用于自适应巡航控制的汽车纵向动力学模型的建立

比较著名的有 M oskw a 、 H edrick 等的模型, 本 文采用的是简化二状态发动机模型。发动机各参 数如图 2 所示。
图 1 汽车纵向运动受力示意图 F ig . 1 Sketch of veh icle long itud inal force
图 2 发动机参数示意图 F ig . 2 Param e ters of en gine
Abstract : T o realize the a i m o f vehic le adaptive cru ise contro l ( ACC ) , a tw o states m odel o f eng ine w as in troduced on the basis of for m erly deve lo ped veh icle brake syste m m ode,l and g iv ing a sw itch criterion betw een the veh icle driv ing and brak in g , a veh icle long itu dina l dynam ic m ode l w as constructed. T aking santana car as an examp le , a si m u lation program w as com p iled to si m ulate the typ ica l ACC condit io n o f the car . T he si m u lation resu lts show that the suggestedm ode l can rea lize the ACC o f th e car w ith successful sw itch betw een driv ing and brak in g . K ey w ord s : veh icle eng in eerin g ; adaptiv e cru ise contro l( ACC ); lo ng itud in al dyna m ic m ode; l si m ulat io n 究甚少。作者在文献 [ 2]介绍基于 ACC 制动系统
图 5 距离仿真结果 F ig. 5 Simu lation resu lt of distan ce
从图 4 和图 5 可以看出 , 由于实际距离大于
图 3 驱动与制动间的切换标准 F ig . 3 Sw itch cr iterion between driving and b rak ing
期望的安全距离, ACC 车迅速 加速,பைடு நூலகம்以缩 短与前 车的距离 , 加速中 ACC 速度 甚至超过前车 的速
发动机速度可由下式计算 : Je
e
= T n et - T pum p
( 7)
式中: J e 为 发动机转动惯 量; e 为 发动机转 速; T net为发动机产生的扭矩; T pum p为由压力环产生的 泵吸损失 。 发动机二状态模型为 : T net = fn et (m a, ) ( 8)
e
( 2)
0 引
言
模型的基础上, 推导了应用于 ACC 的汽车纵向动 力学模型, 引入发动机二状态模型, 并由此给出了 驱动与制动的 切换标准。最后 , 以 Santana 轿车 参数为基础建立了汽车纵向动力学模型, 并应用 DSC 控制算法对典型 ACC 工况进行了仿真。
汽车自适应巡航控制系统通过控制汽车的发 动机和制动系统来调节自车与前车的安全距离, 使驾驶员从反复地操作油门踏板和制动踏板中解 脱出来 , 享受更加舒适的驾驶乐趣 。为了实现 上述目的, 必须建立适用于 ACC 的汽车纵向动力 学模型。当前对 ACC 的研究多集中于控制算法 的研究 , 而对实现 ACC 控制的汽车动力学模型研
当 a des - a r < h 时, 制动系工作 式中: h 为滞后的大小。
3 制动与驱动的切换标准
从汽 车纵 向动 力学 模型可 以看 出, 一旦 由 ACC 控制算法获得期望的加速度 ades以后 , 就需 要计算发动机扭矩和制动扭矩 , 但发动机和制动 间何时切换需要建立切换标准。考虑到发动机存 在怠速扭矩 , 因此可将发动机输出扭矩分为两部 分 : 怠速扭矩 T ect和普通扭矩 T e。将这两部分代 入汽车纵向动力学方程, 可得: 2 T e - T b = a + rR + rCv - T ect 加速度 , 可得 : ar = 1 (T ect - rR - rC v )
用于自适应巡航控制的汽车纵向 动力学模型的建立
詹 军
( 吉林大学 汽车动态模拟国家重点实验室 , 长春 130022)
摘
要 : 为了实现汽车自适应巡航控制 ( ACC )的目的, 在已有制动系模型的基础上, 引入发动
机二状态模型, 给出了驱动与制动的切换标准 , 建立了汽车纵向动力学模型, 并以 Santana 轿 车参数为例建立了模拟仿真程序 , 对 ACC 典型工况进行了仿真。 仿真结果表明: 模型可实现 ACC 的控制目的 , 驱动与制动可顺利切换。 关键词 : 车辆工程 ; 自适应巡航控制; 纵向动力学模型; 仿真 中图分类号 : U461 . 1 文献标识码: A
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汽车的受力示意图如图 1 所示。在图示条件下, 汽车的力平衡方程为 : F f + F r - F d - m g sin = m a ( 1) 式中: F f、 F r 分别为汽车前后轮的牵引力; F d 为阻 力 ; m 为汽车总质量 ; 为道路坡度 , 为了简化研 究 , 以下部分道路坡度 设为 0 。
为了研究方便 , 根据 ACC 的工况特点 , 对汽 车纵向动力学模型做如下假设 : ①汽车为后轮驱 动 ; ②轮胎相对地面的滑动可忽略; ③从发动机到 后轴的扭矩传递中无相对滑动。 用发动机驱动扭矩和制动系制动扭矩表示的 汽车纵向动力学模型为: T e - T b - M - rF d = 1 2 2 [ J e + R g r (J r + J f + m r ) ] a Rgr 为了简化表达式 , 定义 : 2 J e + R g r (J r + J f + m r ) = 2 Rgr
由于受决定切换条件的信号噪声有限的采样 率、 界面上模型值和实际值间的偏差以及其他因 素的影响, 任何控制系统中的切换面都存在潜在 的滞后。为了消除切换中的 颤振 现象 , 如图 3 中实线所示 , 在切换界面上引入一个小 的滞后。
图 4 速度仿真结果 F ig. 4 Simu lation resu lt of ve locity
收稿日期 : 2005 06 07.
[ 1]
1 汽车纵向动力学模型
ACC 只对汽车的 纵向运动进行 控制, 此 时,
基金项目 : 教育部骨干教师研究基金资助项目 ( GG 580 10183 1995). 作者简介 : 詹军 ( 1973- ), 男 , 副教授 , 博士 . 研究方向 : 车辆动力学及智能控制 . E ma i:l zhan. jun@ asc.l jlu . edu. cn
Setup of vehicle longitudinal dynam ic m odel for adaptive cruise control
Zhan Jun
( S ta teK ey Laboratory of A utomob ile D ynam ic S imulation, J ilin U niver sity, Chang chun 130022, China)
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度 , 然后能很好地收敛于前车的速度 , 当前车速度 改变后 , ACC 车能随着前车 的速度变化而变 化, 且速度相应较快 ; 实际距离能收敛于期望距离 , 当 前车速度发生变化后 , 期望距离也相应发生变化, 实际距离也跟随发生变化 , 最后收敛于期望距离。 加速度仿真结果见图 6 , 节 气门开度仿真结 果见图 7, 制动压力仿真结果见图 8 。
2 [ 5]
( 15 )
定义残余加速度为 a r, 它是 T e = T b = 0 时的
因此, 当期望的加速度 ad es大于残余加速度 a r 时, 需要发动机产生扭矩来加速汽车 , 此时发动机工 作 ; 相反, 当 ad es小于 a r 时, 需要制动系产生制动 扭矩来减速汽车, 此时制动系工作。切换标准可 表达为 : 当 ades a r 时, 发动机工作 当 ades < a r 时, 制动系工作 ( 17 )
第 36卷
第 2期
吉林大学学报 ( 工学版 )
Journa l o f Jilin U niversity ( Eng inee ring and T echno logy Ed ition)
V o. l 36 N o . 2 M ar . 2006
2006年 3 月
文章编号 : 1671- 5497( 2006) 02- 0157- 04
流出进气歧管的气体质量 m a, out也由 M ap 图决定。 此外, 假设歧管中的气体为理想气体 , 则歧管中的 压力可由下式转换: p m Vm = m aRTm 则扭矩的方程可写为 : T net = f net (p m, ) ( 13 ) ( 14 )
2 发动机模型
许多学者都对发动机模型进行了研究, 其中
式中: m a, ou t已用 m a 代替, 假设没有延迟并在理想 气体情况下 , 二者的关系为 : m a, out = fm a (m a,
a
)
( 9) ( 10 )
( 3)
m a 可由气体连续性方程给出 : m a = m a, 角度 决定 : m a,