汽車牽引力控制系統(tǒng)（TCS）控制策略仿真

李春　吳彤

一、牽引力控制系統(tǒng)應(yīng)用說明

由于電動(dòng)方程式賽車在起步、加速的過程中以及在濕滑路面行駛時(shí)會(huì)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪過度滑轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，所以加入牽引力控制系統(tǒng)防止驅(qū)動(dòng)輪過度滑轉(zhuǎn)使賽車的加速性能得到提升。EPANDA-17賽車上裝有四個(gè)輪速傳感器、三軸加速度傳感器、制動(dòng)行程傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器、CAN通訊模塊，系統(tǒng)可以通過傳感器以及電機(jī)控制器獲取所需的信號(hào)。程序首先對(duì)賽車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測，判斷是否達(dá)到運(yùn)行牽引力控制系統(tǒng)的條件，達(dá)到條件時(shí)，根據(jù)輪速信號(hào)計(jì)算得出滑轉(zhuǎn)率，再由數(shù)字PID計(jì)算得出調(diào)整轉(zhuǎn)矩值，與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩比較處理后，得出最佳輸出轉(zhuǎn)矩，并通過CAN總線以報(bào)文的形式將轉(zhuǎn)矩信號(hào)發(fā)送給電機(jī)控制器，實(shí)現(xiàn)牽引力控制系統(tǒng)對(duì)賽車的實(shí)時(shí)控制。

二、牽引力控制系統(tǒng)仿真

模型功能介紹

EPANDA-17賽車上使用的單電機(jī)，采用的轉(zhuǎn)矩控制模式；本模型主要用于直線行駛、沒有制動(dòng)的情況下，結(jié)合賽車的實(shí)際情況，主要通過使用練車時(shí)傳感去采集的數(shù)據(jù)，通過輪速濾波、滑轉(zhuǎn)率計(jì)算、PID運(yùn)算、目標(biāo)轉(zhuǎn)矩計(jì)算等模塊，得出賽車在PID系數(shù)一定時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行比較，最終實(shí)時(shí)輸出最佳的電機(jī)轉(zhuǎn)矩。根據(jù)scope中目標(biāo)輸出轉(zhuǎn)矩曲線，調(diào)整PID的系數(shù)，使得牽引力控制系統(tǒng)的效果更佳。

三、模型模塊介紹

1.模型輸入模塊

本次仿真所需要的信號(hào)主要有兩種輸入方式。第一種：加速踏板輸入信號(hào)（Acc_pedal）、四個(gè)車輪的輪速（RPM_lf，RPM_rf，RPM_lr，RPM_rr）、電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速（RPM）、賽車加速度（ACCELx）等，信號(hào)的輸入主要采用MATLAB導(dǎo)人練車時(shí)傳感器采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過數(shù)組矩陣的形式將數(shù)據(jù)輸入，并且將第一行的空白數(shù)據(jù)刪除。第二種：整車裝備質(zhì)量、傳動(dòng)比、車輪半徑、風(fēng)阻系數(shù)、目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率、最大轉(zhuǎn)矩、滾動(dòng)阻力以及PID系數(shù)，信號(hào)通過m函數(shù)的形式運(yùn)行輸入到MATLAB工作區(qū)。

2、車速計(jì)算模塊

通過實(shí)時(shí)輸入的前輪輪速、車輪半徑，通過采集程序?qū)喫俚闹颠M(jìn)行濾波篩選，并計(jì)算得出賽車運(yùn)行各個(gè)時(shí)刻的車速。

3、驅(qū)動(dòng)輪輪速計(jì)算模塊

通過實(shí)時(shí)輸入的后輪輪速、車輪半徑、電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速，通過采集程序?qū)喫俚闹颠M(jìn)行濾波篩選，并計(jì)算得出賽車運(yùn)行各個(gè)時(shí)刻的驅(qū)動(dòng)速度。

4、滑轉(zhuǎn)率計(jì)算

通過采集的前后輪速，由滑轉(zhuǎn)率計(jì)算公式計(jì)算得出當(dāng)前賽車的滑轉(zhuǎn)率。

5、輸出轉(zhuǎn)矩模塊

通過前面計(jì)算得出的車速、驅(qū)動(dòng)輪速度、滑轉(zhuǎn)率，與目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率進(jìn)行比較，使用PID模塊，結(jié)合輸入的加速踏板信號(hào)，計(jì)算得出輸出轉(zhuǎn)矩。

2.目標(biāo)轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊

通過前面輸入的加速度信號(hào)、輸入的滾動(dòng)阻力、以及計(jì)算得出的車速信號(hào)、傳動(dòng)比、車輪半徑等信息，通過MATLAB function模塊計(jì)算得出賽車需要的轉(zhuǎn)矩大小。仿真結(jié)果

（作者單位：四川省成都市西華大學(xué)西華學(xué)院）