車輛逆縱向動力學建模分析案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u20642車輛逆縱向動力學建模分析案例概述 187731.1引言 1150801.2車輛逆縱向動力學 1301541.3節(jié)氣門控制模型 2282761.4制動壓力控制模型 485641.5加速與制動控制切換模型 61.1引言為了更好地實現(xiàn)自適應巡航功能，ACC系統(tǒng)下層控制是一個必不可缺少的環(huán)節(jié)。而汽車逆縱向動力學的建模是ACC系統(tǒng)下層控制最為重要的組成部分之一。作為實現(xiàn)車輛ACC系統(tǒng)功能的重要基礎，其逆縱向動力學模型可以反映系統(tǒng)的動態(tài)特性，一般可根據(jù)加速和制動兩種工況條件建立。本章基于車輛逆縱向動力學，對模型進行了建立，分為節(jié)氣門控制模型、制動壓力控制模型、加速與制動控制切換模型。節(jié)氣門控制板塊其設計目的是在根據(jù)加速與制動控制切換邏輯的基礎上，求得預測期望的節(jié)氣門開度。制動壓力控制板塊是根據(jù)汽車行駛需求，求得期望制動壓力，然后動力學系統(tǒng)將以此為控制輸入量，實現(xiàn)對車輛的制動控制。加速與制動控制切換模型版塊是根據(jù)車輛實際行駛過程中的加速與減速，來分析節(jié)氣門開度與制動壓力的關系。其設計要求是能夠分別進行加速與制動控制，使得當車輛需要制動時，能使減速度增大的同時保持駕駛舒適性，當車輛需要加速時，能使加速度增大并且保證燃油經(jīng)濟性等。因此，車輛逆縱向動力學的模型是充分綜合考慮了加速和制動兩個工礦燈的。1.2車輛逆縱向動力學車輛逆縱向動力學模型是進行ACC系統(tǒng)下層控制策略設計的基礎。其中節(jié)氣門開度和制動壓力是影響ACC車輛縱向行駛的兩個主要因素。在ACC系統(tǒng)上層系統(tǒng)中，先根據(jù)前車與本車的相對行駛速度、實際行駛的車間距離、本車加速度等信息計算出期望加速度，然后ACC系統(tǒng)種下層系統(tǒng)基于該期望加速度求得對應的控制量，即節(jié)氣門開度、制動壓力，隨后將二者施加于車輛動力學系統(tǒng)，從而使車輛能夠達到不同的運動狀態(tài)，滿足系統(tǒng)控制要求。通過本車與前車的車速差、距離差計算出期望加速度αdes，輸入到制動壓力控制模型和節(jié)氣門控制模型中，計算轉化為對應的節(jié)氣門開度α和制動壓力P。建立的逆縱向動力學模型結構如圖1.圖1.1車輛逆縱向動力學結構圖1.3節(jié)氣門控制模型首先要基于期望加速度求得相應的發(fā)動機期望扭矩，再利用逆發(fā)動機模型對控制計算所需的期望節(jié)氣門開度。為保證節(jié)氣門開度、逆發(fā)動機模型計算的有效性與實用性，可做出如下假設：不考慮傳動系統(tǒng)及輪胎的彈性變形；忽略汽車旋轉質(zhì)量的換算和風速的影響；假設車輛在平直路面上行駛，忽略道路坡度的影響；假設仿真過程中滾動阻力系數(shù)和空氣密度保持不變。由于車輛在加速工況下運行時沒有制動力作用，因此其運動學方程為：ma式中，ades為期望加速度，F(xiàn)t為發(fā)動機驅(qū)動作用產(chǎn)生的地面作用于車輪的驅(qū)動力，F(xiàn)fFf和FFf=mgfFw=12CDAρv2#根據(jù)目前現(xiàn)有的汽車理論知識，在車輛制動減速行駛的過程中，液壓制動系統(tǒng)會在給定的制動壓力輸入下產(chǎn)生與其相應的摩擦力矩，從而使車輪收到路面產(chǎn)生的制動力，作用到車輪上的制動力通過車橋和懸架傳遞給車架及車身，迫使整個車輛減速行駛。當車輛進行減速且僅需要抬起油門踏板，即切換為節(jié)氣門控制。根據(jù)期望加速度可求得期望發(fā)動扭矩：Tdes式中，Tdes為發(fā)動機扭矩；r為車輪半徑；ωe為發(fā)動機轉速；η為傳動效率；Rg和R利用CarSim中的發(fā)動機脈譜圖的數(shù)據(jù)，可以求得不同發(fā)動機扭矩和不同發(fā)動機轉速下的節(jié)氣門開度值[8]。結合實時發(fā)動機轉速，相應在Simulink中建立一個二維查表模塊，查表得當前節(jié)氣門開度值。在Simulink中建立的節(jié)氣門控制模型如圖1.2所示。圖1.2節(jié)氣門控制模型其期望節(jié)氣門開度的具體Simulink建模如圖1.3所示。圖1.3期望節(jié)氣門開度模塊1.4制動壓力控制模型當車輛需要緊急制動時，即切換至制動控制時，此時需要對期望加速度進行計算得出期望制動力矩，再通過逆制動系模型將得到的制動力矩轉化為液力制動系統(tǒng)的期望制動壓力，以此來實現(xiàn)對車輛的制動控制，減速避免碰撞。制動工況下發(fā)動機無輸出的轉矩，即驅(qū)動力Ftma式中，F(xiàn)b當制動力Fb不大于路面最大制動力時，可以大致認為其制動壓力PFb式中，Kb為制動增益系數(shù)。K根據(jù)制動力與制動壓力之間的關系，可求得制動壓力如下：Pb求取期望制動壓力的逆制動系數(shù)在Simulink中的模型如圖1.4所示。圖1.4制動壓力控制模型求取期望制動壓力的具體逆制動系模型如圖1.5所示。圖1.5期望制動壓力計算模塊1.5加速與制動控制切換模型實際車輛在行駛過程中，加速和制動是分開動作的。當需要制動時，首先應松開加速踏板，達到最小節(jié)氣門開度，利用發(fā)動機倒拖、風阻和滾動阻力等行駛制動。如果車輛在這些阻力作用下仍無法滿足車輛減速的需要，再踩制動踏板，施加制動力，增大車輛減速度?？紤]到駕駛舒適性和車輛相應部件的可靠性，應盡量避免再加速控制與制動控制之間進行頻繁切換。根據(jù)車輛加速與制動系統(tǒng)運行原理可知，為克服發(fā)動機內(nèi)部產(chǎn)生的摩擦阻力與保證車輛在怠速工況下也能正常運轉，節(jié)氣門開度應盡量保持在最小的狀態(tài)。如果需要加速行駛，則應逐漸加大節(jié)氣門開度，使變速器能輸出的扭矩變多，從而來克服行駛過程中的部分空氣阻力與地面的滾動阻力，隨著車速增大，空氣阻力與滾動阻力也逐漸增大，最終于與驅(qū)動力保持相對的平衡，車輛加速度減小逐漸至零達到勻速行駛的狀態(tài)?；谏鲜龇治觯菊撐母鶕?jù)本車車速的速度與最大減速度關系，在CarSim中取該車節(jié)氣門開度為0，可以直接測出不同車速下該車能夠獲得的最大減速度值amax，并繪制出車輛定車速下最大減速度曲線。圖1.圖1.6節(jié)氣門/制動切換模型為了提高車輛的駕乘舒適性和部件