摘 要

大学生方程式赛车在低附着的路面上行驶过程中，如果驱动轮上的驱动力矩过大，容易出现驱动轮过度滑转的状况，从而导致驱动轮的附着力降低，进一步会影响到汽车动力性和操纵稳定性。赛车在行驶过程中,牵引力控制系统通过有效的控制驱动车轮的滑转率，增加了驱动轮对行驶路面的附着力，同时也可以提高车辆的动力性以及改善车辆的操纵稳定性。

本文的主要任务是设计了大学生方程式赛车的牵引力控制系统，并对该系统进行仿真研究。首先基于PID算法分别设计了赛车牵引力驱动控制器，并采用Matlab/Simulink软件完成算法的模块搭建工作。然后通过使用Carsim软件，搭建方程式赛车的仿真模型，在Simulink环境下，把驱动控制器与赛车的仿真模型进行联调。最后对赛车仿真模型在均一低附着路面使用驱动控制器进行仿真，分析了驱动轮滑转率。

结果表明，采用汽车牵引力控制系统能够使驱动轮的滑转率控制在期望的目标滑转率附近，能够抑制驱动轮的过度滑转，充分利用地面的附着条件，提高了汽车的动力性和操纵稳定性，验证了所建模型及使用的控制方法的正确性与合理性。

关键词：牵引力控制系统; 滑移率; PID控制; 仿真

Abstract

College student formula ，one is on the road of low adhesion process, if the drive torque is too large on the drive wheels, prone to excessive spin of the drive wheel, which leads to reduced driving wheel adhesion, further affecting automotive power and handling stability. In the car while driving, traction control systems through effective control and drive wheel slip rate, increase the adhesion of the driving wheels on pavement, but also can increase power and improve vehicle handling and stability of vehicles.

This article's main task is to design the College formula one racing traction control system and simulation of the system. First racing traction drive control based on PID algorithm design and modules built with MATLAB/Simulink software algorithm. Then use Carsim software built formula one racing simulation model in the Simulink environment, controllers and drive racing simulation model for debugging. Finally, the racing simulation model in homogeneous low adhesion road simulation using a drive controller and drive slip ratio were analyzed.

Results showed that the vehicle traction control system can make the drive wheel slip control near the expected target slip ratio can suppress excessive spin of the wheel, making full use of the ground conditions, improves the power and handling stability of automobile, verify the model and control method of correctness and reasonableness.

Key Words: Traction control system; Slip rate; PID control; Simulation

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 TCS系统简介 1

1.1.2 TCS的基本原理 2

1.1.3 TCS研究的意义 3

1.2国内研究需要解决问题 4

1.3大学生方程式赛车的介绍................................................................................................4

1.4赛车传动系统 4

1.4.1传动系统的组成.....................................................................................................5

1.4.2传动系统功能实现.................................................................................................5

1.4.3传动系统的特点.....................................................................................................5

1.5本文研究的主要内容 5

1.6本章小结 6

第2章 赛车牵引力控制策略及TCS算法模块搭建 6

2.1赛车牵引力控制策略以及控制目标................................................................................6

2.2 PID控制算法 7

2.3节气门PI控制器模块搭建 8

2.4本章小结 9

第3章 赛车仿真总体模型搭建 9

3.1 Carsim软件简介 9

3.2建立赛车仿真模型 10

3.2.1车辆参数设置 10

3.2.2仿真工况的设置 11

3.3联合仿真总体模型搭建 12

3.3.1设置simulink接口 12

3.3.2 搭建仿真总体模型以及调整控制算法参数 13

3.4本章小结 13

第4章 赛车的牵引力控制系统的仿真分析 14

4.1 对低附着均一路面直线驱动仿真分析 14

4.1.1无TCS对低附着均一路面直线驱动仿真分析 14

4.1.2有TCS对低附着均一路面直线驱动仿真分析 15

4.2本章小结 16

第5章 全文总结 16

参考文献 18

致谢 19

1. 绪论

汽车牵引力控制系统，缩写为TCS，保证车辆在起步阶段、加速阶段、爬坡阶段驱动轮正常滑转，从而获得最大的牵引力和最佳的操纵稳定性，对于改善车辆的操纵性、稳定性、牵引性、舒适性和安全性等具有十分重要的意义。

1.1 TCS系统简介

1.1.1 TCS的发展历史及研究现状

随着汽车行业不断的发展，电子技术不断的更新，人们关注的重点逐渐放在了汽车主动安全技术方面。牵引力控制是国际上一种新型的主动安全控制技术。它能够提高车辆加速、爬坡等性能，使得汽车在低附着系数的路面上能够顺利的起步与行驶，同时它还能提高车辆的行驶稳定性和转向操纵性能。

1972年日本第一次采用了汽车驱动防滑控制装置。1978年，德国登记的汽车驱动防滑控制的装置是通过减少汽车的气缸中的汽油的方法。同年,美国注册了在驱动轮上施加制动力矩的控制方式的汽车驱动防滑控制装置。1981年,日本又登记了以调节离合器接合程度的控制手段来限制汽车驱动轮过度滑转的专利。随着驱动防滑控制系统的不断进步，VOLVO汽车公司突破常规，首个把驱动防滑控制系统应用在实车上。1985年,VOLVO汽车公司将ETC系统安装在汽车上,,使汽车产生最佳的驱动力。1986年,美国GM汽车公司在其旗下的轿车上安装了牵引力控制系统。1986年9月,在货车上的驱动防滑控制系统，是由Benz公司与WABCO公司合作完成的;12月,BOSCH公司在Mercedes S级轿车上产生创新，首次联合应用制动防抱死控制技术与驱动防滑控制技术。1987年,BOSCH公司开始大批量生产两种不同形式的汽车驱动防滑控制系统,一种是可保证方向稳定性的完全通过发动机输出扭矩控制的ABS/ASR,另一种是既可保证方向稳定性,又可改善牵引性的驱动轮制动力调节与发动机输出扭矩综合控制的ABS/ASR。同年9月,日本公司TOYOTA在其旗下的轿车上安装了TCS系统。后来TOYOTA公司又在其他轿车上发展了这一高新技术。1989年,德国AUDI公司前置前驱动的轿车上开始使用驱动防滑控制系统,这是世界上首次在前置前驱动轿车上首次使用驱动防滑装置。此后，随着TCS技术的不断发展并日渐成熟化，在上世纪90年代后，在汽车上得到了迅速普及。时至今日，牵引力控制系统已发展成为电子控制系统。