CN104712449A - 一种大学生方程式赛车四轮防滑系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种大学生方程式赛车四轮防滑系统，包括包含有数据记录仪的电子控制单元、用于实时采集赛车四个车轮转速的四个霍尔轮速传感器、用于实时采集节气门位置是节气门位置传感器，所述四个霍尔轮速传感器和节气门位置传感器的输出端分别连接到电子控制单元，电子控制单元的输出端分别连接到赛车发动机的喷油机构和点火机构。本发明通过电子控制单元检测到赛车滑移率偏大时，通过直接控制发动机的点火机构与喷油机构，来降低发动机的输出扭矩，进而降低赛车驱动时的滑移率，其直接利用发动机自身工作机构解决防滑问题，整个系统更加简洁方便，稳定可靠。

Description

一种大学生方程式赛车四轮防滑系统
技术领域
本发明涉及大学生方程式赛车技术领域，具体为一种大学生方程式赛车四轮防滑系统。
背景技术
中国大学生方程式汽车大赛参照国际赛事规则，参赛车队须在一年内自行设计和制造出一辆在加速、制动、操控性等方面具有优异表现的小型单座方程式赛车，参加静态和动态8项比赛，具体是：营销报告、赛车设计、制造成本分析、直线加速、8字绕桩、高速避障、耐久测试和燃油经济性。为了保证在弹射起步和高速避障时，赛车依然可以高速稳定的行驶，现有技术中一般通过制动的方式来控制车轮滑移率来实现，这需要增加复杂的汽车制动防抱死系统ABS(Anti-lock Braking System)或汽车驱动防滑系统装置ASR(Anti-Slip Regulation)等，不仅增加了成本还影响了赛车的稳定性和可靠性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种通过直接控制发动机的点火机构与喷油机构来降低发动机的输出扭矩，以达到降低赛车滑移率目的的一种大学生方程式赛车四轮防滑系统，技术方案如下：
一种大学生方程式赛车四轮防滑系统，包括包含有数据记录仪的电子控制单元、用于实时采集赛车四个车轮转速的四个霍尔轮速传感器、用于实时采集节气门位置是节气门位置传感器，所述四个霍尔轮速传感器和节气门位置传感器的输出端分别连接到电子控制单元，电子控制单元的输出端分别连接到赛车发动机的喷油机构和点火机构。
进一步的，所述电子控制单元通过CAN总线连接四个霍尔轮速传感器及整车控制器。
更进一步的，所述电子控制单元为MoTeC M84。
本发明的有益效果是：本发明通过电子控制单元检测到赛车滑移率偏大时，通过直接控制发动机的点火机构与喷油机构，来降低发动机的输出扭矩，进而降低赛车驱动时的滑移率，其直接利用发动机自身工作机构解决防滑问题，整个系统更加简洁方便，稳定可靠。
附图说明
图1为本发明控制系统结构示意图。
图2为本发明CAN总线结构图。
图3为本发明赛车滑移率数据记录图。
图4为本发明赛车过弯效果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明：如图1所示，一种大学生方程式赛车四轮防滑系统，包括包含有数据记录仪的电子控制单元、用于实时采集赛车四个车轮转速的四个霍尔轮速传感器、用于实时采集节气门位置是节气门位置传感器，所述四个霍尔轮速传感器和节气门位置传感器的输出端分别连接到电子控制单元，电子控制单元的输出端分别连接到赛车发动机的喷油机构和点火机构。
电子控制单元MoTeC M84是一个可编程的发动机控制单元与数据记录仪，数据记录仪用以实时采集赛车滑移率、油门踏板位置、四个车轮轮速、发动机转速、发动机能量输出切割量。
四个霍尔轮速传感器可通过CAN总线接口与赛车整车控制器、电子控制单元及其他设备进行连接，其结构图如图2所示。使用CAN总线可以增加实时性、提高系统的可靠性和系统的灵活性、降低系统开发难度，缩短了开发周期，减少线束。其中，整车控制器(VMS，vehiclemanagement System)，即动力总成控制器，是整个汽车的核心控制部件。
本四轮防滑控制系统采集四个车轮信号，经过卡尔曼滤波后计算出赛车滑移率，然后与预先设定的目标滑移率进行比较，通过闭环PID控制，来控制发动机的点火机构与喷油机构，其中点火机构包括点火提前角、切割点火，喷油机构包括喷油量多少，进而控制发动机的输出扭矩，来降低赛车驱动时滑移率，降低赛车起步与加速时的滑移率，在增强赛车稳定性和安全性的基础上，减少赛车直线加速时间，提高赛车高速避障的能力，使赛车取得更好的成绩。
赛车滑移率计算方法为：驱动轮速度与从动轮速度之差除以驱动轮速度。驱动轮的速度计数公式为：Drive Speed＝(balance％×faster)+((1-balance％)×slower)。其中，Drive Speed为驱动轮的速度，balance％为加权平均系数，装有防滑差速器的赛车balance％取30％，faster为速度较快的驱动轮的速度，slower为速度较慢的驱动轮的速度。该加权平均驱动轮轮速计算方式可以减少滑移率计算误差。
本四轮防滑系统对赛车的滑移率进行控制，使其保持在最佳滑移率状态，其根据不同赛车的轮胎参数进行确定，本实施例的目标滑移率控制在15％以下。四个霍尔轮速传感器实时检测轮速，并将该轮速信号发送给电子控制单元，电子控制单元通过上述加权平均方法计算出滑移率，通过预先设定的点火滞后角与发动机转速二维表，控制发动机点火机构的点火提前角；通过预先设定的从动轮轮速、节气门位置与目标滑移率三维表，控制不同车速下目标滑移率大小；通过预先设定发动机转速、节气门位置与减少发动机最大动力值百分比三维表，控制不同发动机转速、节气门位置下，减少发动机喷油量的多少与切割发动机点火时长与次数。通过预先设定的P(proportion比例)、I(integration积分)、D(differentiation微分)三个参数，在目标滑移率与实际滑移率差值下，控制发动机扭矩输出的大小。其中P、I、D参数设定是通过观察MoTeC M84数据记录仪得到的不同发动机转速、油门踏板下，车轮滑移率的大小与目标滑移率差值，再调整各个参数，使其赛车滑移率保持在最佳滑移率状态。
赛车滑移率数据记录如图3示，纵坐标为赛车滑移率，横坐标为发动机转速，不同深浅颜色点代表不同节气门位置。可以看出其车轮滑移率控制在15％以下，效果较好。
图4为模拟赛车高速转弯的情况，带有四轮防滑系统赛车将沿着弯道正确行使通过(图中深色的赛车)，而不带四轮防滑系统的赛车将偏离赛道(图中浅色的赛车)，发生车轮打滑状况，影响赛车的高速通过。

Claims (3)

1.一种大学生方程式赛车四轮防滑系统，其特征在于，包括包含有数据记录仪的电子控制单元、用于实时采集赛车四个车轮转速的四个霍尔轮速传感器、用于实时采集节气门位置是节气门位置传感器，所述四个霍尔轮速传感器和节气门位置传感器的输出端分别连接到电子控制单元，电子控制单元的输出端分别连接到赛车发动机的喷油机构和点火机构。
2.根据权利要求1所述的一种大学生方程式赛车四轮防滑系统，其特征在于，所述电子控制单元通过CAN总线连接四个霍尔轮速传感器及整车控制器。
3. 根据权利要求1或2所述的一种大学生方程式赛车四轮防滑系统，其特征在于，所述电子控制单元为MoTeC M84。
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