的狏 狓 ,另 一 个 分 量 是 垂 直 于 车 身纵 轴 线 的狏 狔 , 如 图 5所 示 。狏 狓等 于 后 轮 轮 速 , 可由 轮 速 传 感 器 直 接 得 到 ,狏 狔可 由 横 摆 角 速 度 狉 和 汽车 轴 距犔求 得 。 滑 转 率计 算 公 式 为9 3第8 期杨 财 等 : 车 辆 转 向 时 牵 引 力 控 制 系 统 前 轮 滑 转 率 算 法22 λ 犱 =( ω狉犱狔状 - 狏) /( ω狉犱狔状 )( 2 )其 中狏 = 狏2狓 + 狏2槡 狔 =狏2狓 +( 狉犔 )槡22\ue0102前 轮 转 角 补 偿 法该 算 法 利 用 方 向 盘 转 角 传 感 器[ 6 ]测 得 的 方 向盘 转 角 计 算 出 前 轮 转 角 , 再 根 据 前 轮 转 角 以 及 后 轮轮 速 信 号 计 算 前 轮 参 考 轮 速 , 继 而 求 得 滑 转 率 , 即λ 犱 =( ω狉犱狔状 - 狏) /( ω狉犱狔状 )( 3 )其 中狏 = 狏 狓/ 犮狅狊 δ1式 中δ 1 ——— 前 轮 转 角 , 狉犪犱3算 法 验 证 及 效 果将2种 方 法 编 程 实 现 并 进 行 实 车 试 验 , 转 向 半径 为15 犿 , 车 速 约 10 犽犿/ 犺 。 由 于 单 片 机 不 能 直 接进 行 开 方 运 算 , 需 要 另 外 编 写 开 方 程 序 ; 三 角 函 数 的运 算 比 较 耗 时 , 在 保 证 计 算 精 度 的 前 提 下 采 用 了 泰勒 展 开 。犜犆犁系 统 作 为 安 全 系 统 , 其 控 制 周 期 很 短 , 周期 量 级 为10 犿狊 。 除 了 分 析 2种 算 法 对 滑 转 率 计 算的 改 进 效 果 , 还 需 要 分 析 他 们 所 需 的 计 算 时 间 。图6和 图7分 别 为 直 接 开 方 法 和 前 轮 转 角 补 偿法 的 修 正 结 果 , 虚 线 为 修 正 前 的 滑 转 率 , 实 线 为 修 正图6直 接 开 方 法 的 修 正 结 果犉犻犵 .6 犕狅犱犻犳犻犮犪狋犻狅状 狉犲狊狌犾狋 狑犻狋犺 狋犺犲 犿犲狋犺狅犱 狅犳 犲狓狋狉犪犮狋犻狅状图7前 轮 转 角 补 偿 法 的 修 正 结 果犉犻犵 .7 犕狅犱犻犳犻犮犪狋犻狅状 狉犲狊狌犾狋 狑犻狋犺 狋犺犲 犿犲狋犺狅犱 狅犳狊狋犲犲狉犻状犵 犪状犵犾犲 犮狅犿狆犲状狊犪狋犻狅状后 的 滑 转 率 。