基于路面识别的四轮驱动电动汽车驱动防滑控制

c3 c1 c2 ） μ（ s p ） = c1 － （ 1 + lo着系数所对应的最佳滑转
率不同， 驱动防滑控制系统是基于滑转率对车轮 所以必须对路面进行有效的识 进行实时控制的， 别。根据不同路面的角加速度可以对路面进行识 别。路面识别系统不断地将实时获得的实际车轮 角加速度与通过计算得到的不同路面的理论角加 速度进行对比， 其中最相近的即判定为当前路面 。 1 ） 实际车轮角加速度的获取 利用传感器测得车轮角速度信号， 应用卡尔 曼滤波技术来计算车轮角加速度信号 。 2 ） 理论车轮角加速度的计算 由车轮的运动方程， 可得角加速度的计算公 式为 dω = （ Tp － μ（ s） F z R － T f ） / J dt 系
Burckhardt 等给出了 u － s 曲线的一种函数关 c2 及 c3 在不同 系， 其描述如式 （ 9 ） 所示， 参数 c1 、 路面条件下的取值见表 1 。
－c s μ （ s ） = c1 （ 1 － e 2 ） － c3 s
（ 9）
表1 路面 图1 车轮驱动模型 干沥青 湿沥青 干水泥
式（ 1 ） ～ （ 5 ） 中： M 为整车质量； m 为 1 / 4 整车质 量； f 为滚动阻力系数； F z 为车辆的垂直载荷； F x 为地面摩擦力； L 为轴距； h cg 为车辆重心高度； R 为 车轮半径； J 为车轮转动惯量； V 为车辆纵向速度； w 为车轮加速度； μ （ s ） 为路面附着系数； s 为滑移 率； T p 为电机的驱动转矩； T f 为滚动阻力距。 1． 2 电动机的电枢电路模型 驱动防 滑 系 统 采 用 的 是 永 磁 无 刷 直 流 电 动 机， 其中端电压 U 与电枢电阻 R 、 电感 L、 转速 N 和 电流 I 的电压平衡方程 助力电机端电压 U = L dI + RI + K v ω m dt （ 6）
基于路面识别的四轮驱动电动汽车驱动防滑控制
蒋振江， 陈 旭， 李大伟
（ 重庆理工大学 重庆汽车学院， 重庆 400054 ） 摘 要： 介绍了四轮独立驱动电动汽车的驱动防滑控制系统。 采用路面识别方法， 识别不
设计了以滑转率最优为控制目标的模糊 － PID 联合控制器。为确定模糊 同路面的最佳滑转率， － PID 联合控制器对提高汽车行驶性能的效用， 结合车辆的驱动模型， 对变附着系数路面行驶 的汽车进行驱动防滑仿真分析。结果表明： 基于路面识别的驱动防滑控制系统能快速、 准确地 识别出路面状况的变化， 实时地调整控制参数， 并应用模糊 － PID 联合控制方法， 及时地调整驱 使车轮滑转率基本控制在最佳滑转率附近， 保证车辆在恶劣路况下行驶时 动电机的输出转矩， 仍可以获得较好的驱动防滑控制效果 。 关 键 词： 四轮驱动； 路面识别； 驱动防滑控制； 模糊 － PID 联合控制 文献标识码： A 文章编号： 1674 － 8425 （ 2012 ） 07 － 0017 － 05 中图分类号： U469． 72
水平方向的运动方程为 m V = Fx 车轮运动方程为 = Tp － Fx R － Tf Jω 地面摩擦力 F x = μ（ s） F z 滚动阻力矩 （ 3）
·
（ 1） （ 2）
干鹅卵石 湿鹅卵石 雪 冰
通过路面辨识系统
确定路况后， 相应的 3
个参数的 取 值 也 就 确 定 了。 将 3 个 参 数 代 入 式
Abstract： Acceleration Slip Regulation（ ASR） system applied in the Fourwheel Drive Electrical vehicle was designed． The method of road status automatic identification was used to identify optima slip ratio of the different roads，and designed FuzzyPID Joint Controller that aimed at controlling the optima slip ratio． In order to determine the effectiveness that how FuzzyPID Joint Controller improves automobile driving performance，and in combination with vehicle model， ASR test was simulated with variable attachment coefficient road． The results show that the ASR system based on Road Automatic Identification can rapidly and accurately identify the variation of road status， adjust the control parameters in real time，apply FuzzyPID Joint Control method to adjust motor torque，control the slip ratio close to the optima slip ratio，and ensure that vehicles driving in bad road conditions can get better ASR control result． Key words： fourwheel drive； road automatic identification； acceleration slip regulation； FuzzyPID joint control
不同路面条件下的 Burckhardt 模型参数值 c1 1． 280 0． 857 1． 197 1． 371 0． 400 0． 195 0． 050 c2 23． 990 33． 820 25． 170 6． 460 33． 710 94． 130 3． 065
［2 ］
c3 0． 520 0． 350 0． 540 0． 670 0． 120 0． 065 0． 001
［3 － 6 ］
图2
模糊控制原理
模糊控制器
［7 － 12 ］
的基本结构包括模糊化、 知
识库、 模糊推理和清晰化 4 部分， 其中最重要的是 知识库。模糊控制器的输入必须先经过模糊化才 能用于控制输出。模糊化的主要作用是将输入的 所选用的模糊子集为： 精确量转变为模糊矢量， e = ｛ 负 大， 负 小， 零， 正 小， 正 中， 正 大｝ = ｛ NB ， NS， ZE ， PS， PM， PB ｝ ； e（ t ） = ｛ 负大， 负中， 负小， 零， 正小， 正中， 正 NM， NS， ZE ， PS， PM， PB ｝ ； 大｝ = ｛ NB ， 知识库中包含了控制领域中所需求的知识和 控制目标， 由数据库和规则库组成。 数据库中存 放着所有输入和输出变量的全部模糊子集的隶属 如果论域是连续的， 则为隶属度函数， 所选 度值， 用的是三角形隶属度函数。 规则库中存放的是用 它们是专 模糊语言变量表示的一系列控制规则， 家或熟练的操作人员基于长期积累的经验， 按人 的直觉推理的一种语言形式。模糊规则一般由 if， and， else， or 等关系词连接而成， 所编写的模糊规 部份如下所示： 则一共 42 条， 1 ） If （ e is NB ） and （ et is NB ） then （ u is ZE ） 2 ） If （ e is NS） and （ et is NB ） then （ u is ZE ） …… 模糊推理就是模拟人的基于模糊概念的推理 能力， 根据输入的模糊量， 按照模糊规则来求解模 最终获得模糊控制量。 需要指出的是经 糊关系，
Acceleration Slip Regulation of Fourwheel Drive Electric Vehicle Based on Road Automatic Identification
JIANG Zhenjiang， CHEN Xu，LI Dawei
（ Chongqing Institute of Automobile， Chongqing University of Technology，Chongqing 400054 ，China）
第 26 卷
第7 期
重 庆 理 工 大 学 学 报（ 自然科学）
Journal of Chongqing University of Technology（ Natural Science）
2012 年 7 月
Jul． 2012 Vol． 26 No． 7
［2 ］
为：
1
车辆动力学系统模型
由于要对控制方法进行仿真分析， 所以需要
式中： ω m 为电动机转速； K v 为反电动势常数。 电动机的转矩与电路的电流关系 T m = KeI 1． 3 轮胎模型 滑转率的定义： s = ωR － υ υ （ 8） （ 7）
本文采用 1 /4 车辆动力 建立车辆的动力学模型， 学模型。 1． 1 车轮模型
收稿日期： 2011 － 03 － 06 基金项目： 重庆理工大学研究生创新基金资助项目（ YCX2011301 ） 作者简介： 蒋振江（ 1985 —） ， 男， 硕士研究生， 主要从事车辆工程方面研究 。
18 重庆理工大学学报 汽车在起步或加速时， 驱动力迅速增大， 将会 导致车轮过度滑转； 另外， 汽车在冰雪等恶劣路况 下行驶或转弯行驶时， 车轮甚至会发生空转。 因 acceleration slip 此汽车需要驱动防滑控 制 （ ASR， regulation） 来提高行驶的稳定性， 并获得最佳的驱 动力。采用 4 个轮毂电机分别驱动车轮的技术， 为驱动防滑控制的实现提供了很好的平台。 本文 所设计的驱动防滑控制系统的控制流程： 由于不 同路面所对应的最佳滑转率不同， 所以设计了路 用于识别不同路面的最佳滑转率； 然 面识别系统， 后通过控制电机提供给车轮的驱动力控制车轮的 转速， 使汽车在最佳滑转率下行驶， 充分利用路面 的附着系数， 获得最大的驱动力。 采用模糊 PID 联合控制算法对滑转率进行控制， 使实际滑转率 获得最佳的驱动 趋近并 稳 定 在 最 佳 滑 转 率 上， 效果。 T f = F z fR 垂直方向的力平衡关系为 F z = mg + Mh cg · V L （ 5） （ 4）