車速與路面附著系估計

一、路面附著系數(shù)估量：1．路面識別系統(tǒng)設(shè)計：由于各種路面峰值附著系數(shù)對應(yīng)的滑移率不同減速度進展比較，其中確定差值最小者即推斷為當(dāng)前路面，具體識別流程如以下圖所示：如何識別每個車輪上所作用的切向力對整車運動狀態(tài)的影響格外困難,故承受整車動力學(xué)參數(shù)對每個車輪所經(jīng)過的路面狀態(tài)進展識別存在肯定的難度。對于單個車輪來說,承受其自身的動力學(xué)參數(shù)對它的運動狀態(tài)進展快速識別比較便捷。車輪在制動狀態(tài)下的數(shù)學(xué)模型可表達為JFr

TT

(3)式中ω——車輪角速度Tb——制動力矩Tf——滾動阻力矩J——車輪及其組件的轉(zhuǎn)動慣量rd——車輪的動力半徑

zd b f制動器制動力矩的大小一般與其制動輪缸的壓力成正比,故制動器制動力矩可以依據(jù)制動輪缸的壓力來進展計算。車輪的動力半徑可在車輪靜力半徑的根底上通過與車速的關(guān)系得到。軸荷可依據(jù)加速度傳感器或者理論模型分析得到。因此在制動力矩、車輪的角加速度、軸荷、動力半徑以及滾動阻力系數(shù)的根底上,利用式(3)可以快速估算出路面的附著系數(shù)。2．路面附著系數(shù)估算汽車驅(qū)動、制動及轉(zhuǎn)向行駛都受路面附著條件的限制，路面附著系數(shù)是穩(wěn)定性控制系統(tǒng)重要的掌握參數(shù)。路面附著系數(shù)很難直接進展測量確定，因此國內(nèi)外學(xué)者在路面附著系數(shù)估算領(lǐng)域進展了大量爭論工作，取得了肯定的爭論成果。但各種估算方法都有肯定的局限性，在有用性和實時性方面還有待于深入爭論。本文僅對汽車轉(zhuǎn)向行駛工況下路面附著系數(shù)估算進展?fàn)幷?。路面附著系?shù)由側(cè)向加速度和路面附著系數(shù)估量誤差兩局部組成，即：其中：為側(cè)向加速度確定值，單位為g；為路面附著系數(shù)估量誤差，它與車輛的非線性度有關(guān)。車輛的非線性度可表達為：其中為特征車速，K為汽車穩(wěn)定性因數(shù)，為名義橫擺角速度，則路面附著系數(shù)估量誤差

與非線性度

之間的關(guān)系可以用以下圖來描述：前輪利用附著系數(shù)估量利用附著系數(shù)為地面作用力與垂直載荷之比,有兩種有用的估量方法?；趧恿鲃酉祫恿W(xué)分析的估量方法(方法一)由液力變矩器特性可以估算自動變速器的輸入力矩,即有T K

2 (3.1)p tc TTt p

(3.2)式中Tp

、T;t

為發(fā)動機轉(zhuǎn)速;Ktc

、為液力變矩器的容量系數(shù)及轉(zhuǎn)矩比,均為渦輪、泵輪轉(zhuǎn)速比的函數(shù)。渦輪力矩Tt

即自動變速器的輸入力矩。無視變速器及主減速器的轉(zhuǎn)動慣量,則前軸的驅(qū)動力矩為T iiTd 0gt g

(3.3)式中i、i0

分別為主減速器和變速器傳動比;g

為傳動效率。由驅(qū)動軸的回轉(zhuǎn)運動動力學(xué)可得前軸車輪地面作用力為

F x1

T Tb1

I x1

)/r (3.4)x1式中I 為驅(qū)動軸(包括兩個驅(qū)動輪及差速器)的轉(zhuǎn)動慣量; 為驅(qū)動軸角速度,取兩前輪輪速x1 x1均值;Tb1

為兩前輪制動力矩;TR1

為兩前輪滾動阻力矩;r為車輪半徑。依據(jù)滾動阻力系數(shù)閱歷值估算滾動阻力矩,即TR1

fFr

r,fr

為滾動阻力系數(shù),Fz1

為前軸載荷。視縱向慣性力和空氣阻力作用中心為懸掛質(zhì)量質(zhì)心,則F [mgb(maz1 s

F)ha

]/l (3.5)式中m、ms

為整車及懸掛質(zhì)量l為軸距b為質(zhì)心至后軸的距離;hs

為懸掛質(zhì)心高度;F為空a氣阻力。由利用附著系數(shù)的定義式Fx

/F,得zF /Fx1 z1

(3.6)基于車身縱向加速度的估量方法(方法二)汽車直線行駛的縱向運動動力學(xué)方程為ma F F Fx x1 x2 d

(3.7)式中ax

為縱向加速度;Fx2

為后軸地面作用力;Fd

為空氣阻力。后軸回轉(zhuǎn)運動動力學(xué)方程為I x2 x2

b2

T FR2

r (3.8)Ix2

為后軸轉(zhuǎn)動慣量;

為兩后輪平均轉(zhuǎn)速;Tx2

為兩后輪制動力矩;TR2

為兩后輪滾動阻力矩。由式(3.7)、式(3.8)估算前輪地面作用力,即F maFx1 x

(I x2

Tx2 b2

T )/r (3.9)R2將式(3.9)、式(3.5)代入式(3.6),可得利用附著系數(shù)的估量值。兩種方法的主要差異在驅(qū)動力估量方面,方法一無視了傳動系統(tǒng)的彈性、慣性及阻尼特性.附著系數(shù)的貝葉斯估量k表示采樣序號,設(shè)采樣時刻tk

時,驅(qū)動輪滑移率、利用附著系數(shù)估量值分別記為k

kk

代入預(yù)先建立的幾種不同路面(路面附著系數(shù)ui

, i1,2,n)s關(guān)系,可得對應(yīng)利用附著系數(shù),記為 。定義偏差i,kE /(3.10)i,k i,k k k估量值?對應(yīng)不同路面的條件概率等價于偏差E 的概率分布,設(shè)其聽從高斯分布,則可得k i,k如下似然函數(shù)式中為標(biāo)準(zhǔn)差。

k

|)i

E221e22,i1,2,,21設(shè)當(dāng)前時刻路面附著系數(shù)為i

P(k i

i1

P()1。依據(jù)貝葉斯定理,k i在利用附著系數(shù)估量值為?k

的條件下,當(dāng)前路面附著系數(shù)為i

的后驗概率為kkikiQ[|]kkiki

,i1,2,,n (3.12)k i k

n k kj1

|)P[]j k j則由下式可估量當(dāng)前時刻的路面附著系數(shù)為

] (3.13)k i k i i1t=tk+1時,令Pk+1(μi)=Qk[μi|φ^k],重復(fù)上述過程,可實現(xiàn)路面附著系數(shù)的在線估量。二、車速估算模塊車速是穩(wěn)定性掌握算法中的一個重要參數(shù)，計算車輪的滑移率、名義橫擺角速度、估算質(zhì)心側(cè)偏角以及不同行駛工況下對穩(wěn)定性掌握算法的調(diào)整都需要準(zhǔn)確的車速信息。此外，穩(wěn)定性掌握還包含ABSTCS功能，因此，穩(wěn)定性掌握需要各種工況下的車輛行駛速度。車速是通過輪速傳感器信息進展估算得到的，下面對車速估算進展詳細描述：驅(qū)開工況當(dāng)汽車處于驅(qū)開工況時，對于兩輪驅(qū)動車輛，可承受非驅(qū)動輪〔后輪〕的輪速均值作為參考車速：v v制開工況

Vfl rre 2ABS功能是否啟動。假設(shè)ABS功能沒有啟動，則推斷最高輪加速度與汽車縱向加速度的大?。簐 aVmax

max xexe Vaex

amax x假設(shè)ABS功能啟動，則依據(jù)最大輪速法和斜率法相結(jié)合的綜合估算方法來計算參考車速：3〕轉(zhuǎn)向工況

Vmaxv ,Ve max e

a