第6章汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)課件

第6章汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)

6.1緒論汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(Anti-LockBrakeSystem)是指汽車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中能實(shí)時(shí)判定車(chē)輪的滑移率,自動(dòng)調(diào)節(jié)作用在車(chē)輪上的制動(dòng)力矩,防止車(chē)輪抱死,取得最佳制動(dòng)效能的電子裝置。車(chē)輪處于“抱死”狀態(tài)的負(fù)效應(yīng):(l)由于車(chē)輪被抱死,車(chē)輛不能實(shí)現(xiàn)彎道轉(zhuǎn)向,躲避障礙物或行人而造成交通事故。(2)在非對(duì)稱附著系數(shù)的路面,車(chē)輪抱死將喪失直線行駛穩(wěn)定性,易出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾及急轉(zhuǎn)等危險(xiǎn)現(xiàn)象。(3)車(chē)輪抱死時(shí)的附著力一般低于路面所能提供的最大附著力,車(chē)輪在全抱死狀態(tài)的制動(dòng)距離反而有所增加。(4)因?yàn)檐?chē)輪被抱死導(dǎo)致輪胎局部急劇摩擦,降低了輪胎的使用壽命。

汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉第6章汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)6.1緒論汽車(chē)電子控制1研究的重點(diǎn)：(l)跟蹤路面特性的變化,使ABS各項(xiàng)性能指標(biāo)始終處在最佳狀態(tài)的控制算法。(2)提高關(guān)鍵元件的可靠性和性能指標(biāo),如用開(kāi)關(guān)閥和調(diào)制脈沖寬度實(shí)現(xiàn)比例控制；采用低成本比例閥實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制,可彌補(bǔ)開(kāi)關(guān)閥的缺陷。(3)降低ABS的裝車(chē)成本,擴(kuò)大ABS在汽車(chē)上的普及率。(4)由單一的ABS控制目標(biāo)轉(zhuǎn)向多目標(biāo)的綜合控制,故ABS系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)應(yīng)能擴(kuò)充為多目標(biāo)的綜合控制。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉研究的重點(diǎn)：汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉26.2輪胎與路面間的相互關(guān)系路面所能提供約附著力(即最大縱向、側(cè)向作用力)與附著系數(shù)有關(guān),附著系數(shù)μ定義為路面附著力Ft與作用在車(chē)輪上的垂直負(fù)荷FN之比: μ=Ft／FN子午線輪胎在干燥路面上附著系數(shù)最大。不同路面的附著系數(shù)大約在0.05～l的范圍,在冰面上最小,約為0.05左右,其它路況介于這兩者之間。附著系數(shù)還與車(chē)輪的滑移/滑轉(zhuǎn)率有關(guān)。在分析ABS制動(dòng)問(wèn)題時(shí),把車(chē)輪的滑移/滑轉(zhuǎn)率定義為:λ=（VV-VW）／VV VV=ωwre滾動(dòng)半徑汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉6.2輪胎與路面間的相互關(guān)系路面所能提供約附著力(即最大縱向3式中λ在-l00%～+l00%范圍內(nèi)變化：λ在-l00%～0%區(qū)間為驅(qū)動(dòng)工況,其輪速大于車(chē)速,車(chē)輪相對(duì)地面滑轉(zhuǎn),對(duì)應(yīng)的λ值稱為滑轉(zhuǎn)率。λ在0%～100%為制動(dòng)工況,此時(shí)車(chē)速大于輪速,車(chē)輪相對(duì)地面滑移,λ稱為滑移率。幾個(gè)特殊點(diǎn)λ＝0、λ＝-l00%和λ＝100%分別對(duì)應(yīng)車(chē)輪自由滾動(dòng)、車(chē)輪純空轉(zhuǎn)和車(chē)輪被完全抱死狀態(tài)。ABS制動(dòng)系統(tǒng)把λ控制在λk附近,既能使路面提供最大的制動(dòng)力,又能提供足夠大的側(cè)向附著力滿足車(chē)輛制動(dòng)時(shí)直線行駛穩(wěn)定性和操縱穩(wěn)定性。

汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉式中λ在-l00%～+l00%范圍內(nèi)變化：汽車(chē)電子控制技術(shù)4６.3單輪車(chē)輛系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

6.3.1車(chē)輪制動(dòng)狀態(tài)數(shù)學(xué)模型

為研究防抱死制動(dòng)的控制過(guò)程和它在縱向平面的特性，車(chē)輛可簡(jiǎn)化為單輪車(chē)輛系統(tǒng)。由于車(chē)速通常是指直線運(yùn)動(dòng)速度,輪速用角速度表示,故在后文中車(chē)速用V表示,車(chē)輪角速度用ω表示。由此可得車(chē)輪和整車(chē)的運(yùn)動(dòng)微分方程分別為:

汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉６.3單輪車(chē)輛系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型6.3.1車(chē)輪制動(dòng)狀態(tài)數(shù)學(xué)模型56.3.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型汽車(chē)的制動(dòng)回路主要由制動(dòng)踏板、主制動(dòng)缸、控制閥、輪缸及速度傳感器等組成。根據(jù)液壓控制閥的位置可使制動(dòng)器對(duì)應(yīng)三種不同狀態(tài)：當(dāng)控制閥使油源與輪缸接通,制動(dòng)缸增壓；控制閥關(guān)閉,制動(dòng)缸保壓；控制閥使制動(dòng)器和回油路相通,制動(dòng)缸減壓。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉6.3.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型汽車(chē)的制動(dòng)回路主要由制動(dòng)踏板、主6在進(jìn)行系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)時(shí),為了簡(jiǎn)化系統(tǒng),可在常用的工作壓力點(diǎn)線性化：

dP／dt=uk0 u=1(增壓）；-1（減壓）；0（保壓）作用在車(chē)輪上的制動(dòng)力矩的變化率為:dTb／dt=ukb u=1(增壓）；-1（減壓）；0（保壓）考慮到制動(dòng)缸在增壓和減壓時(shí)需要不同的變化率以滿足不同的使用性能,則作用在車(chē)輪上的制動(dòng)力矩的變化率可進(jìn)一步寫(xiě)成如下的形式∶dTb／dt=U

U=Ui(增壓）；Ud（減壓）；0（保壓）汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉在進(jìn)行系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)時(shí),為了簡(jiǎn)化系統(tǒng),可在常用的工作壓力點(diǎn)線76.4ABS邏輯控制算法

防抱死制動(dòng)的目的是為了把車(chē)輪的滑移率控制在λk附近,使路面的附著系數(shù)得到最充分的發(fā)揮。那么,應(yīng)以哪些參數(shù)作為控制目標(biāo)才能使控制的效能最佳?事實(shí)上,有不同的方法都可以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo),但每種方法將以不同的規(guī)律逼近期望的點(diǎn)。為了了解各種方法的特點(diǎn),下面先分析現(xiàn)今車(chē)輛上普遍采用的邏輯控制算法,為分析和了解其它算法提供必要的基礎(chǔ)。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉6.4ABS邏輯控制算法防抱死制動(dòng)的目的是為了把車(chē)輪的86.4.1簡(jiǎn)單邏輯控制算法總的制動(dòng)力：制動(dòng)最大減速度：角減速度超過(guò)極限：車(chē)輪可能出現(xiàn)抱死。最簡(jiǎn)單的ABS控制邏輯為：雙門(mén)限控制邏輯汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉6.4.1簡(jiǎn)單邏輯控制算法汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程96.4.2以車(chē)輪加、減速度和滑移率結(jié)合

的邏輯控制

1.參考車(chē)速和滑移率的計(jì)算

為了適應(yīng)路面特牲的變化,必須通過(guò)相應(yīng)的邏輯條件識(shí)別出這些變化,再對(duì)控制邏輯作相應(yīng)的修改,使車(chē)輛在不同運(yùn)行環(huán)境下都能取得最佳的效果。為此引入了車(chē)輪的滑移率作為輔助的門(mén)限值,與車(chē)輪負(fù)加速組合成雙參數(shù)邏輯控制算法。要確定滑轉(zhuǎn)率要用到車(chē)體速度。測(cè)定車(chē)體速度有接觸式和非接觸式兩種方法,采用非接觸式測(cè)定(如多譜勒儀)價(jià)格較高。

汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉6.4.2以車(chē)輪加、減速度和滑移率結(jié)合

的邏輯控制110采用接觸方式(如五輪儀),既不方便,其形態(tài)也難以被用戶所接受。故一般不采用直接測(cè)量的方法獲得實(shí)際車(chē)速,而是采用間接的方法由車(chē)輪的角速度和負(fù)加速度構(gòu)造車(chē)輛的參考速度： VRe=VRe0–aRet

2.大附著系數(shù)路面上的制動(dòng)控制

在制動(dòng)開(kāi)始階段輪缸壓力快速上升,車(chē)輪負(fù)加速度很快超出門(mén)限值-a,電磁閥從升壓切換到保壓狀態(tài),同時(shí)估算出參考車(chē)速和滑移率為λ1的門(mén)限曲線。在保壓階段,輪速繼續(xù)下降,當(dāng)輪速降至低于λ1門(mén)限值時(shí),電磁閥由保壓切換到減壓狀態(tài)。在減壓過(guò)程中,輪速過(guò)一段時(shí)間開(kāi)始回升,當(dāng)車(chē)輪的負(fù)加速度進(jìn)人-a門(mén)限又開(kāi)始保壓。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉采用接觸方式(如五輪儀),既不方便,其形態(tài)也難以被用戶所接受11若在規(guī)定的保壓時(shí)間內(nèi),車(chē)輪的加速度不能超過(guò)+a門(mén)限,則屬于低附著系數(shù)路面的情況。反之,若超過(guò)+a門(mén)限則繼續(xù)保壓。為了適應(yīng)附著系數(shù)不同的路況,如附著系數(shù)較大的情況,又設(shè)定了識(shí)別高附著系數(shù)路面的第二門(mén)限值+A。在繼續(xù)保壓過(guò)程中可能出現(xiàn)兩種情況,一是車(chē)輪的加速度沒(méi)超過(guò)第二門(mén)限+A就回到+a門(mén)限內(nèi),二是角加速度超過(guò)了第二門(mén)限值+A。對(duì)于前者,屬于一般附著系數(shù)路面。對(duì)后者則屬大附著系數(shù)路面,則要對(duì)輪缸進(jìn)行一次增壓,直至車(chē)輪的加速度低于+A門(mén)限,再保壓至低于+a門(mén)限。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉若在規(guī)定的保壓時(shí)間內(nèi),車(chē)輪的加速度不能超過(guò)+a門(mén)限,則屬于低123.小附著系數(shù)路面的制動(dòng)控制

在初始的l、2調(diào)節(jié)階段和大附著系數(shù)的路面相同。階段3首先有一段定時(shí)保壓階段,由于給定的時(shí)間內(nèi)車(chē)輪的加速度達(dá)不到+a門(mén)限,于是可以判定是小附著系數(shù)路面的情形,控制邏輯產(chǎn)生一個(gè)小的減壓-保壓脈沖,使車(chē)輪慢慢升速,然后再比較車(chē)輪加速度是否到+a門(mén)限,如低于此門(mén)限值再次產(chǎn)生減壓降壓--保壓脈沖,車(chē)輪繼續(xù)升速直至超過(guò)+值門(mén)限。到此階段3結(jié)束,并轉(zhuǎn)人第4階段一保壓階段。當(dāng)車(chē)輪加速度再次低于+a門(mén)限時(shí),保壓階段4結(jié)束。階段5是以增壓-保壓(脈沖方式)方式的慢速升壓過(guò)程,直至出現(xiàn)-a門(mén)限,到此第一個(gè)控制周期結(jié)束。

汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉3.小附著系數(shù)路面的制動(dòng)控制在初始的l、2調(diào)節(jié)階段和大附著13當(dāng)路面附著系數(shù)向大值突變,其識(shí)別方法是采用第二加速度門(mén)限值+A。而當(dāng)路面附著系數(shù)向小值躍變,則以第二滑移率門(mén)限值λ2作為識(shí)別依據(jù)。綜上所述，邏輯控制是把車(chē)輪的加速度分為(-a,+a,+A)幾個(gè)門(mén)限值,再輔之以車(chē)輪的滑移率門(mén)限值λl,λ2。在由下降信號(hào)切換到保壓的階段,在規(guī)定的定時(shí)間隔里監(jiān)測(cè)可能出現(xiàn)的幾種門(mén)限信號(hào)(+a,+A,λl,λ2)作為識(shí)別路面特性的依據(jù)。再根據(jù)識(shí)別結(jié)果,分別采用不同的控制邏輯,確保防抱死制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)路面狀況的跟蹤性能,在各種路面條件都能取得期望的制動(dòng)效果。

汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉當(dāng)路面附著系數(shù)向大值突變,其識(shí)別方法是采用第二加速度門(mén)限值+146.5ABS的整車(chē)控制技術(shù)

前面已講述了ABS的單輪控制技術(shù),是否可以把汽車(chē)的所有車(chē)輪均按前述的方法進(jìn)行控制就能達(dá)到期望的效果呢?若汽車(chē)的一側(cè)車(chē)輪在高附著系數(shù)路面行駛,另一側(cè)在低附著系數(shù)路面行駛(如冰面,這在我國(guó)東北地區(qū)的冬天經(jīng)?？赡苡龅降穆访鏃l伴)。按前面講述的單輪控制方式,各個(gè)車(chē)輪的滑移率都控制在峰值點(diǎn),于是左右兩側(cè)的制動(dòng)力不等使汽車(chē)產(chǎn)生側(cè)向偏轉(zhuǎn)。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉6.5ABS的整車(chē)控制技術(shù)前面已講述了ABS的單輪控制15只要適當(dāng)把前輪偏轉(zhuǎn)一定的角度,就能抵消制動(dòng)力不等所產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力矩,并保持汽車(chē)直線行駛的穩(wěn)定性。解決上述間題有不同的方法,最好的方法是基于汽車(chē)動(dòng)力學(xué)的綜合控制。因?yàn)槠?chē)期望的橫擺角速度由方向盤(pán)的輸人唯一確定,一但監(jiān)測(cè)到在制動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)了方向盤(pán)的轉(zhuǎn)角為零,而車(chē)輛的橫擺角速度不為零的情形。即可判定車(chē)輛當(dāng)前的工況是屬于路面特性的擾動(dòng)導(dǎo)致車(chē)輛非穩(wěn)態(tài)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。于是通過(guò)車(chē)輛行駛方向自動(dòng)控制系統(tǒng),把導(dǎo)向輪逆上述的非穩(wěn)態(tài)橫擺方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,就可抵消制動(dòng)過(guò)程中的非穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象,保證車(chē)輛在制動(dòng)過(guò)程中的直線行駛穩(wěn)定性。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉只要適當(dāng)把前輪偏轉(zhuǎn)一定的角度,就能抵消制動(dòng)力不等所產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)16由汽車(chē)動(dòng)力學(xué)綜合控制系統(tǒng)可以滿足車(chē)輛在備種路面條件下的操縱定性，但要增加方向轉(zhuǎn)角和汽車(chē)橫擺角速度傳感器及驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向輪偏轉(zhuǎn)的自動(dòng)控制系統(tǒng),提高了裝車(chē)成本。因此，最為實(shí)用的方法就是通過(guò)ABS自身的整車(chē)布置方式和整車(chē)控制技術(shù)來(lái)滿足車(chē)輛在不同路面條件下的操縱性與穩(wěn)定性。6.5.1整車(chē)布置形式如前所述，ABS單輪控制技術(shù)的本質(zhì)是把車(chē)輪的滑移率控制在μb-λ的峰值點(diǎn)。因此,在制動(dòng)時(shí)可保證取得最短的制動(dòng)距離和轉(zhuǎn)向時(shí)的操縱穩(wěn)定性。

汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉由汽車(chē)動(dòng)力學(xué)綜合控制系統(tǒng)可以滿足車(chē)輛在備種路面條件下的操縱定17

l.四傳感器四通道布置方式

四個(gè)傳感器和四個(gè)液壓控制通道的ABS系統(tǒng)有：按前后方式布置（即前后輪缸分別采用不同的液壓回路）按對(duì)角(X形方式)方式布置（即處在對(duì)角線上的兩個(gè)輪缸采用同一液壓回路）。由于每個(gè)車(chē)輪都具有一個(gè)輪速傳感器和一個(gè)液壓通道,因而可對(duì)每個(gè)車(chē)輪實(shí)現(xiàn)任意目標(biāo)的控制,使ABS總體性能達(dá)到最佳狀態(tài)。如果簡(jiǎn)單地把每個(gè)車(chē)輪的滑移率都控制在μb-λ曲線的峰值點(diǎn),在對(duì)稱路面,可使制動(dòng)距離最短,又能保持較好的操縱性；但在非對(duì)稱路面,將在左右兩側(cè)車(chē)輪上產(chǎn)生不同的制動(dòng)力,使汽車(chē)很難保持它原來(lái)的行駛方向,方向穩(wěn)定性惡化。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉l.四傳感器四通道布置方式汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程18

2.四傳感器三通道系統(tǒng)

四傳感器三通道ABS的布置方式兩種形式：對(duì)角形式布置（由機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)車(chē)輪低選控制）和電子控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低選控制。在兩種布置方式中,兩前輪都是采用獨(dú)立控制,而后輪將以兩前輪中較易抱死的車(chē)輪所施加的制動(dòng)力矩作為標(biāo)準(zhǔn),按選低的方式對(duì)后輪施加相等的制動(dòng)力矩進(jìn)行控制。這種布置與低選控制方式組合的結(jié)果改善了汽車(chē)在非對(duì)稱路面制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性,但制動(dòng)距離會(huì)有所增加。由此可見(jiàn),ABS的某些性能指標(biāo),如穩(wěn)定性和制動(dòng)距離是相互矛盾的。在改善其中一項(xiàng)性能指標(biāo)的同時(shí),可能會(huì)伴隨另一項(xiàng)指標(biāo)的降低。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉2.四傳感器三通道系統(tǒng)四傳感器三通道ABS的布置方式兩種19所以在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí),必須進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),使各項(xiàng)性能指標(biāo)加權(quán)后的總體性能指標(biāo)為最佳。

3.三傳感器三通道系統(tǒng)

該系統(tǒng)通常為前后布置方式,兩前輪采用獨(dú)立控制方式,兩后輪取差速器的轉(zhuǎn)速信號(hào),并由同一液壓管路控制。這種布置方式,其后輪僅適于采用低選控制方式。4.四傳感器二通道系統(tǒng)

這是按對(duì)角方式布置的ABS所用的簡(jiǎn)易系統(tǒng)。前輪一殷采用獨(dú)立控制,后輪控制兩種形式：定比例減壓閥和低選控制閥。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉所以在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí),必須進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),使各項(xiàng)性能指標(biāo)加權(quán)后的總20

綜上所述,ABS總體性能與通道數(shù)和傳感器數(shù)目有關(guān),一般而言,傳感器和通道數(shù)目愈多,則ABS的住能愈好。四傳感器四通道ABS系統(tǒng)是最完備的布置方式,由于各個(gè)車(chē)輪均能任意設(shè)定它的控制目標(biāo),因而可取得最佳的效果。但如果所有車(chē)輪均采用獨(dú)立控制,則會(huì)導(dǎo)致汽車(chē)在非對(duì)稱路面失去方向穩(wěn)定性。而簡(jiǎn)單地按低選方式進(jìn)行控制,則四傳感器四通道ABS系統(tǒng)就降低到四傳感器三通道ABS系統(tǒng)、甚至四傳感器二通道ABS系統(tǒng)的性能,使部分控制通道的潛力得不到充分的發(fā)揮,造成資源浪費(fèi)。可見(jiàn),前輪獨(dú)立控制,后輪按低選控制僅在二通道或三通道的非完備ABS系統(tǒng)才有實(shí)用的價(jià)值。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉綜上所述,ABS總體性能與通道數(shù)和傳感器數(shù)目有關(guān),一般而言21對(duì)四傳感器四通道ABS系統(tǒng),必須研究分析整車(chē)控制技術(shù),使全部的控制通道在各種路況均能充分發(fā)揮它們的作用,以保證ABS總體性能最佳。從ABS系統(tǒng)的幾種布置形式可以看出,ABS系統(tǒng)通常由二路獨(dú)立的液壓回路組成,并布置成前后或?qū)莾煞N形式,且不因傳感器和控制通道的數(shù)目不同而異。其目的旨在提高ABS系統(tǒng)的可靠性,萬(wàn)一偶然的原因,導(dǎo)致其中的一個(gè)液壓回路失效,另一液壓回路也能照常工作,且不降低系統(tǒng)的操縱性、穩(wěn)定性,只是制動(dòng)效能降低一半,制動(dòng)距離隨之增加而已。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉對(duì)四傳感器四通道ABS系統(tǒng),必須研究分析整車(chē)控制技術(shù),使全部226.5.2非對(duì)稱路面的整車(chē)控制技術(shù)采用單輪獨(dú)立控制方式，可最大限度地利用路面附著力，縮短制動(dòng)距離。但在非對(duì)稱路面必然導(dǎo)致兩側(cè)車(chē)輪制動(dòng)力不等，使車(chē)輛向高μ側(cè)路面偏轉(zhuǎn)。按附著系數(shù)取低的方式控制，雖消除了偏轉(zhuǎn)力矩，改善了方向穩(wěn)定性，但導(dǎo)致制動(dòng)距離增加?；谶@兩種控制方式的特點(diǎn)，目前使用產(chǎn)品一般采用修正的單輪控制方式，它是對(duì)前述兩種方式的綜合。既兼顧了制動(dòng)距離，又兼顧了行駛方向穩(wěn)定性。下面介紹修正單輪控制的基本思想。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉6.5.2非對(duì)稱路面的整車(chē)控制技術(shù)采用單輪獨(dú)立控制方式，231.單輪修正控制算法與實(shí)時(shí)模擬系統(tǒng)時(shí)模擬試驗(yàn)的軟硬件系統(tǒng)如圖52,該系統(tǒng)的工作原理：計(jì)算機(jī)依據(jù)車(chē)輛模型、制動(dòng)器模型及輪胎模型，在給定的初始條件和制動(dòng)作用下，計(jì)算出車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(包括四個(gè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速)。然后把計(jì)算出的輪速通過(guò)D／A變換為模擬電壓輸出，經(jīng)電壓一頻率變換為脈沖信號(hào)輸入到ABS控制器，其效果相當(dāng)于ABS真實(shí)地從輪速傳感器接收脈沖信號(hào)一樣?；谀M的脈沖信號(hào)，ABS控制器按確定的控制算法計(jì)算出給四個(gè)車(chē)輪電磁閥的控制信號(hào)，調(diào)節(jié)制動(dòng)氣室內(nèi)的工作壓力。再將壓力狀態(tài)反饋給計(jì)算機(jī)，根據(jù)制動(dòng)器的模型被轉(zhuǎn)換成制動(dòng)力矩。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉1.單輪修正控制算法與實(shí)時(shí)模擬系統(tǒng)時(shí)模擬試驗(yàn)的軟硬件系統(tǒng)如圖24在這一制動(dòng)力矩的作用下，把上一時(shí)刻的輸出狀態(tài)作為本次計(jì)算的初值，于是依據(jù)ABS的動(dòng)態(tài)模型又可計(jì)算出車(chē)輛在下一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并再次把輪速脈沖信號(hào)發(fā)送給ABS控制器。周而復(fù)始，至車(chē)速為零時(shí)制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。由于模擬計(jì)算步長(zhǎng)與硬件模擬系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制的步長(zhǎng)一致，于是就形成了一個(gè)實(shí)時(shí)閉環(huán)軟硬件混合模擬系統(tǒng)，混合模擬試驗(yàn)方法不僅可用來(lái)測(cè)試ABS系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，也可用來(lái)分析研究構(gòu)成ABS系統(tǒng)硬件裝置的性能，是ABS系統(tǒng)前期開(kāi)發(fā)的有效工具。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉在這一制動(dòng)力矩的作用下，把上一時(shí)刻的輸出狀態(tài)作為本次計(jì)算的初252.單輪修正控制算法是在單輪控制方式和低選控制方式兩者之間進(jìn)行折衷控制，對(duì)處于低附著系數(shù)的車(chē)輪按自己的門(mén)限條件進(jìn)行控制，處于高附著系數(shù)的車(chē)輪則在低附著側(cè)壓力的基礎(chǔ)上，適量地逐步增加一個(gè)變化的壓力差。其工作原理(參見(jiàn)圖53)是處于低附著系數(shù)的車(chē)輪(假定為左輪)到達(dá)減速度門(mén)限時(shí)開(kāi)始減壓，處于高附著系數(shù)車(chē)輪(右輪)則開(kāi)始保壓，左輪減壓結(jié)束時(shí)車(chē)輪減速度達(dá)到加速度門(mén)限，則左輪開(kāi)始保壓，而右輪則保壓結(jié)束開(kāi)始減壓，汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉2.單輪修正控制算法是在單輪控制方式和低選控制方式兩者之間進(jìn)26減壓幅度為左輪減壓幅度乘以修正系數(shù)0<α<1，減壓結(jié)束后右輪又開(kāi)始保壓，直到左輪低于加速度門(mén)限時(shí)，則兩輪同時(shí)進(jìn)入小步長(zhǎng)增壓階段。這樣每個(gè)ABS循環(huán)結(jié)束形成一個(gè)壓力差，隨著ABS循環(huán)的繼續(xù)，其壓差逐步增加。模擬試驗(yàn)結(jié)果分別對(duì)四種控制方式(無(wú)ABS，單輪獨(dú)立控制IC／IC，低選控制SL／IC，單輪修正控制MIC／IC)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程如圖54汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉減壓幅度為左輪減壓幅度乘以修正系數(shù)0<α<1，減壓結(jié)束后右輪27在四種控制方式中，低選方式制動(dòng)距離最長(zhǎng)(見(jiàn)圖55(a))，無(wú)ABS系統(tǒng)與單輪修正方式的制動(dòng)距離十分接近，且介于低選和單輪方式之間。僅從制動(dòng)距離方面評(píng)價(jià)，單輪獨(dú)立控制效果最優(yōu)，低選方式效果最差。圖55(b)為制動(dòng)結(jié)束時(shí)，車(chē)輛的橫向位移和橫擺角試驗(yàn)結(jié)果，圖55(c)是制動(dòng)過(guò)程中，車(chē)輛的橫向速度和橫擺角速度測(cè)試結(jié)果。由此可見(jiàn)，單從方向穩(wěn)定性方面評(píng)價(jià)，無(wú)ABS系統(tǒng)最差，以低選控制方式為最優(yōu)。單輪修正方式再次介于單輪控制方式和低選控制方式之間。就制動(dòng)距離和方向穩(wěn)定性兩項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，則修正的單輪控制方式為最優(yōu)。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉在四種控制方式中，低選方式制動(dòng)距離最長(zhǎng)(見(jiàn)圖55(a))，無(wú)286.5.3制動(dòng)力分配控制車(chē)輛制動(dòng)時(shí)，前后車(chē)輪制動(dòng)力的動(dòng)態(tài)分配影響制動(dòng)距離、方向穩(wěn)定性及操縱性。當(dāng)前后輪路面的附著系數(shù)相等時(shí)，制動(dòng)力理想分配要求前后車(chē)輪的制動(dòng)力滿足條件：FbF／FNF=FbR／FNR目前車(chē)上是采用定比例閥實(shí)現(xiàn)前后輪的制動(dòng)力分配，由于車(chē)輛裝載質(zhì)量不同，路面坡度以及驅(qū)動(dòng)輪上來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩不同，這種定比閥不能達(dá)到理想的分配效果。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉6.5.3制動(dòng)力分配控制車(chē)輛制動(dòng)時(shí)，前后車(chē)輪制動(dòng)力的動(dòng)態(tài)分29為此都在探索實(shí)現(xiàn)前、后輪制動(dòng)力理想分配的控制方法。一種能實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力理想分配的控制策略是：控制后輪的速度跟蹤前輪的速度。為了保證后輪在各種條件下，都能具有滿意的跟蹤效果，本節(jié)介紹一種魯棒伺服控制器的設(shè)計(jì)思路。1．魯棒跟蹤控制器設(shè)計(jì)的基本概念結(jié)構(gòu)如圖56所示。它由兩部分組成，第一部分是輸人為e輸出為η的伺服補(bǔ)償器，第二部分是帶常增益系數(shù)K0、K1的穩(wěn)定補(bǔ)償器。為了起到穩(wěn)定作用并能獲得滿意的瞬態(tài)性能，常系數(shù)K0、Kl通過(guò)下面的增廣系統(tǒng)式確定。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉為此都在探索實(shí)現(xiàn)前、后輪制動(dòng)力理想分配的控制方法。一種能實(shí)現(xiàn)30

對(duì)它的求解有不同的方法，如極點(diǎn)配置，最優(yōu)控制等。對(duì)最優(yōu)控制，K0、K1可由如下二次型目標(biāo)函數(shù)式取最小值確定。制動(dòng)力理想分配魯棒伺服控制器的結(jié)構(gòu)如圖58，可見(jiàn)系統(tǒng)包括一個(gè)單積分器和雙積分器。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉

汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉316.6ABS系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與電子控制裝置

它包括制動(dòng)主缸、液壓裝置、電控裝置(ElectronicControlUnit,簡(jiǎn)稱ECU),輪速傳感器以及制動(dòng)缸組成(圖66)。6.6.1液壓控制系統(tǒng)回路可采用3/3閥(三位三通),采用2/2閥(二位二通)，如圖67所示。采用2/2閥組合方便,每個(gè)通道需要一個(gè)進(jìn)油閥,一個(gè)出油閥。響應(yīng)速度更快,盡寸小,可靠性好,目前在車(chē)上已得到廣泛應(yīng)用。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉6.6ABS系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與電子控制裝置它包括制動(dòng)主缸32由于采用制動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)防滑控制(亦即牽引力控制,簡(jiǎn)稱為T(mén)RC、TCS或ASR等)與防抱死制動(dòng)控制的原理與方法完全類似,故ABS液壓系統(tǒng)和ASR液壓回路一般都集成在一起。6.6.2ABS的基本元件ABS系統(tǒng)采用的輪速傳感器為磁電式，由于齒圈、齒頂和電極之間的間隙隨車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)交替地變化,使之在線圈中感應(yīng)出周期性的電壓信號(hào),經(jīng)整形電路得到與輪速成正比的脈沖信號(hào)。ABS系統(tǒng)中采用的控制閥是3/3電磁閥,根據(jù)輸入電流的大小,可將閥芯控制在對(duì)應(yīng)的三個(gè)位置,從而改變?nèi)齻€(gè)閥孔之間的通路；2/2電磁閥,實(shí)現(xiàn)增壓、保壓和減壓三種狀態(tài),需耍把二個(gè)閥集成在一起。柱賽式液壓泵的作用是把ABS在減壓時(shí)排出的液壓油加壓后再送回到高壓油路。

汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉由于采用制動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)防滑控制(亦即牽引力控制,簡(jiǎn)稱為T(mén)RC、336.6.3 電控裝置

ABS的電控制裝置(ElectronicControlUnit,簡(jiǎn)稱ECU)是它的控制中心,ECU通過(guò)接收車(chē)輪的脈沖信號(hào),計(jì)算出車(chē)輪的行駛速度、車(chē)輪的加減速度和滑移率?；谶@些數(shù)字信息,然后給出控制指令,使制動(dòng)輪缸工作在指定的工作狀態(tài),保證車(chē)輪在制動(dòng)過(guò)程中的操縱性,方向穩(wěn)定住,并達(dá)到最短的制動(dòng)距離。根據(jù)ABS的工作過(guò)程可知,它的電控裝置必須滿足下列要求:(l)較高的運(yùn)算速度,能夠在5～7ms內(nèi)完成對(duì)信號(hào)接收、分析、計(jì)算并給出控制指令。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉6.6.3 電控裝置ABS的電控制裝置(Electroni34(2)足夠數(shù)量的輸人、輸出能力。(3)可靠的抗干擾性能。(4)可靠的故障診斷、故障指示警告以及故障保護(hù)功能。ABS初期采用的ECU是由分立元件構(gòu)成的模擬電路組成,因而存在的問(wèn)題較多,很難可靠滿足上述的全部要求。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,目前在車(chē)上廣泛采用ECU是由集成度高、運(yùn)算速度快和精度高的數(shù)字電路構(gòu)成。尤其是新開(kāi)發(fā)的ABS幾乎都是采用微處理器(Microprocessor)作為ECU。它主要由CPU、數(shù)字輸入、傳感器信號(hào)整形與放大、穩(wěn)壓電源、指示燈驅(qū)動(dòng)、繼電器驅(qū)動(dòng)以及液壓閥驅(qū)動(dòng)電路等，MotoloraABS-ECU的構(gòu)成框圖見(jiàn)圖73。

汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉(2)足夠數(shù)量的輸人、輸出能力。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械35第6章汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)

6.1緒論汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(Anti-LockBrakeSystem)是指汽車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中能實(shí)時(shí)判定車(chē)輪的滑移率,自動(dòng)調(diào)節(jié)作用在車(chē)輪上的制動(dòng)力矩,防止車(chē)輪抱死,取得最佳制動(dòng)效能的電子裝置。車(chē)輪處于“抱死”狀態(tài)的負(fù)效應(yīng):(l)由于車(chē)輪被抱死,車(chē)輛不能實(shí)現(xiàn)彎道轉(zhuǎn)向,躲避障礙物或行人而造成交通事故。(2)在非對(duì)稱附著系數(shù)的路面,車(chē)輪抱死將喪失直線行駛穩(wěn)定性,易出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾及急轉(zhuǎn)等危險(xiǎn)現(xiàn)象。(3)車(chē)輪抱死時(shí)的附著力一般低于路面所能提供的最大附著力,車(chē)輪在全抱死狀態(tài)的制動(dòng)距離反而有所增加。(4)因?yàn)檐?chē)輪被抱死導(dǎo)致輪胎局部急劇摩擦,降低了輪胎的使用壽命。

汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉第6章汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)6.1緒論汽車(chē)電子控制36研究的重點(diǎn)：(l)跟蹤路面特性的變化,使ABS各項(xiàng)性能指標(biāo)始終處在最佳狀態(tài)的控制算法。(2)提高關(guān)鍵元件的可靠性和性能指標(biāo),如用開(kāi)關(guān)閥和調(diào)制脈沖寬度實(shí)現(xiàn)比例控制；采用低成本比例閥實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制,可彌補(bǔ)開(kāi)關(guān)閥的缺陷。(3)降低ABS的裝車(chē)成本,擴(kuò)大ABS在汽車(chē)上的普及率。(4)由單一的ABS控制目標(biāo)轉(zhuǎn)向多目標(biāo)的綜合控制,故ABS系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)應(yīng)能擴(kuò)充為多目標(biāo)的綜合控制。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉研究的重點(diǎn)：汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉376.2輪胎與路面間的相互關(guān)系路面所能提供約附著力(即最大縱向、側(cè)向作用力)與附著系數(shù)有關(guān),附著系數(shù)μ定義為路面附著力Ft與作用在車(chē)輪上的垂直負(fù)荷FN之比: μ=Ft／FN子午線輪胎在干燥路面上附著系數(shù)最大。不同路面的附著系數(shù)大約在0.05～l的范圍,在冰面上最小,約為0.05左右,其它路況介于這兩者之間。附著系數(shù)還與車(chē)輪的滑移/滑轉(zhuǎn)率有關(guān)。在分析ABS制動(dòng)問(wèn)題時(shí),把車(chē)輪的滑移/滑轉(zhuǎn)率定義為:λ=（VV-VW）／VV VV=ωwre滾動(dòng)半徑汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉6.2輪胎與路面間的相互關(guān)系路面所能提供約附著力(即最大縱向38式中λ在-l00%～+l00%范圍內(nèi)變化：λ在-l00%～0%區(qū)間為驅(qū)動(dòng)工況,其輪速大于車(chē)速,車(chē)輪相對(duì)地面滑轉(zhuǎn),對(duì)應(yīng)的λ值稱為滑轉(zhuǎn)率。λ在0%～100%為制動(dòng)工況,此時(shí)車(chē)速大于輪速,車(chē)輪相對(duì)地面滑移,λ稱為滑移率。幾個(gè)特殊點(diǎn)λ＝0、λ＝-l00%和λ＝100%分別對(duì)應(yīng)車(chē)輪自由滾動(dòng)、車(chē)輪純空轉(zhuǎn)和車(chē)輪被完全抱死狀態(tài)。ABS制動(dòng)系統(tǒng)把λ控制在λk附近,既能使路面提供最大的制動(dòng)力,又能提供足夠大的側(cè)向附著力滿足車(chē)輛制動(dòng)時(shí)直線行駛穩(wěn)定性和操縱穩(wěn)定性。

汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉式中λ在-l00%～+l00%范圍內(nèi)變化：汽車(chē)電子控制技術(shù)39６.3單輪車(chē)輛系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

6.3.1車(chē)輪制動(dòng)狀態(tài)數(shù)學(xué)模型

為研究防抱死制動(dòng)的控制過(guò)程和它在縱向平面的特性，車(chē)輛可簡(jiǎn)化為單輪車(chē)輛系統(tǒng)。由于車(chē)速通常是指直線運(yùn)動(dòng)速度,輪速用角速度表示,故在后文中車(chē)速用V表示,車(chē)輪角速度用ω表示。由此可得車(chē)輪和整車(chē)的運(yùn)動(dòng)微分方程分別為:

汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉６.3單輪車(chē)輛系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型6.3.1車(chē)輪制動(dòng)狀態(tài)數(shù)學(xué)模型406.3.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型汽車(chē)的制動(dòng)回路主要由制動(dòng)踏板、主制動(dòng)缸、控制閥、輪缸及速度傳感器等組成。根據(jù)液壓控制閥的位置可使制動(dòng)器對(duì)應(yīng)三種不同狀態(tài)：當(dāng)控制閥使油源與輪缸接通,制動(dòng)缸增壓；控制閥關(guān)閉,制動(dòng)缸保壓；控制閥使制動(dòng)器和回油路相通,制動(dòng)缸減壓。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉6.3.2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型汽車(chē)的制動(dòng)回路主要由制動(dòng)踏板、主41在進(jìn)行系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)時(shí),為了簡(jiǎn)化系統(tǒng),可在常用的工作壓力點(diǎn)線性化：

dP／dt=uk0 u=1(增壓）；-1（減壓）；0（保壓）作用在車(chē)輪上的制動(dòng)力矩的變化率為:dTb／dt=ukb u=1(增壓）；-1（減壓）；0（保壓）考慮到制動(dòng)缸在增壓和減壓時(shí)需要不同的變化率以滿足不同的使用性能,則作用在車(chē)輪上的制動(dòng)力矩的變化率可進(jìn)一步寫(xiě)成如下的形式∶dTb／dt=U

U=Ui(增壓）；Ud（減壓）；0（保壓）汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉在進(jìn)行系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)時(shí),為了簡(jiǎn)化系統(tǒng),可在常用的工作壓力點(diǎn)線426.4ABS邏輯控制算法

防抱死制動(dòng)的目的是為了把車(chē)輪的滑移率控制在λk附近,使路面的附著系數(shù)得到最充分的發(fā)揮。那么,應(yīng)以哪些參數(shù)作為控制目標(biāo)才能使控制的效能最佳?事實(shí)上,有不同的方法都可以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo),但每種方法將以不同的規(guī)律逼近期望的點(diǎn)。為了了解各種方法的特點(diǎn),下面先分析現(xiàn)今車(chē)輛上普遍采用的邏輯控制算法,為分析和了解其它算法提供必要的基礎(chǔ)。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉6.4ABS邏輯控制算法防抱死制動(dòng)的目的是為了把車(chē)輪的436.4.1簡(jiǎn)單邏輯控制算法總的制動(dòng)力：制動(dòng)最大減速度：角減速度超過(guò)極限：車(chē)輪可能出現(xiàn)抱死。最簡(jiǎn)單的ABS控制邏輯為：雙門(mén)限控制邏輯汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉6.4.1簡(jiǎn)單邏輯控制算法汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程446.4.2以車(chē)輪加、減速度和滑移率結(jié)合

的邏輯控制

1.參考車(chē)速和滑移率的計(jì)算

為了適應(yīng)路面特牲的變化,必須通過(guò)相應(yīng)的邏輯條件識(shí)別出這些變化,再對(duì)控制邏輯作相應(yīng)的修改,使車(chē)輛在不同運(yùn)行環(huán)境下都能取得最佳的效果。為此引入了車(chē)輪的滑移率作為輔助的門(mén)限值,與車(chē)輪負(fù)加速組合成雙參數(shù)邏輯控制算法。要確定滑轉(zhuǎn)率要用到車(chē)體速度。測(cè)定車(chē)體速度有接觸式和非接觸式兩種方法,采用非接觸式測(cè)定(如多譜勒儀)價(jià)格較高。

汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉6.4.2以車(chē)輪加、減速度和滑移率結(jié)合

的邏輯控制145采用接觸方式(如五輪儀),既不方便,其形態(tài)也難以被用戶所接受。故一般不采用直接測(cè)量的方法獲得實(shí)際車(chē)速,而是采用間接的方法由車(chē)輪的角速度和負(fù)加速度構(gòu)造車(chē)輛的參考速度： VRe=VRe0–aRet

2.大附著系數(shù)路面上的制動(dòng)控制

在制動(dòng)開(kāi)始階段輪缸壓力快速上升,車(chē)輪負(fù)加速度很快超出門(mén)限值-a,電磁閥從升壓切換到保壓狀態(tài),同時(shí)估算出參考車(chē)速和滑移率為λ1的門(mén)限曲線。在保壓階段,輪速繼續(xù)下降,當(dāng)輪速降至低于λ1門(mén)限值時(shí),電磁閥由保壓切換到減壓狀態(tài)。在減壓過(guò)程中,輪速過(guò)一段時(shí)間開(kāi)始回升,當(dāng)車(chē)輪的負(fù)加速度進(jìn)人-a門(mén)限又開(kāi)始保壓。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉采用接觸方式(如五輪儀),既不方便,其形態(tài)也難以被用戶所接受46若在規(guī)定的保壓時(shí)間內(nèi),車(chē)輪的加速度不能超過(guò)+a門(mén)限,則屬于低附著系數(shù)路面的情況。反之,若超過(guò)+a門(mén)限則繼續(xù)保壓。為了適應(yīng)附著系數(shù)不同的路況,如附著系數(shù)較大的情況,又設(shè)定了識(shí)別高附著系數(shù)路面的第二門(mén)限值+A。在繼續(xù)保壓過(guò)程中可能出現(xiàn)兩種情況,一是車(chē)輪的加速度沒(méi)超過(guò)第二門(mén)限+A就回到+a門(mén)限內(nèi),二是角加速度超過(guò)了第二門(mén)限值+A。對(duì)于前者,屬于一般附著系數(shù)路面。對(duì)后者則屬大附著系數(shù)路面,則要對(duì)輪缸進(jìn)行一次增壓,直至車(chē)輪的加速度低于+A門(mén)限,再保壓至低于+a門(mén)限。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉若在規(guī)定的保壓時(shí)間內(nèi),車(chē)輪的加速度不能超過(guò)+a門(mén)限,則屬于低473.小附著系數(shù)路面的制動(dòng)控制

在初始的l、2調(diào)節(jié)階段和大附著系數(shù)的路面相同。階段3首先有一段定時(shí)保壓階段,由于給定的時(shí)間內(nèi)車(chē)輪的加速度達(dá)不到+a門(mén)限,于是可以判定是小附著系數(shù)路面的情形,控制邏輯產(chǎn)生一個(gè)小的減壓-保壓脈沖,使車(chē)輪慢慢升速,然后再比較車(chē)輪加速度是否到+a門(mén)限,如低于此門(mén)限值再次產(chǎn)生減壓降壓--保壓脈沖,車(chē)輪繼續(xù)升速直至超過(guò)+值門(mén)限。到此階段3結(jié)束,并轉(zhuǎn)人第4階段一保壓階段。當(dāng)車(chē)輪加速度再次低于+a門(mén)限時(shí),保壓階段4結(jié)束。階段5是以增壓-保壓(脈沖方式)方式的慢速升壓過(guò)程,直至出現(xiàn)-a門(mén)限,到此第一個(gè)控制周期結(jié)束。

汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉3.小附著系數(shù)路面的制動(dòng)控制在初始的l、2調(diào)節(jié)階段和大附著48當(dāng)路面附著系數(shù)向大值突變,其識(shí)別方法是采用第二加速度門(mén)限值+A。而當(dāng)路面附著系數(shù)向小值躍變,則以第二滑移率門(mén)限值λ2作為識(shí)別依據(jù)。綜上所述，邏輯控制是把車(chē)輪的加速度分為(-a,+a,+A)幾個(gè)門(mén)限值,再輔之以車(chē)輪的滑移率門(mén)限值λl,λ2。在由下降信號(hào)切換到保壓的階段,在規(guī)定的定時(shí)間隔里監(jiān)測(cè)可能出現(xiàn)的幾種門(mén)限信號(hào)(+a,+A,λl,λ2)作為識(shí)別路面特性的依據(jù)。再根據(jù)識(shí)別結(jié)果,分別采用不同的控制邏輯,確保防抱死制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)路面狀況的跟蹤性能,在各種路面條件都能取得期望的制動(dòng)效果。

汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉當(dāng)路面附著系數(shù)向大值突變,其識(shí)別方法是采用第二加速度門(mén)限值+496.5ABS的整車(chē)控制技術(shù)

前面已講述了ABS的單輪控制技術(shù),是否可以把汽車(chē)的所有車(chē)輪均按前述的方法進(jìn)行控制就能達(dá)到期望的效果呢?若汽車(chē)的一側(cè)車(chē)輪在高附著系數(shù)路面行駛,另一側(cè)在低附著系數(shù)路面行駛(如冰面,這在我國(guó)東北地區(qū)的冬天經(jīng)?？赡苡龅降穆访鏃l伴)。按前面講述的單輪控制方式,各個(gè)車(chē)輪的滑移率都控制在峰值點(diǎn),于是左右兩側(cè)的制動(dòng)力不等使汽車(chē)產(chǎn)生側(cè)向偏轉(zhuǎn)。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉6.5ABS的整車(chē)控制技術(shù)前面已講述了ABS的單輪控制50只要適當(dāng)把前輪偏轉(zhuǎn)一定的角度,就能抵消制動(dòng)力不等所產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力矩,并保持汽車(chē)直線行駛的穩(wěn)定性。解決上述間題有不同的方法,最好的方法是基于汽車(chē)動(dòng)力學(xué)的綜合控制。因?yàn)槠?chē)期望的橫擺角速度由方向盤(pán)的輸人唯一確定,一但監(jiān)測(cè)到在制動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)了方向盤(pán)的轉(zhuǎn)角為零,而車(chē)輛的橫擺角速度不為零的情形。即可判定車(chē)輛當(dāng)前的工況是屬于路面特性的擾動(dòng)導(dǎo)致車(chē)輛非穩(wěn)態(tài)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。于是通過(guò)車(chē)輛行駛方向自動(dòng)控制系統(tǒng),把導(dǎo)向輪逆上述的非穩(wěn)態(tài)橫擺方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,就可抵消制動(dòng)過(guò)程中的非穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象,保證車(chē)輛在制動(dòng)過(guò)程中的直線行駛穩(wěn)定性。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉只要適當(dāng)把前輪偏轉(zhuǎn)一定的角度,就能抵消制動(dòng)力不等所產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)51由汽車(chē)動(dòng)力學(xué)綜合控制系統(tǒng)可以滿足車(chē)輛在備種路面條件下的操縱定性，但要增加方向轉(zhuǎn)角和汽車(chē)橫擺角速度傳感器及驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向輪偏轉(zhuǎn)的自動(dòng)控制系統(tǒng),提高了裝車(chē)成本。因此，最為實(shí)用的方法就是通過(guò)ABS自身的整車(chē)布置方式和整車(chē)控制技術(shù)來(lái)滿足車(chē)輛在不同路面條件下的操縱性與穩(wěn)定性。6.5.1整車(chē)布置形式如前所述，ABS單輪控制技術(shù)的本質(zhì)是把車(chē)輪的滑移率控制在μb-λ的峰值點(diǎn)。因此,在制動(dòng)時(shí)可保證取得最短的制動(dòng)距離和轉(zhuǎn)向時(shí)的操縱穩(wěn)定性。

汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉由汽車(chē)動(dòng)力學(xué)綜合控制系統(tǒng)可以滿足車(chē)輛在備種路面條件下的操縱定52

l.四傳感器四通道布置方式

四個(gè)傳感器和四個(gè)液壓控制通道的ABS系統(tǒng)有：按前后方式布置（即前后輪缸分別采用不同的液壓回路）按對(duì)角(X形方式)方式布置（即處在對(duì)角線上的兩個(gè)輪缸采用同一液壓回路）。由于每個(gè)車(chē)輪都具有一個(gè)輪速傳感器和一個(gè)液壓通道,因而可對(duì)每個(gè)車(chē)輪實(shí)現(xiàn)任意目標(biāo)的控制,使ABS總體性能達(dá)到最佳狀態(tài)。如果簡(jiǎn)單地把每個(gè)車(chē)輪的滑移率都控制在μb-λ曲線的峰值點(diǎn),在對(duì)稱路面,可使制動(dòng)距離最短,又能保持較好的操縱性；但在非對(duì)稱路面,將在左右兩側(cè)車(chē)輪上產(chǎn)生不同的制動(dòng)力,使汽車(chē)很難保持它原來(lái)的行駛方向,方向穩(wěn)定性惡化。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉l.四傳感器四通道布置方式汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程53

2.四傳感器三通道系統(tǒng)

四傳感器三通道ABS的布置方式兩種形式：對(duì)角形式布置（由機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)車(chē)輪低選控制）和電子控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低選控制。在兩種布置方式中,兩前輪都是采用獨(dú)立控制,而后輪將以兩前輪中較易抱死的車(chē)輪所施加的制動(dòng)力矩作為標(biāo)準(zhǔn),按選低的方式對(duì)后輪施加相等的制動(dòng)力矩進(jìn)行控制。這種布置與低選控制方式組合的結(jié)果改善了汽車(chē)在非對(duì)稱路面制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性,但制動(dòng)距離會(huì)有所增加。由此可見(jiàn),ABS的某些性能指標(biāo),如穩(wěn)定性和制動(dòng)距離是相互矛盾的。在改善其中一項(xiàng)性能指標(biāo)的同時(shí),可能會(huì)伴隨另一項(xiàng)指標(biāo)的降低。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉2.四傳感器三通道系統(tǒng)四傳感器三通道ABS的布置方式兩種54所以在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí),必須進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),使各項(xiàng)性能指標(biāo)加權(quán)后的總體性能指標(biāo)為最佳。

3.三傳感器三通道系統(tǒng)

該系統(tǒng)通常為前后布置方式,兩前輪采用獨(dú)立控制方式,兩后輪取差速器的轉(zhuǎn)速信號(hào),并由同一液壓管路控制。這種布置方式,其后輪僅適于采用低選控制方式。4.四傳感器二通道系統(tǒng)

這是按對(duì)角方式布置的ABS所用的簡(jiǎn)易系統(tǒng)。前輪一殷采用獨(dú)立控制,后輪控制兩種形式：定比例減壓閥和低選控制閥。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉所以在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí),必須進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),使各項(xiàng)性能指標(biāo)加權(quán)后的總55

綜上所述,ABS總體性能與通道數(shù)和傳感器數(shù)目有關(guān),一般而言,傳感器和通道數(shù)目愈多,則ABS的住能愈好。四傳感器四通道ABS系統(tǒng)是最完備的布置方式,由于各個(gè)車(chē)輪均能任意設(shè)定它的控制目標(biāo),因而可取得最佳的效果。但如果所有車(chē)輪均采用獨(dú)立控制,則會(huì)導(dǎo)致汽車(chē)在非對(duì)稱路面失去方向穩(wěn)定性。而簡(jiǎn)單地按低選方式進(jìn)行控制,則四傳感器四通道ABS系統(tǒng)就降低到四傳感器三通道ABS系統(tǒng)、甚至四傳感器二通道ABS系統(tǒng)的性能,使部分控制通道的潛力得不到充分的發(fā)揮,造成資源浪費(fèi)?？梢?jiàn),前輪獨(dú)立控制,后輪按低選控制僅在二通道或三通道的非完備ABS系統(tǒng)才有實(shí)用的價(jià)值。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉綜上所述,ABS總體性能與通道數(shù)和傳感器數(shù)目有關(guān),一般而言56對(duì)四傳感器四通道ABS系統(tǒng),必須研究分析整車(chē)控制技術(shù),使全部的控制通道在各種路況均能充分發(fā)揮它們的作用,以保證ABS總體性能最佳。從ABS系統(tǒng)的幾種布置形式可以看出,ABS系統(tǒng)通常由二路獨(dú)立的液壓回路組成,并布置成前后或?qū)莾煞N形式,且不因傳感器和控制通道的數(shù)目不同而異。其目的旨在提高ABS系統(tǒng)的可靠性,萬(wàn)一偶然的原因,導(dǎo)致其中的一個(gè)液壓回路失效,另一液壓回路也能照常工作,且不降低系統(tǒng)的操縱性、穩(wěn)定性,只是制動(dòng)效能降低一半,制動(dòng)距離隨之增加而已。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉對(duì)四傳感器四通道ABS系統(tǒng),必須研究分析整車(chē)控制技術(shù),使全部576.5.2非對(duì)稱路面的整車(chē)控制技術(shù)采用單輪獨(dú)立控制方式，可最大限度地利用路面附著力，縮短制動(dòng)距離。但在非對(duì)稱路面必然導(dǎo)致兩側(cè)車(chē)輪制動(dòng)力不等，使車(chē)輛向高μ側(cè)路面偏轉(zhuǎn)。按附著系數(shù)取低的方式控制，雖消除了偏轉(zhuǎn)力矩，改善了方向穩(wěn)定性，但導(dǎo)致制動(dòng)距離增加?；谶@兩種控制方式的特點(diǎn)，目前使用產(chǎn)品一般采用修正的單輪控制方式，它是對(duì)前述兩種方式的綜合。既兼顧了制動(dòng)距離，又兼顧了行駛方向穩(wěn)定性。下面介紹修正單輪控制的基本思想。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉6.5.2非對(duì)稱路面的整車(chē)控制技術(shù)采用單輪獨(dú)立控制方式，581.單輪修正控制算法與實(shí)時(shí)模擬系統(tǒng)時(shí)模擬試驗(yàn)的軟硬件系統(tǒng)如圖52,該系統(tǒng)的工作原理：計(jì)算機(jī)依據(jù)車(chē)輛模型、制動(dòng)器模型及輪胎模型，在給定的初始條件和制動(dòng)作用下，計(jì)算出車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(包括四個(gè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速)。然后把計(jì)算出的輪速通過(guò)D／A變換為模擬電壓輸出，經(jīng)電壓一頻率變換為脈沖信號(hào)輸入到ABS控制器，其效果相當(dāng)于ABS真實(shí)地從輪速傳感器接收脈沖信號(hào)一樣?；谀M的脈沖信號(hào)，ABS控制器按確定的控制算法計(jì)算出給四個(gè)車(chē)輪電磁閥的控制信號(hào)，調(diào)節(jié)制動(dòng)氣室內(nèi)的工作壓力。再將壓力狀態(tài)反饋給計(jì)算機(jī)，根據(jù)制動(dòng)器的模型被轉(zhuǎn)換成制動(dòng)力矩。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉1.單輪修正控制算法與實(shí)時(shí)模擬系統(tǒng)時(shí)模擬試驗(yàn)的軟硬件系統(tǒng)如圖59在這一制動(dòng)力矩的作用下，把上一時(shí)刻的輸出狀態(tài)作為本次計(jì)算的初值，于是依據(jù)ABS的動(dòng)態(tài)模型又可計(jì)算出車(chē)輛在下一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并再次把輪速脈沖信號(hào)發(fā)送給ABS控制器。周而復(fù)始，至車(chē)速為零時(shí)制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。由于模擬計(jì)算步長(zhǎng)與硬件模擬系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制的步長(zhǎng)一致，于是就形成了一個(gè)實(shí)時(shí)閉環(huán)軟硬件混合模擬系統(tǒng)，混合模擬試驗(yàn)方法不僅可用來(lái)測(cè)試ABS系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，也可用來(lái)分析研究構(gòu)成ABS系統(tǒng)硬件裝置的性能，是ABS系統(tǒng)前期開(kāi)發(fā)的有效工具。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉在這一制動(dòng)力矩的作用下，把上一時(shí)刻的輸出狀態(tài)作為本次計(jì)算的初602.單輪修正控制算法是在單輪控制方式和低選控制方式兩者之間進(jìn)行折衷控制，對(duì)處于低附著系數(shù)的車(chē)輪按自己的門(mén)限條件進(jìn)行控制，處于高附著系數(shù)的車(chē)輪則在低附著側(cè)壓力的基礎(chǔ)上，適量地逐步增加一個(gè)變化的壓力差。其工作原理(參見(jiàn)圖53)是處于低附著系數(shù)的車(chē)輪(假定為左輪)到達(dá)減速度門(mén)限時(shí)開(kāi)始減壓，處于高附著系數(shù)車(chē)輪(右輪)則開(kāi)始保壓，左輪減壓結(jié)束時(shí)車(chē)輪減速度達(dá)到加速度門(mén)限，則左輪開(kāi)始保壓，而右輪則保壓結(jié)束開(kāi)始減壓，汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉2.單輪修正控制算法是在單輪控制方式和低選控制方式兩者之間進(jìn)61減壓幅度為左輪減壓幅度乘以修正系數(shù)0<α<1，減壓結(jié)束后右輪又開(kāi)始保壓，直到左輪低于加速度門(mén)限時(shí)，則兩輪同時(shí)進(jìn)入小步長(zhǎng)增壓階段。這樣每個(gè)ABS循環(huán)結(jié)束形成一個(gè)壓力差，隨著ABS循環(huán)的繼續(xù)，其壓差逐步增加。模擬試驗(yàn)結(jié)果分別對(duì)四種控制方式(無(wú)ABS，單輪獨(dú)立控制IC／IC，低選控制SL／IC，單輪修正控制MIC／IC)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程如圖54汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉減壓幅度為左輪減壓幅度乘以修正系數(shù)0<α<1，減壓結(jié)束后右輪62在四種控制方式中，低選方式制動(dòng)距離最長(zhǎng)(見(jiàn)圖55(a))，無(wú)ABS系統(tǒng)與單輪修正方式的制動(dòng)距離十分接近，且介于低選和單輪方式之間。僅從制動(dòng)距離方面評(píng)價(jià)，單輪獨(dú)立控制效果最優(yōu)，低選方式效果最差。圖55(b)為制動(dòng)結(jié)束時(shí)，車(chē)輛的橫向位移和橫擺角試驗(yàn)結(jié)果，圖55(c)是制動(dòng)過(guò)程中，車(chē)輛的橫向速度和橫擺角速度測(cè)試結(jié)果。由此可見(jiàn)，單從方向穩(wěn)定性方面評(píng)價(jià)，無(wú)ABS系統(tǒng)最差，以低選控制方式為最優(yōu)。單輪修正方式再次介于單輪控制方式和低選控制方式之間。就制動(dòng)距離和方向穩(wěn)定性兩項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，則修正的單輪控制方式為最優(yōu)。汽車(chē)電子控制技術(shù)重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院汽車(chē)系張偉在四種控制方式中，低選方式制動(dòng)距離最長(zhǎng)(見(jiàn)圖55(a))，無(wú)636