基于模糊PID和PWM调制的牵引力控制算法.doc

基于模糊PID和PWM调制的牵引力控制算法 晁立波 ，褚亮， 欧洋，,陆文博 汽车动态模拟国家重点实验室 吉林大学 中国长春 Chaolibo(S 摘要—本文中提出了基于模糊PID和基于PWM的泵升的调制的牵引力控制算法，目的制动压力需要运用在靶轮转速和实际轮转速之间的差异产生的模糊PID控制器决定的驱动轮上，由液压控制单元的液压泵的PWM控制实现。控制算法验证了基于硬件半实物（HIL）的试验台，它是基于MATLAB 的xPC 目标产品的试验台，测试结果表明，该算法能有效的控制驱动轮自转。 关键词：牵引力控制系统;油压控制;模糊PID 1引言 TCS（牵引力控制系统）可以保证稳定和在加速时最佳的牵引力，特别是在不对称的路面，在转 弯时通过控制驱动轮的滑移率达到目标的滑移率，这是典型的在路面附着系数达到最大的比率，在最近的几年，TCS的研究大多侧重于应用现代控制理论，TCS电子车辆和混合动力汽车。这是一个众所周知的事实，汽车控制系统利用硬件半实物（HIL）开发是一个非常成熟技术。有几个供应商提供的工具像dSPACE，ETAS和IPG，和大量的成功的应用。除了减少物理试验系统依赖，HIL系统也有其他优点：试验高度的可重复性和试验环境变量的完美控制。在过去的二十年中许多汽车和商用汽车生产商增加虚拟测试或对他们的知识库工具的电子控制系统的硬件半实物 (HIL)测试。 在本文中提出了基于模糊PID牵引控制算法，并且引进了一个用于验证算法的测试台的硬件半实物（HIL）。该测试平台它是基于MATLAB的xPC的目标产品，并且其成本低，效率高。试验台的硬件和软件的描述和详细的控制算法，测试结果列在本文的最后一部分。 Ⅱ半实物结构仿真系统 半实物测验平台有两个部分：硬件部分和软件部分 A 试验台结构 该试验台的硬件部分是基于xPC的MATLAB的目标产品，它包括一个桌面计算机作为主机，工业控制计算机作为目标PC，驱动电路以驱动电动机和液压控制单元（HCU）的电磁阀和电子油门中的步进电机，电子油门，4个压力传感器，HCU和车辆的液压制动套装系统。 图1 牵引力控制系统半实物试验台 在模拟过程中，在MATLAB，Simulink中建立车辆模型与控制算法，Stateflow软件转换为使用主机的可执行代码主机带有实时车间，实时车间嵌入式编码器，Stateflow编码器软件，和C编译器。主机PC和目标PC通过TCP/ IP协议正在通信。工业控制计算机的两个板中的目的是进行数据采集和PWM生成，PCL812PG和PCI6602分别由研华和美国国家仪器公司生产的。在PCL812PG用于采集来自压力传感器的模拟信号。PCI6602被用来生成的PWM信号来控制电动机和HCU中的电磁阀和电子油门中的步进电机，因为它不能提供足够的动力，引进了专用驱动电路。为了控制四个制动缸制动压力，并建立制动活跃的压力，使用了BOSCH ESP8.0的HCU。四个压力传感器安装在每个之间的每个制动缸附近制动器和HCU用于记录在制动压力。 图2 半实物控制平台的原理框图 B.车辆动态建模 为了验证算法被开发了的牵引力控制系统，车辆模型MATLAB/ Simulink环境下构建的。车辆坐标系是车辆的固定右手正交轴系。该系统包括七个自由度的动力学模型描述的车辆和车轮的运动。 III．模糊PID控制器牵引力控制 牵引控制系统主要控制发动机的输出转矩和驱动轮的制动力矩，以防止驱动轮旋转。该系统的目的是控制从动轮向本区域的滑移率，其中轮胎与路面之间的摩擦系数是在其最佳。这可以提高加速性能和车辆驾驶在湿滑路面的横向稳定性。 图三 牵引滑移控制器结构 已开发的模糊PID牵引控制算法的结构示于图（三）。作为打滑比在该轮胎与路面之间的摩擦系数是在其最佳与路面的附着系数和车速等改变。TCS控制的第一件事就是要计算目标的速度。目标速度包括从驱动轮的目标速度和驱动轴的目标速度。驱动轴的目标速度是用来控制发动机的驱动扭矩。 目标车轮速度可通过车辆参考速度和目标打滑比计算，驱动轴的目标速度可以通过驱动轮的平均速度来计算。如上所述，目标滑移率与路面附着系数而变化，所以它对确定目标滑移率作为两个因素函数是有利的，以如下面的等式给出： （11） （12） (13) 其中：是驱动轮的目标速度；为参考车速；是驱动轮的目标滑移率； 焦油是驱动轴的目标速度；和是在车辆的左侧和右侧驱动轮的目标速度。 图4 模糊控制器的结构 计算目标速度之后，模糊PID控制器用来控制发动机油门和驱动车轮的制动力。目标和实际速度驱动轴驱动轴转速之间的差被输入到模糊PID发动机油门控制器。其中实际驱动轴转速是实际驱动轮速度的平均值，目标驱动轴速度和各驱动轮的实际速度之间的偏差被传送到模糊PID制动控制器，如图（