金彪

摘要：目前ABS已經(jīng)成為公交車的標(biāo)配，EBD能夠有效輔助ABS制動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)一步提高制動(dòng)效能縮短制動(dòng)距離，確保車輛平穩(wěn)行駛。本文首先闡述了ABS/EBD在不同附著情況下的控制策略，然后基于滑移率選取最佳控制策略為研究對(duì)象，建立Carsim的車輛動(dòng)力學(xué)模型，并以Carsim對(duì)ABS/EBD控制數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真模擬，最后通過(guò)數(shù)據(jù)分析得到ABS較為適用PID控制算法，EBD較為適用邏輯門限控制算法進(jìn)行車輛制動(dòng)控制。

關(guān)鍵詞：ABS/EBD；仿真分析；控制策略

引言

穩(wěn)定的制動(dòng)方向、短距離制動(dòng)以及對(duì)附著系數(shù)的利用是ABS最顯著的特點(diǎn)。然而在汽車制動(dòng)系統(tǒng)中還有很多的控制缺陷并不是ABS所能解決的。最突出的就是當(dāng)車輪滑移率比較小，還沒(méi)出現(xiàn)在ABS可以監(jiān)測(cè)的范圍內(nèi)，制動(dòng)壓力在每個(gè)車輪上分配均勻，但是前車輪和后車輪已經(jīng)出現(xiàn)對(duì)載荷分配的異常改變，前車輪和后車輪沒(méi)有同時(shí)達(dá)到滑移時(shí)間的最佳點(diǎn)。本文相對(duì)于單一的ABS、EBD在功能上進(jìn)行了一些調(diào)整，它在汽車進(jìn)行制動(dòng)的時(shí)候，不斷地對(duì)每一個(gè)輪胎與地面的摩擦狀況進(jìn)行計(jì)算，并且對(duì)制動(dòng)裝置實(shí)時(shí)加以改變，使制動(dòng)與摩擦達(dá)到相對(duì)平衡狀態(tài)，從而保證車輛制動(dòng)安全。

1 ABS/EBD控制策略分析

1.1 直線行駛制動(dòng)時(shí)的EBD控制策略

（1）綜合控制減速度與滑移率

EBD的介入控制是根據(jù)車輛制動(dòng)時(shí)速度下降的幅度不能超過(guò)減速度閥值，或者車速下降時(shí)的滑移率不得高于設(shè)定值。

（2）采用濾波后的后輪減速度與車減速度差值進(jìn)行控制

上述對(duì)滑移率進(jìn)行控制存在一定的技術(shù)難度，因?yàn)榛坡实膮⒖甲兞渴禽喫俣龋糨喫俨痪_，則會(huì)使滑移率出現(xiàn)偏差，進(jìn)而影響EBD對(duì)應(yīng)的制動(dòng)力分配。若對(duì)車速和輪速進(jìn)行濾波，排除干擾參數(shù)，則會(huì)有效提高速度的精確度。

（3）基于輪胎影響因素（胎壓和溫度）下的滑移率控制

由于考慮到了輪胎的內(nèi)部因素，所以該種控制方式更加精確可靠。但是這種控制模式需要壓力傳感器來(lái)測(cè)量車輛載荷動(dòng)態(tài)變化，測(cè)得的壓力數(shù)據(jù)和輪胎轉(zhuǎn)速是滑移率的重要參考數(shù)值。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，該模式下EBD的響應(yīng)速度更加快速、準(zhǔn)確。

1.2 轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)的EBD控制策略

車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于受到離心力的作用，外側(cè)車輪比內(nèi)側(cè)車輪更易受到側(cè)向擠壓，同時(shí)外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速比內(nèi)側(cè)車輪快。在此情況下，對(duì)制動(dòng)滑移率進(jìn)行計(jì)算時(shí)時(shí)，即使滑移率不等于零，汽車的內(nèi)側(cè)車輪也沒(méi)有發(fā)生滑移，但是內(nèi)后側(cè)車輪受這樣的情況的影響更大。下列即為補(bǔ)償輪速和內(nèi)后輪修正輪速的計(jì)算步驟：

補(bǔ)償輪速=（兩前輪輪速的差值+兩后輪輪速的差值）除以因數(shù)k；內(nèi)后輪修正輪速=傳感器測(cè)得的輪速+補(bǔ)償輪速；其中因數(shù)k可以由參考文獻(xiàn)來(lái)獲取，k范圍為（1.5～4）。

1.3 ABS控制策略

1.3.1 ABS的控制機(jī)理及控制參數(shù)

通常情況下，路面附著系數(shù)不會(huì)完全相同，在車輪快要出現(xiàn)抱死現(xiàn)象時(shí)，能夠根據(jù)車速求出滑移率。為了避免車輪出現(xiàn)抱死的情況，必須在車輪制動(dòng)的每個(gè)環(huán)節(jié)中，利用保壓、增壓以及減壓等措施來(lái)讓車輪的滑移率維持在最佳值。

1.3.2 ABS的控制方法

（1）基于車輪加、減速度門限值的邏輯門限值控制法

一般情況下，成熟的ABS產(chǎn)品選擇的是邏輯門限的方法。邏輯門限值控制法中的門限值及保壓時(shí)間是通過(guò)長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的方法，沒(méi)有系統(tǒng)的、完整的數(shù)學(xué)模型，所以該種方式存在缺陷，無(wú)法到達(dá)最佳滑移率，存在一定的波動(dòng)范圍，所以穩(wěn)定性欠缺。

（2）基于車輪滑移率的控制法

本文采用PID控制策略實(shí)現(xiàn)ABS控制。由于PID控制較為簡(jiǎn)單，既不需要數(shù)學(xué)模型復(fù)雜的計(jì)算，也不需要線性調(diào)節(jié)。所以設(shè)定控制變量為實(shí)際滑移率與目標(biāo)滑移率差值e，即e=λ2-λ1（λ1為目標(biāo)滑移率）。PID控制器根據(jù)差值e計(jì)算控制壓力傳輸給ECU，ECU控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出相應(yīng)改變，并把反饋信號(hào)傳輸給PID控制器形成控制策略閉環(huán)。

2基于Carsim軟件的車輛動(dòng)力學(xué)建模

2.1Carsim軟件簡(jiǎn)介

CarSim是一款車輛動(dòng)力學(xué)的仿真軟件。主要有以下特點(diǎn)：使用方便、有良好的擴(kuò)展性、運(yùn)算迅速、價(jià)格較低、仿真精確、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件。

2.2Carsim模型的建立

2.2.1輪胎建模

CarSim輪胎模型可以設(shè)置為內(nèi)部和外部?jī)煞N模型。本文仿真將采用郭孔輝教授提出外接統(tǒng)一輪胎模型。

2.2.2懸架模型

懸架模型主要有基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立前后懸架模型，主要包括下面兩部分，具體為運(yùn)動(dòng)學(xué)與彈性運(yùn)動(dòng)學(xué)。利用ADAMS的懸架模型進(jìn)行仿真分析就能獲得K&C特性參數(shù)，并且將參數(shù)與懸架K&C試驗(yàn)臺(tái)得出的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以此檢驗(yàn)?zāi)Ｐ褪欠駵?zhǔn)確。

2.2.3制動(dòng)系統(tǒng)模型

制動(dòng)系統(tǒng)模型包含多個(gè)參考數(shù)值圖形，主要有制動(dòng)力矩曲線，制動(dòng)壓力分配比例曲線，流體動(dòng)力學(xué)參數(shù)，ABS關(guān)閉和開啟的滑移率門限值等等。

2.2.4液壓調(diào)節(jié)器建模

HCU子系統(tǒng)的輸入為控制信號(hào)，控制信號(hào)1、2、3分別表示增壓、保壓以及減壓；Multiport Switch模塊表示的是控制輸入端，在控制信號(hào)進(jìn)入輸入端時(shí)，如果是第一個(gè)控制信號(hào)，那么該模塊的第一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端將會(huì)被觸發(fā)，該模塊將會(huì)輸出它上方的第2個(gè)輸入端的信號(hào)。

MultiportSwitch模塊的輸入端，通過(guò)積分模塊的作用，輸入端的數(shù)據(jù)將會(huì)變?yōu)镻w。車輛模型子系統(tǒng)的輸入流程為：PwX Kpb= Brake Torque其中Pw為HCU子系統(tǒng)；Kpb為制動(dòng)效能因數(shù)。通過(guò)計(jì)算Mux模塊和Relative Slip模塊確定滑移率然后傳輸給HCU系統(tǒng)。

3 ABS/EBD仿真結(jié)果分析

本文在研究時(shí)選用的是兩輪車輛模型和UnitireModel輪胎模型，通過(guò)Matlab/Simulink與Carsim對(duì)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行仿真，并運(yùn)用EBD算法進(jìn)行控制。

在對(duì)分離路面進(jìn)行仿真過(guò)程中，控制方法保持不變，只改變對(duì)路面狀況。與直線工況相比，轉(zhuǎn)彎時(shí)的路況十分復(fù)雜。因此，在滿載時(shí)，其仿真結(jié)果不理想，后輪的制動(dòng)力比較小。綜上所述，必須同時(shí)對(duì)路面和載荷進(jìn)行識(shí)別，在制動(dòng)時(shí)實(shí)行滑移率尋優(yōu)。

根據(jù)仿真結(jié)果分析，PID和邏輯門限控制算法在空載時(shí)得到較好的仿真結(jié)果。車輛滿載仿真圖像顯示前后制動(dòng)力分配在理想曲線下方。不過(guò)PID存在固有缺陷，在不同的路況和負(fù)載下無(wú)法與理想曲線完全重合，所以要根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整PID控制器參數(shù)值。若應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制法對(duì)參數(shù)自動(dòng)調(diào)整反饋，將會(huì)趨近于理想曲線，同時(shí)也可以驗(yàn)證最佳滑移率。

4結(jié)論

本文探討和驗(yàn)證不同情境下的ABS和EBD的控制策略，利用Carsim軟件進(jìn)行車輛動(dòng)力學(xué)建模取得了較好地模擬效果。主體思路的最佳選擇是在EBD控制之后，采用前后輪滑移率差作為PID的控制變量。區(qū)別于不同行駛狀態(tài)下，選擇直線狀態(tài)和轉(zhuǎn)彎狀態(tài)的最佳控制策略。同時(shí)根據(jù)路面附著系數(shù)的不同，利用EBD控制算法驗(yàn)證在滿載和空載條件下轉(zhuǎn)彎制動(dòng)，確定ABS使用PID控制策略、EBD使用邏輯門限控制策略能夠取得良好的試驗(yàn)效果，有效提升車輛的制動(dòng)安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉國(guó)福.基于PSPICE的ABS輪速信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)[J].汽車電器，2013（3）.

[2]徐能偉.汽車制動(dòng)防抱死與電子制動(dòng)力分配的探討[J].公路與汽運(yùn)，2014（2）：4-6.