汽車牽引力控制系統（TCS）控制策略仿真

李春　吳彤

一、牽引力控制系統應用說明

由于電動方程式賽車在起步、加速的過程中以及在濕滑路面行駛時會出現驅動輪過度滑轉的現象，所以加入牽引力控制系統防止驅動輪過度滑轉使賽車的加速性能得到提升。EPANDA-17賽車上裝有四個輪速傳感器、三軸加速度傳感器、制動行程傳感器、轉向角度傳感器、CAN通訊模塊，系統可以通過傳感器以及電機控制器獲取所需的信號。程序首先對賽車運行狀態進行檢測，判斷是否達到運行牽引力控制系統的條件，達到條件時，根據輪速信號計算得出滑轉率，再由數字PID計算得出調整轉矩值，與目標轉矩比較處理后，得出最佳輸出轉矩，并通過CAN總線以報文的形式將轉矩信號發送給電機控制器，實現牽引力控制系統對賽車的實時控制。

二、牽引力控制系統仿真

模型功能介紹

EPANDA-17賽車上使用的單電機，采用的轉矩控制模式；本模型主要用于直線行駛、沒有制動的情況下，結合賽車的實際情況，主要通過使用練車時傳感去采集的數據，通過輪速濾波、滑轉率計算、PID運算、目標轉矩計算等模塊，得出賽車在PID系數一定時，輸出轉矩與目標轉矩進行比較，最終實時輸出最佳的電機轉矩。根據scope中目標輸出轉矩曲線，調整PID的系數，使得牽引力控制系統的效果更佳。

三、模型模塊介紹

1.模型輸入模塊

本次仿真所需要的信號主要有兩種輸入方式。第一種：加速踏板輸入信號（Acc_pedal）、四個車輪的輪速（RPM_lf，RPM_rf，RPM_lr，RPM_rr）、電機輸出軸轉速（RPM）、賽車加速度（ACCELx）等，信號的輸入主要采用MATLAB導人練車時傳感器采集的實時數據，通過數組矩陣的形式將數據輸入，并且將第一行的空白數據刪除。第二種：整車裝備質量、傳動比、車輪半徑、風阻系數、目標滑轉率、最大轉矩、滾動阻力以及PID系數，信號通過m函數的形式運行輸入到MATLAB工作區。

2、車速計算模塊

通過實時輸入的前輪輪速、車輪半徑，通過采集程序對輪速的值進行濾波篩選，并計算得出賽車運行各個時刻的車速。

3、驅動輪輪速計算模塊

通過實時輸入的后輪輪速、車輪半徑、電機輸出軸轉速，通過采集程序對輪速的值進行濾波篩選，并計算得出賽車運行各個時刻的驅動速度。

4、滑轉率計算

通過采集的前后輪速，由滑轉率計算公式計算得出當前賽車的滑轉率。

5、輸出轉矩模塊

通過前面計算得出的車速、驅動輪速度、滑轉率，與目標滑轉率進行比較，使用PID模塊，結合輸入的加速踏板信號，計算得出輸出轉矩。

2.目標轉矩計算模塊

通過前面輸入的加速度信號、輸入的滾動阻力、以及計算得出的車速信號、傳動比、車輪半徑等信息，通過MATLAB function模塊計算得出賽車需要的轉矩大小。仿真結果

（作者單位：四川省成都市西華大學西華學院）