汽车系统动力学第2版喻凡基本课件第6章节纵向动力学控制系统.ppt

第三节 车辆稳定性控制系统 一 概述 图6-11　极限工况下VSC的控制效果 a) 抑制前轮侧滑　b) 抑制后轮侧滑 第三节 车辆稳定性控制系统 二 系统组成和工作原理 车辆稳定性控制系统主要由ABS、TCS、三个子系统组成,如图6-12所示。其中,ABS和TCS分别在制动和加速时工作,直接控制车轮的纵向滑动率,提高车辆的制动或驱动性能,同时间接控制车辆的侧向稳定性;YSC在车辆行驶的任何时刻都起作用,它直接控制车辆的侧向稳定性。 最初的VSC系统以ABS和TCS为主,主要依赖轮速传感器提供车辆的状态信号,仅能控制各车轮纵向滑动率,来实现间接对车辆的横摆控制。近年来VSC系统又增加了转向盘转角传感器,可以确定驾驶人期望的行车路线,ECU将其与车辆实际位置状态比较后,发出指令调节各轮的驱动力或制动压力,以提高车辆在转向过程中的操纵稳定性。 第三节 车辆稳定性控制系统 图6-12　车辆稳定性控制系统的组成 二 系统组成和工作原理 第三节 车辆稳定性控制系统 二 系统组成和工作原理 丰田公司最近研制的VSC系统如图6-13所示,其中采用了许多传感器用于测量横摆角速度、侧向加速度、转向盘转角和制动回路压力等信号,以便更准确地描述车辆的动态工况,同时可采用更复杂的控制算法和控制逻辑对车辆进行综合控制。 第三节 车辆稳定性控制系统 图6-13　丰田轿车的VSC系统 二 系统组成和工作原理 第三节 车辆稳定性控制系统 二 系统组成和工作原理 2.基本原理 由图6-11可见,由于制动或转向等因素,汽车会发生驶出行驶轨道或激转等危险工况。采用VSC系统的主要控制目标就是通过施加一个横摆力矩Mz,来减小或消除车辆行驶方向的偏差,在保证驾驶人希望的行驶轨迹的同时,保证车辆的行驶稳定性。 结合图6-13,VSC的工作原理说明如下:由于车辆的行驶状态主要由行驶车速、侧向速度和横摆角速度来反映,因而,VSC系统的ECU能根据转向盘转角和制动主缸压力等信号判断驾驶人的驾驶意图,计算出理想的车辆运行状态参数值,通过与各传感器测得的实际车辆状态信号值比较,根据控制逻辑算法计算出期望的横摆力矩,然后通过控制液压调节制动系统,对各车轮施加制动力,以实现所需的车辆横摆力矩。 第三节 车辆稳定性控制系统 三 控制方式 1.控制制动系统压力 (1) 仅控制单个车轮的制动压力　过度转向控制是通过对外侧前轮施加制动力来实现的。 (2) 控制两个对角车轮的制动压力　实现过度转向控制时,在对外前轮增加一定制动力变化量的同时,对内后轮减少相应的制动力变化量。 ? 2.发动机控制 发动机控制是根据与车辆稳定性要求相应的车轮驱动力,计算出所需的发动机输出转矩,并将此指令送给发动机ECU,使发动机输出转矩调整至所需值。 第三节 车辆稳定性控制系统 四 VSC系统实例 丰田公司采用的VSC系统主要由以下各部件构成,如图6-14所示。 (1) 传统制动系统　真空助力器、制动管路和制动器。 (2) 传感器　四个轮速传感器、转向盘转角传感器、侧向加速度传感器、横摆角速度传感器、制动主缸压力传感器。 (3) 其他　液压调节器、车辆稳定控制电控单元(ECU)。 下面以丰田皇冠轿车为例,分析其VSC系统采用不同控制方式的控制效果。 1.横摆力矩及制动力控制 在极限工况下,对每个车轮都进行制动力主动控制,以利用左右车轮制动力之差形成横摆力矩,记为Mz,同时还可利用制动力之和控制车辆纵向减速度。 第三节 车辆稳定性控制系统 四 VSC系统实例 图6-14　丰田公司采用的VSC系统布置图 第三节 车辆稳定性控制系统 四 VSC系统实例 图6-15　横摆力矩或纵向制动力对汽车稳定性的影响 第三节 车辆稳定性控制系统 四 VSC系统实例 图6-15反映了转向盘转向角为正弦输入时,当车辆受到向外侧的横摆力矩Mz或纵向 制动力Fx时,车辆质心处的最大侧偏角β变化的情况。其中正弦输入的幅值为0.18rad, 频率为0.6Hz,Mz或Fx是在输入后的1.5s开始起作用。由图中所示的试验结果可见,施加的横摆力矩Mz可显著减少车辆最大侧偏角β,而施加的纵向制动力Fx则无影响。这是因为,当Fx作用时,车辆前、后轴垂向载荷转移引起车辆的过多转向趋势,这带来的负面影响大于其降低车速带来的正面影响。 第三节 车辆稳定性控制系统 四 VSC系统实例 图6-16　横摆力矩或纵向制动力对路径跟踪能力的影响 第三节 车辆稳定性控制系统 四 VSC系统实例 图6-16反映了在前轮转向角δf为斜阶跃输入条件下,当施加横摆力矩Mz或纵向制动力Fx于车辆时,车辆质心的最大侧偏角β和转弯半径R的变化情况。1s后,斜阶跃输入δf的最大值为0.25rad,此时横摆力矩或纵向力开始作用于车辆上。由图可知,施加于车辆的外力矩M