第 6 章 纵向动力学控制系统
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飞行力学第六章-运动方程
ωx
ω y I x ω x I xy
0 I zx
I xy Iy I yz
I zx ω x M x I yz ω y = M y I z ω z M z
飞行器飞行力学2010
得
dω x 2 2 + ( I z I y )ω y ω z + I yz (ω z ω y ) + Ix dt dω y dω z I xy (ω x ω z ) I zx (ω x ω y + ) = Mx dt dt dω y 2 2 + ( I x I z )ω x ω z + I zx (ω x ω z ) + Iy dt dω z dω x I yz (ω x ω y ) I xy (ω y ω z + ) = M y dt dt dω z 2 2 + ( I y I x )ω x ω y + I xy (ω y ω x ) + Iz dt dω y dω x I zx (ω y ω z ) I yz (ω z ω x + ) = Mz dt dt
飞行器飞行力学2010
根据速度之间的关系
u = V cos α cos β v = V sin β w = V sin α cos β
可得
du dV dα dβ V sin α cos β V cos α sin β cos α cos β = dt dt dt dt dv dV dβ V cos β sin β + = dt dt dt dw dV dα dβ sin α cos β + V cos α cos β V sin α sin β = dt dt dt dt
dω z dω x + ( I z I y )ω y ω z I zx (ω x ω y + Ix ) = Mx dt dt 方 程 dω y 2 2 + ( I x I z )ω x ω z + I zx (ω x ω z ) = My 简 Iy dt 化 为 I d ω z + ( I I )ω ω + I (ω ω d ω x ) = M z y x x y zx y z z dt dt
6汽车系统动力学-纵向动力学控制系统
（a）霍尔元件磁场较弱 （b）霍尔元件磁场较强 图 霍尔式车轮转速传感器 1—霍尔元件；2—永久磁铁；3-齿圈
20
6.1防抱死制动控制系统
霍尔元件输出的是毫伏级的准正弦波电压，通过电子电路转 换成标准的脉冲电压输出信号，电压幅值为 7V～14V，如图所示。
图
霍尔式车轮转速传感器电压波形
霍尔车轮转速传感器具有以下优点：输出信号电压幅值不受转 速的影响；频率响应高，其响应频率高达20 kHz，相当于车速为 1000km／h时所检测的信号频率；抗电磁干扰能力强。
26
6.2驱动力控制系统 基本原理和控制目标
■TCS(Bosch公司ASR)是在ABS基础上发展起来的主动安全系统
27
6.2驱动力控制系统
汽车牵引力控制系统的作用 汽车牵引力控制系统（Traction control System，TCS。也称 TRC）是继防抱死制动系统之后应用于车轮防滑的电子控制系统， 其功用是防止汽车在起步、加速时和在滑溜路面行驶时的驱动轮 滑转。故有些汽车公司也将该技术称为驱动防滑系统 (Acceleration Slip Regulation, ASR)。 当车轮转动而车身不动或是汽车的速度低于转动车轮的轮缘速 度时，轮胎与地面之间就有相对的滑动，这种滑动称为“滑转”。 汽车防滑控制系统可以在车轮出现滑转时，通过对滑转车轮 施以制动力或控制发动机的动力输出来抑制车轮的滑转，以避免 汽车牵引力和行驶稳定性下降。
2
6.1防抱死制动控制系统 控制目标
——由于前轮抱死，车辆失去转向能力；而
后轮抱死属于不稳定工况，易引起车辆急速 摔尾的危险。
——制动力通常在滑移率为某一特定值附近
达到最大值，因而将该滑移率值认为是最佳 滑移率，并作为ABS的控制目标。 ——由于车轮的滑移率不易直接测得，因此 必须采用其他参数作为ABS的控制目标参数。
自动控制原理第六章控制系统的校正
自动控制原理第六章控制系统的校正控制系统的校正是为了保证系统的输出能够准确地跟随参考信号变化而进行的。
它是控制系统运行稳定、可靠的基础，也是实现系统优化性能的重要步骤。
本章主要讨论控制系统的校正方法和常见的校正技术。
一、校正方法1.引导校正：引导校正是通过给系统输入一系列特定的信号，观察系统的输出响应，从而确定系统的参数。
最常用的引导校正方法是阶跃响应法和频率扫描法。
阶跃响应法：即给系统输入一个阶跃信号，观察系统输出的响应曲线。
通过观察输出曲线的形状和响应时间，可以确定系统的参数，如增益、时间常数等。
频率扫描法：即给系统输入一个频率不断变化的信号，观察系统的频率响应曲线。
通过观察响应曲线的峰值、带宽等参数，可以确定系统的参数，如增益、阻尼比等。
2.通用校正：通用校正是利用已知的校准装置，通过对系统进行全面的测试和调整，使系统能够输出符合要求的信号。
通用校正的步骤通常包括系统的全面测试、参数的调整和校准装置的校准。
二、校正技术1.PID控制器的校正PID控制器是最常用的控制器之一，它由比例、积分和微分三个部分组成。
PID控制器的校正主要包括参数的选择和调整。
参数选择：比例参数决定控制系统的响应速度和稳定性，积分参数决定系统对稳态误差的响应能力，微分参数决定系统对突变干扰的响应能力。
选择合适的参数可以使系统具有较好的稳定性和性能。
参数调整：通过参数调整，可以进一步改善系统的性能。
常见的参数调整方法有经验法、试错法和优化算法等。
2.校正装置的使用校正装置是进行控制系统校正的重要工具，常见的校正装置有标准电压源、标准电阻箱、标准电流源等。
标准电压源：用于产生已知精度的参考电压，可以用来校正控制系统的电压测量装置。
标准电阻箱：用于产生已知精度的电阻，可以用来校正控制系统的电流测量装置。
标准电流源：用于产生已知精度的电流，可以用来校正控制系统的电流测量装置。
校正装置的使用可以提高系统的测量精度和控制精度，保证系统的稳定性和可靠性。
第六章增稳与控制增稳系统2
X (i 1) X T (i) AD (X (i) X T (i)) BD (U (i) UT (i))
XT (i) 为配平状态， U U (i) UT (i) 表示四个作动器相对于配平 位置的变化
假定：经历一个采样周期后，可使系统进入新的配平状态 X (i) X T (i) X (i 1) X (i) BD[U (i) UT (i)]
侧向气动模型及航向控制增稳系统
耦合作用
v
p a
N
r
N
r v
N
r p
Nra
杆 系
串联 舵机
助力器
自动倾 斜器
r Nrr
伺服控 制器
权限限制
静稳定性
N
r
0
1 r 1
r s
s
阻尼
N
r r
kr
杆位移传感器
M (S)
指令模型
k
增稳与控制增稳系统工作原理
机械稳定装置
贝尔稳定杆，洛克希德稳定杆，杭尼韦尔稳定杆 适用小型及跷跷板式旋翼直升机 稳定裕量有限,不能在全飞行包线内提供 稳定杆及其联动装置增加旋翼阻力
a 加速度计
z
助力器
自动倾斜器
方块图
指令模型 杆力传感器 FP
FP=0系统只起增稳作用 FP>0 =e+j
M (s)
Kp
N (s)
校正网络
+
Km 机械逻辑
助力器
+
Ka
放大
R(s)
B1(s)
伺服机构 + e
•
速度陀螺
Kg
自动倾斜器
B2 (s)
G• (s)
K ny
两反馈通道提高稳定精度n 加速度计
XT (i) 为配平状态， U U (i) UT (i) 表示四个作动器相对于配平 位置的变化
假定：经历一个采样周期后，可使系统进入新的配平状态 X (i) X T (i) X (i 1) X (i) BD[U (i) UT (i)]
侧向气动模型及航向控制增稳系统
耦合作用
v
p a
N
r
N
r v
N
r p
Nra
杆 系
串联 舵机
助力器
自动倾 斜器
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伺服控 制器
权限限制
静稳定性
N
r
0
1 r 1
r s
s
阻尼
N
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kr
杆位移传感器
M (S)
指令模型
k
增稳与控制增稳系统工作原理
机械稳定装置
贝尔稳定杆，洛克希德稳定杆，杭尼韦尔稳定杆 适用小型及跷跷板式旋翼直升机 稳定裕量有限,不能在全飞行包线内提供 稳定杆及其联动装置增加旋翼阻力
a 加速度计
z
助力器
自动倾斜器
方块图
指令模型 杆力传感器 FP
FP=0系统只起增稳作用 FP>0 =e+j
M (s)
Kp
N (s)
校正网络
+
Km 机械逻辑
助力器
+
Ka
放大
R(s)
B1(s)
伺服机构 + e
•
速度陀螺
Kg
自动倾斜器
B2 (s)
G• (s)
K ny
两反馈通道提高稳定精度n 加速度计
汽车系统动力学第六章 纵向动力学控制
第六章纵向动力学控制系统由于车辆纵向动力学研究车辆在加速或制动过程中的动力学特性，因而本章将对主要影响纵向动力学特性的底盘控制系统，即防抱死制动系统(ABS)和驱动力控制系统(TCS)进行介绍。
此外，考虑到现代车辆底盘控制系统中纵向动力学和侧向动力学的日渐融合，本章还将介绍和分析以各车轮纵向力控制来改善车辆高速转弯稳定性的车辆稳定性控制系统(VSC)。
有关侧向动力学的内容可参见第三篇。
§6-1 防抱死制动控制一、概述防抱死制动系统(ABS)可通过调节车轮制动压力保证制动过程中的最佳滑移率，以在获得良好侧向力的同时获得较高的制动强度。
由于路面条件、轮胎结构和轮胎侧偏角都显著影响着可获得的轮胎力，因此ABS应具有自调节的能力，以适应各种不同条件。
下面分别对ABS控制目标、控制过程、控制策略及应用实例给予介绍。
二、控制目标由制动力与滑移率关系曲线可知，制动力通常在滑移率为某一特定值附近达到最大值，因而将该滑移率值认为是最佳滑移率，并作为ABS的控制目标。
但由于车轮的滑移率通常不易直接测得，因此必须采用其他参数作为ABS的控制目标参数。
三、控制过程理论上讲，ABS控制车轮角减速度的周期过程基本都相同，即：调整驾驶员施加的过高制动压力，将车轮角减速度控制在要求的上下限之间。
但不同类型的ABS保证最佳制动效果和抵抗外界干扰的具体方法却不尽相同。
下面以一典型的ABS为例，结合图6-4分析说明ABS在一个循环周期不同时间段内的控制过程。
第1段首先，由于驾驶员的作用使制动器管路压力增加，车轮线速度变化比车速变化更快。
第2段若车轮角加速度达到或小于某一门限值大，制动压力保持在当前值不变。
第3段若车轮转速小于滑移率门限值乩。
对应的值时，减小制动压力。
第4段若车轮角加速度再次达到门限值时，重新进入保压状态。
第5段尽管此时制动压力保持稳定，但车轮因惯性作用会进一步加速转动。
若车轮角加速度越过门限值(+A)，则再次升高制动压力。
飞行动力学飞机的纵向运动课件
THANKS.
陆等。
飞机纵向运动的模
05
拟与实验验证
纵向运动模拟的方法和工具
数学模型
建立飞机纵向运动的数学模型， 包括飞行动力学方程、控制方程 等，用于模拟飞机的纵向运动。
计算机仿真
利用计算机仿真技术，对数学模 型进行数值求解，模拟飞机的纵
向运动轨迹和性能。
仿真软件
使用专业的仿真软件，如 FlightGear、X-Plane等，进行 飞行动力学模拟，评估飞机的纵
持稳定的纵向运动。
控制飞行高度
飞行员需根据进场程序和空中 交通管制指令，适时调整飞行 高度，确保飞机在合适的时机 着陆。
应对风向和风速变化
飞行员需密切关注风向和风速 的变化，采取适当的措施保持 飞机的航向和速度稳定。
选择适当的着陆方式
根据跑道状况和飞机状况，飞 行员可以选择适当的着陆方式 ，如正常着陆、轻着陆或重着
飞行动力学飞机的纵向 运动课件
目 录
• 飞机纵向运动概述 • 飞机起飞阶段纵向运动分析 • 飞机巡航阶段纵向运动分析 • 飞机降落阶段纵向运动分析 • 飞机纵向运动的模拟与实验验证
飞机纵向运动概述
01
飞机纵向运动的基本概念
飞机纵向运动是指飞机在垂直方向上的运动，包括爬升、下降、平飞和俯冲等。
飞机纵向运动的控制主要依赖于升降舵和发动机推力的调节。
巡航阶段纵向运动的影响因素
风向和风速
发动机推力和襟翼设置
风向和风速的变化会影响飞机的飞行 方向和速度，进而影响纵向运动的稳 定性。
发动机推力和襟翼设置的变化会影响 飞机的推力和升力，进而影响纵向运 动的稳定性。
飞行高度和飞行速度
飞行高度和飞行速度的变化会影响空 气密度和阻力，进而影响飞机的纵向 稳定性。
纵向动力学性能分析ppt
车
➢驱动力定义为地面作用于驱动轮胎接地印迹内纵向作
用力的的合力。
系
Fx M H / rd M eigi0t / rd
统
动 ➢车辆沿前进方向的动力供求平衡方程
力 学
M et igi0
rd
(imv
mc )ax
(iG
fR )(mv
mc
)
g
CD
A
a
2
u2
6
汽 概述 第二节 动力性
车
➢车辆动力性由加速能力、爬坡能力和最高车速来衡量。
➢根据pme和ne确定该工况的燃油消耗率be （g/(kw.h)）
17
汽 计算燃油消耗量
燃油消耗量的计算
车
➢单位时间的燃油消耗量
系
Btp be Pe / f
➢单位里程的燃油消耗量
统
Btr Btp / ua
动
➢对于循环行驶工况，须将过程划分成若干段稳定工况，分别计
力
算燃油消耗量，再求和。
➢若发动机处于不稳定工况，则只能求近似解。
30
汽 二、直线制动动力学分析
车
➢忽略坡度和空气对轴荷的影响，有
系
Fb maxb Fzs z
➢车辆制动时能得到的最大制动强度等于路面附着系数 统
动
zmax axb,max / g
➢为了在不同附着系数的路面上得到最好的制动效果，
力 需合理的分配前后轴制动力。
学 ➢理想制动强度与前轴制动力的关系
➢车辆总行驶阻力
车 系
FDem
(imv
mc )ax
(iG
fR )(mv
mc )g
CD A
a
2
u2
车辆系统动力学
2. 如已知输入和输出来研究系统的特性，这 样的任务叫系统识别；
3. 如已知系统的特性和输出来研究输入则称 为环境预测，例如对一振动已知的汽车，测定 它在某一路面上行驶时所得的振动响应值(如车 身上的振动加速度)，则可以判断路面对汽车的 输入特性，从而了解到路面的不平特性。
• 什么叫做系统动力学？
ⅲ.反馈连接的等效变换。
• 一个方框的输出，输入到另一个方 框，得到的输出，再返回作用于前一个 方框的输入端，这种结构称为反馈连 接，图1—9示，它可等效为图1—9所示 的一个方框。这是因为：
1.3.3.3. 功率键合图
• 1. 键合图概述 • 2. 键合图定义 • 3. 三个基本元件 • 4. 通口解 • 5. 绘制步骤
（即另一口），e为输出，f为输入。我们
把键端的短线称为因果关系号。
3） 信号键
信号键表示了作用于系统的信号。用带 全箭头的线段表示，图1－12所示。
图1－11 因果关系表示 图1－12 信号键表示
3. 三个基本元件
三个基本元件包括惯性元件、阻性 元件和容性元件。
i）惯性元件：表示电系统中电感效应 和机械系统的质量和液体系统中的惯性效 应，其键合图符号为I；如图(1-13)
•这个定义表明系统具有以下四个特征：
1. 系统具有层次性； 2. 系统具有整体性； 3. 系统具有目的性 ； 4. 系统具有功能共性。
1. 系统具有层次性
系统是由两个以上(或更多)元素(或 称为元件)组成的事物。一个大系统往往 可以分成几个子系统，每个子系统是由 更小的子系统(称为二级系统)构成。每个 子系统或更小的子系统都有自己的属 性，以便和其它系统加以区别。所以， 如果将大系统分解，可以形成很多层次 的结构，这就是系统层次性。
3. 如已知系统的特性和输出来研究输入则称 为环境预测，例如对一振动已知的汽车，测定 它在某一路面上行驶时所得的振动响应值(如车 身上的振动加速度)，则可以判断路面对汽车的 输入特性，从而了解到路面的不平特性。
• 什么叫做系统动力学？
ⅲ.反馈连接的等效变换。
• 一个方框的输出，输入到另一个方 框，得到的输出，再返回作用于前一个 方框的输入端，这种结构称为反馈连 接，图1—9示，它可等效为图1—9所示 的一个方框。这是因为：
1.3.3.3. 功率键合图
• 1. 键合图概述 • 2. 键合图定义 • 3. 三个基本元件 • 4. 通口解 • 5. 绘制步骤
（即另一口），e为输出，f为输入。我们
把键端的短线称为因果关系号。
3） 信号键
信号键表示了作用于系统的信号。用带 全箭头的线段表示，图1－12所示。
图1－11 因果关系表示 图1－12 信号键表示
3. 三个基本元件
三个基本元件包括惯性元件、阻性 元件和容性元件。
i）惯性元件：表示电系统中电感效应 和机械系统的质量和液体系统中的惯性效 应，其键合图符号为I；如图(1-13)
•这个定义表明系统具有以下四个特征：
1. 系统具有层次性； 2. 系统具有整体性； 3. 系统具有目的性 ； 4. 系统具有功能共性。
1. 系统具有层次性
系统是由两个以上(或更多)元素(或 称为元件)组成的事物。一个大系统往往 可以分成几个子系统，每个子系统是由 更小的子系统(称为二级系统)构成。每个 子系统或更小的子系统都有自己的属 性，以便和其它系统加以区别。所以， 如果将大系统分解，可以形成很多层次 的结构，这就是系统层次性。
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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。
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
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
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
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
汽车系统动力学
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
（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。
骤（如右图所示）
汽车系统动力学
四 控制策略
1.
单轮控制【umax i Pbi 】 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（ max）
缺点：左右车轮附着系数不等时→产生横摆 →车辆运动不稳定（ 左 右 ）
汽车系统动力学
2. 低选控制【 min(左，右 ) Pb 】
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： Mb Fz,wrd I ww
调整w (M b ) 实现 max
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 w
车轮感应器→轮转速信号→微分
S w D w
”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）
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
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
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Fxb
S Sopt S 1 Fxy max Fy 0(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。
第二参数目标：
xb （1）相对滑移率：
uref w实rd w实rd
（uref：参考车速）
（2）车辆减速度： x u （实现减速度：附加加速度感应器）
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
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。
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 Pb min(左，右 ) 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
汽车系统动力学
3. 高选控制【 max(左，右 ) Pb左右 】
其机理与低选控制相反，附着系数μ的利用 率较好
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Fra bibliotek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
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。
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
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
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
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
汽车系统动力学
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
（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。
骤（如右图所示）
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四 控制策略
1.
单轮控制【umax i Pbi 】 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（ max）
缺点：左右车轮附着系数不等时→产生横摆 →车辆运动不稳定（ 左 右 ）
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2. 低选控制【 min(左，右 ) Pb 】
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： Mb Fz,wrd I ww
调整w (M b ) 实现 max
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汽车系统动力学
第一参数目标：车轮角减速度 w
车轮感应器→轮转速信号→微分
S w D w
”最为常见。
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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
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图6-6所示为Bosch
公司某型号电磁阀 工作原理。
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图6-7所示为Teves公司防抱死制动系统的液压
总成示意图。
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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）
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。
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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。
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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
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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。
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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
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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
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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Fxb
S Sopt S 1 Fxy max Fy 0(无侧向力作用)
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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。
第二参数目标：
xb （1）相对滑移率：
uref w实rd w实rd
（uref：参考车速）
（2）车辆减速度： x u （实现减速度：附加加速度感应器）
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图6-3所示为轮胎附着率传感器工作原理
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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
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）
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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。
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 Pb min(左，右 ) 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
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3. 高选控制【 max(左，右 ) Pb左右 】
其机理与低选控制相反，附着系数μ的利用 率较好
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Fra bibliotek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
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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