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不均匀的低摩擦路况下，新型模糊逻辑牵引控制系统的算法
牵引力控制系统 (TCS) 可能会阻止过度打滑的驱动轮，提高车辆的驾驶性能和方向稳定性。但是，如果在不均匀的低摩擦驱动路，汽车车身经常会振动严重，导致驱动轮的剧烈波动，然后可能会大大降低车辆的舒适性。可很难去除传统的驱动防滑控制逻辑的 TCS。在本文中，一种新型的模糊逻辑控制器已提出，驱动轮的振动信号通过一种新的控制变量，然后发动机扭矩并主动制动压力可以协调重新调整。除了传统的 TCS 的基本逻辑。在所设计的控制器中，可调节发动机扭矩和压力补偿回路，约束车辆激烈振动。因此，单轮驱动和振动程度可能调整同步有效，其仿真结果与实车试验的结果验证了该算法是有效和适用于复杂的低摩擦路面。
关键词: 车辆牵引力控制系统 驱动轮振动 模糊逻辑 主动制动压力控制 路面摩擦识别
1 介绍
在牵引力控制系统 (TCS)控制下，发动机的扭矩和主动制动压力可以进行调整，以使驱动车轮的滑移率保持在所需的范围。因此，可以取得合理的加速能力和稳定的性能。但在一个不均匀时低摩擦道路 (特别是雪地)，TCS 的传统控制策略可能会失去其效力和驱动轮的驱动效果，可能会导致快速的加速度， 甚至诱发车辆猛烈地震动。驾驶的舒适性可以减弱车轮转速的振动，且在不平的低摩擦路面上，由于路面摩擦系数的瞬态变化，是造成此问题的关键因素。当前提出了很多研究方法，以解决在不平的道路上的车辆振动。一个流行的方法是部署主动悬架吸收过度的冲击通过不平的路面。另一种方法是探讨车辆的纵向和横向运动之间的关系。显然，轮胎与路面之间瞬间变化的合同特征对纵向驱动力的轮子有着直接的影响。因此，Msirdi 等人试图建立一种动力学模型来估计这些车辆在粗糙路面上行驶的驱动力。Gipser 等人讨论了导致道路的动态变化在横向和纵向方向与环轮胎不匀模型。此外，克伦茨分析传动系统的瞬态响应转矩时请快速的加速。同时，Farshidianfar 等人采用了传递矩阵的方法，来分析纵向摇晃和来回移动的车辆。车辆振动在驾驶的过程是一个复杂的问题，与许多因素有关，如传动振动，轮胎平面在路面摩擦变化，垂直的路面不平度和路面波动的固有频率的影响。由于曲轴和轮轴，发动机转速之间的刚性连接也振荡后驱动轮的速度，可能导致不稳定的输出发动机的扭矩。相反，可能会进一步推动车轮速度振荡。这些现象也见于甚至控制商业的 TCS 驱动过程的影响。一些文献提出了新的控制算法的 TCS 的复杂的路况。滑模变结构战略和比例-积分-微分 (PID) 再加上模糊逻辑方法，补偿摩擦系数变化。新的混合模型和模型预测控制策略被博雷利等所使用，以减少控制时出错。模糊逻辑控制器是一种在处理系统非线性时被提出，采用了基于触觉的方法获得的油门踏板、力反馈，使应用正确的光滑的表面上的牵引力控制油门的驱动程序。 但如上文所述的方法没有提供针对上述问题系统的解决方案，TCS应该被改进来抑制车辆在加速的过程中的振动。
2 车辆模型和轮胎模型
2.1 车辆模型
一辆7DOF 汽车模型，包括纵向和横向速度 (vx，vy)，车轮转速 (omega;fl、 omega;fr、omega;rl、 omega;rr) 和横摆角速度 (phi;)，被通过了。因此，瞬变可以考虑在每个车轮的轮胎 — —路面摩擦力的变化。计划和模型的侧面视图所示于图(a) 和(b)。在图（a）中，车辆质量是由 m，表示和偏航转动惯量。纵向和在每个车轮的侧向力表明作为Fxij和 Fyij，分别在 ij 下标代表 fl (前面和左)、 fr (前，右)，rl (后方和左) 和 rr (后方和右侧)。是从前轴到重力 (CG)，该中心的距离 b 是从后方的距离对 CG 的轴。L 是轴距和 w 是左右车轮间距。半径和每个车轮转动惯量由 R 和 Iw 分别代表。
车辆模型的计划视图
车辆模型的侧面视图
纵向和横向运动介绍如下:
偏航运动提出了如下:
竖向荷载的四个轮子介绍如下:
其中hg是 CG车辆的高度 ˙ϕ 是车辆的横摆角速度、 Fzfl、 Fzfr、 Fzrl、 Fzrr。在竖向荷载，g 是重力加速度，m 是车辆质量，L 是前轴和后轴距离，a是从重力中心到前轴之间的距离，b 是距离从重力中心到后轴的距离和 w 是轴距。
2.2 轮胎模型
轮胎模型通过以轮胎的纵向力计算和外侧方向的计算，可能是高度仿真的精确数学模型。该模型可以如下表示:
在lambda;是轮胎滑移率，alpha;是轮胎滑移角、Dx和Dy是峰值因子，CxCy是形状因子，Bx刚度系数和Ex、Ey曲率因素。这些参数如下所示:
Fzij为每个车轮在竖向的荷载和bn 是为各种轮胎不同的参数。在表 1中给出的用于测试车辆的轮胎参数。
表1 轮胎参数
3 估计的关键变量
在传统的牵引控制逻辑中，可能有主动、制动压力干预两种不同的控制策略。一旦在均匀的湿滑路面上行驶，两个驾驶轮子可能同时打滑和他们速度差异可能很小。发动机转矩控制成为主要的调整与主动制动控制作为补偿。主动制动控制的目的是保持两个驾驶的速度几乎相同。一次在拆分摩擦道路上行驶，两个驱动轮速度的差异可能会变得很大或只有一个驱动轮打滑。因此，主动制动压力也应该应用于提高车轮轮胎-路面摩擦驱动轮的高摩擦一边的使用率。同时，发动机的扭矩应该进行协调，以保持实际滑移速度提高到接近目标之一。因此，拆分摩擦道路的识别逻辑是一个关键的循环，用于向控制器正确切换不同的控制策略。同时，当车辆在低摩擦路面上行驶时，驱动轮的振动可能会直接影响车辆振动不平，驱动轮的振动程度影响控制器中振动的程度。
3.1 识别逻辑路摩擦特性
有的道路摩擦，已经提出了许多识别车辆动力学控制方法。考虑到成本和计算能力的控制器，可能使用 mu;-滑移曲线估计道路摩擦系数。通过道路摩擦识别过程中的相关的变量可能是估计由 TCS 或电子稳定控制系统的控制器。
在这里，可能会在使用利用摩擦额外的简单估算方法车辆 TCS 控制器减少了计算时间，并提高识别的速度。所利用的摩擦是部分道路摩擦产生的纵向力。从车辆动力学方程，我们有：
Fxfl和 Fxfr纵向力的驱动轮，Tdfl和Tdfr是驾驶转矩驱动车轮，Tbfl和 Tbfr的驱动轮制动力矩，xi;fl和xi;fr是轮旋转的加速度，Iw 是车辆转动惯量，omega;tfl和omega;tfr 是驱动轮旋转速度，在时间 t minus; 3tau;时omega;tminus;3fl和 omega;tminus;3fr 驱动轮旋转速度，tau; 是计算周期。Tdfl 和 Tdfr 都是平等的一半的差速器上，由于真正的发动机扭矩和可能通过发动机管理系统 (EMS)。Tbfl 和 Tbfr 是制动扭矩，其中可能被推论与主动制动压力的估计值。
因此，左、 右驱动轮的利用的摩擦都表示，如下所示：
vfj代表的驱动轮的速度，在 j 下标代表 l 和 r，而分别指左 (l) 和右 (r)。利用的摩擦和滑动速率的两个驱动轮之间的区别是用于标识道路摩擦特性。这两个国家的绝对值表示，如下所示:
(a) 拆分摩擦道路识别与 mu;-滑移曲线
(b) 利用的摩擦系数与道路之间的关系摩擦系数
mu;threshold 和lambda;threshold 是整车试验标定值。它是一个拆分当旗子是 1 路。如果标志为0，当前的道路上是统一的湿滑的道路。利用的摩擦因数与路面摩擦系数之间的关系可以通过在图(b)mu;滑移曲线解释。Mu; 0 是路面磨擦系数，和lambda;0 是同时运行在mu;0 的车轮的滑移率。Mu;t是利用摩擦阻力系数和lambda;t是相对于mu;t 的驱动轮的滑转率。当 lambda;t是等于或略大于lambda;0时，mu;t是约等于mu;0。
4 改造的TCS 控制器
4.1 改造的 TCS 控制器的结构
改造的 TCS 控制器显示在图 5 中，其中包括一个基本的引擎转矩控制器，发动机的扭矩和模糊逻辑控制器制动器振动调整和主动制动 PID 控制器。TB、 TFLC 和 TPID能计算出在基本发动机转矩。TB是扭矩基础，由从 EMS 发动机输出扭矩计算，当驱动轮的滑移速度超过目标滑移速度的门槛。TPID 是输出发动机的 PID 控制器，其中输入目标之间的区别是扭矩的滑动速度 (驱动轮转速与车速之间差异的总和) 和实际的滑移速度。TFLC 是扭矩从各种驱动防滑模糊逻辑控制器涉及的情况下，道路摩擦的突然变化。因此，发动机的扭矩输出控制器的可能被表达如下:
Ttar是目标扭矩，这是最后预期的引擎输出所需的扭矩，也是发动机的转矩控制器。Tc 是模糊逻辑控制器，使车辆在不平的低摩擦路面严重振动时改变扭矩。改变转矩控制器可能会在以下各节中详细讨论。目标制动压力的计算如下:
Ptar是目标制动压力，这是由制动预期所需的压力，控制器中的主动制动干预， PPID是通过一种 PID 控制器来计算压力，Pc 是在不平低摩擦路面车辆巨大的振动，通过模糊逻辑控制器改变压力。
4.2 主动制动压力的 PID 控制器
低摩擦路面可能列为均匀的路面很滑，所以应采取的方法是统一滑路主动制动，表达如下:
其中 PPID(t) 是控制的制动压力，降低驾驶车辆两边车轮的滑移率，kp 是比例增益、 KI是积分增益和 kd 是导数增益。e(t)是误差，可能表示如下:
其中 vxdt是驱动轮目标速度的差异。根据控制算法，vxdt可能会设置为零。vxd 是驱动轮，可能的实际差异表示如下所示:
当 vxd 是制动压力施加于左的驱动轮;否则，它就是在正确的驱动轮上的应用。
4.3 模糊逻辑控制器的校正方法
发动机的扭矩和主动制动的改变值与计算，采用模糊逻辑控制器中并受欢迎的 Mamdani 方法。模糊逻辑控制器的输入是振动程度ε和差分值振动程度 ˙ε。模糊逻辑控制器的输出是Tc的梯度和Pc (△Tc 和△ Pc)，这通过积分模块集成为 Tc 和 Pc。kε和 k˙ε是量化因素利用成模糊域更改的输入域。kT 和kP规模因素到实际域改变模糊领域的产出。circ;ε andcirc;˙ε 的值ε和˙ε通过量化因素转换。circ;Tc 和 circ;Pc 是 Tc 的价值与 pc 机通过规模因素转换之前。tilde;εandtilde;˙ε 是 circ;ε andcirc;˙ε 的模糊值。△tilde;Tc、△tilde;Pc是circ;Tc 和 circ;Pc 的模糊值。
5 结果和讨论
5.1 说明
为了验证控制策略，进行了模拟和实车试验。使用长安reg;车辆。半实物仿真平台是由六个组成部分，包括上位机、 下位机、 传感器，TCS ECU、 执行器、 和其他辅助设备，如电源供应器，方向盘车轮、 制动踏板、 真空助力器，等等。用 C 代码写的控制策略和下载到 ECU，研制基于单片机的 16位芯片要实现实时控制。上位机用于设置车辆参数和仿真测试环境。下位机被用于运行实时车辆在 ECU 仿真测试条件和交流信号的模型。致动器里有HCU，制动主缸制动轮缸和制动管。压力传感器的应用以获得实际的压力响应的 HCU。车辆模型，包含发动机动力学模型、 传输动力学模型、 转向动力学模型在安装中的 CarSim软件建立了悬架动力学模型，等等。
在不均匀的低摩擦、 雪地路上进行了实车试验。ECU 是一个安装在半实物仿真中相同平台。压力传感器用于获取的制动轮缸压力信号。所有的信号，如压力信号、 轮速信号、 横向加速度信号，所以被传送到 CAN 总线，然后被 USB-CAN设备接收。
传统的 TCS 控制器和改造的TCS控制器之间的比较，以下各节介绍了低摩擦道路。该车辆迅速在100%由雪覆盖的路上开始从静态状态加速。转向角度输入仍然是零，变速箱保持第一齿轮，虽然整个过程。TCS 控制器时处于活动状态，目标发动机扭矩(Ttar)设置在250毫微米。
图一 传统 TCS包装的雪道仿真结果
5.2 仿真结果
在模拟中，道路摩擦系数是 0.25 和 0.35之间的变量。性能传统的 TCS 控制器和仿真研究中的一个改变值之间的比较，不均匀的低摩擦道路图一和图二所示。Ta 是实际力矩，是从车辆的 EMS。Pafl和Pafr代表两个驱动轮的实际压力(lsquo;a的下标表示实际，lsquo;fl表示前面和左面，而lsquo;fr表示前面和右面)。
如图一(a)和（b）所示，两个驱动轮的速度波动和振动程度开始时长约 1.5 s。然而，传统
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