車輛防抱死制動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)研究*

吳俊

武漢商學(xué)院 湖北 武漢 430000

概述

當(dāng)車輛行駛時(shí)，駕駛員需要通過制動(dòng)來控制車輛行駛速度。由于路面狀況時(shí)刻變化且車輛自身載荷也不同，這就促使車輛制動(dòng)且特別是緊急制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)效果也大不相同，傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)雖然能夠獲得車輛行駛時(shí)的制動(dòng)力，但難以獲取穩(wěn)定的制動(dòng)效果，特別當(dāng)車輛處于濕滑的行駛工況時(shí)，不穩(wěn)定的制動(dòng)效果往往帶來車輛制動(dòng)時(shí)的側(cè)滑，甚至于翻車撞車等事故，給車內(nèi)乘員及路面行人帶來巨大安全隱患。因此，車輛防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的出現(xiàn)，可有效避免制動(dòng)時(shí)車輛不穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生。

1 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)控制原理

車輛防抱死系統(tǒng)能夠根據(jù)當(dāng)前車輪工況，自動(dòng)判定何時(shí)介入工作，通過系統(tǒng)自身所安裝的調(diào)壓裝置對(duì)車輪制動(dòng)力進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，從而達(dá)到防止車輪因制動(dòng)力過大而發(fā)生抱死現(xiàn)象的目的，在保證制動(dòng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上最大程度調(diào)節(jié)車輪制動(dòng)力，以期獲取制動(dòng)力大小和制動(dòng)穩(wěn)定性的平衡。

1.1 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)組成

防抱死制動(dòng)系統(tǒng)主要由輪速傳感器、電子控制器和液壓控制單元三部分組成。

（1）輪速傳感器。輪速傳感器能夠?qū)④囕喌霓D(zhuǎn)速不間斷地傳遞給防抱死制動(dòng)系統(tǒng)控制器，根據(jù)工作原理的不同，輪速傳感器主要分為電磁感應(yīng)式輪速傳感器和霍爾效應(yīng)式輪速傳感器，由于電磁感應(yīng)式輪速傳感器為無源部件，且抗干擾效果較好，故廣泛應(yīng)用于目前的車用輪速傳感器[1]。

（2）制動(dòng)防抱死系統(tǒng)電子控制器。制動(dòng)防抱死系統(tǒng)電子控制器是系統(tǒng)控制中樞，通過接收由4個(gè)車輪傳感器傳遞輪速信號(hào)，經(jīng)過內(nèi)部放大、A/D轉(zhuǎn)換、計(jì)算后得出車輛參考車速、車輪減速度值，再經(jīng)運(yùn)算得出當(dāng)前車輛滑移率大小，并將計(jì)算值與參考值進(jìn)行對(duì)比，最終發(fā)出車輛制動(dòng)力大小控制指令以期獲取良好的制動(dòng)穩(wěn)定性。同時(shí)，電子控制器還具有故障自診斷功能，對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，在系統(tǒng)零部件出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息并斷開制動(dòng)系統(tǒng)控制功能，此時(shí)車輛僅能滿足基礎(chǔ)機(jī)械制動(dòng)功能。

（3）液壓控制單元。液壓控制單元通過控制安裝于內(nèi)部的電磁閥來對(duì)制動(dòng)力進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)?？刂茊卧挥谲囕v制動(dòng)主缸和輪缸之間，接受來自于防抱死系統(tǒng)電子控制器指令，通過控制電磁閥、液壓泵進(jìn)而直接或間接地控制進(jìn)入輪缸的制動(dòng)液壓力，其工作頻率往往處于15-20次/S，遠(yuǎn)大于駕駛員自身踩踏板頻率，因?yàn)榭捎行У孬@取最大制動(dòng)效能，避免制動(dòng)尤其是緊急制動(dòng)時(shí)車輪的抱死現(xiàn)象。

1.2 制動(dòng)防抱死系統(tǒng)控制原理

制動(dòng)防抱死系統(tǒng)控制包含常規(guī)制動(dòng)、增壓制動(dòng)、保壓過程和減壓過程4個(gè)階段。系統(tǒng)通過調(diào)整制動(dòng)力大小從而達(dá)到調(diào)整車輛滑移率的目的，進(jìn)而保證車輛制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。車輛開始制動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)為確保最大程度利用路面附著情況，此時(shí)車輛為常規(guī)機(jī)械制動(dòng)階段。車輪制動(dòng)力急速升高且車輪趨于抱死，此過程中，防抱死系統(tǒng)雖沒有介入工作但其仍監(jiān)控車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，待車輪由于急速升高的制動(dòng)力導(dǎo)致將要發(fā)生抱死現(xiàn)象時(shí)，電子控制器迅速向液壓控制單元發(fā)出減壓指令，車輪由于制動(dòng)力下降而轉(zhuǎn)速上升且滑移率下降。當(dāng)車輛滑移率下降至圖示穩(wěn)定區(qū)間內(nèi)時(shí)，液壓控制單元通過電磁閥動(dòng)作關(guān)閉減壓和增壓通道，制動(dòng)器壓力隨即保持力求延長(zhǎng)高附著系數(shù)工作時(shí)間。若制動(dòng)力下降至滑移率處于10%以內(nèi)，則此時(shí)車輛附著系數(shù)處于低值，車輛穩(wěn)定性差。電子控制器發(fā)出增壓指令，液壓控制單元通過驅(qū)動(dòng)液壓泵和內(nèi)部電磁閥打開制動(dòng)器增壓通道，制動(dòng)系統(tǒng)加壓，車輪由于制動(dòng)力升高而轉(zhuǎn)速重新下降且滑移率升高。制動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)將以較高頻率對(duì)車輪制動(dòng)力進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，通過改變滑移率來獲取最大程度的附著系數(shù)，提高車輛制動(dòng)穩(wěn)定性。

2 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)

由于車輛行駛是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，具有涉及變量多且受外界環(huán)境影響變化大的特點(diǎn)，而理論上對(duì)車輛制動(dòng)過程的研究往往是簡(jiǎn)化其力學(xué)和數(shù)學(xué)模型來實(shí)現(xiàn)，理論計(jì)算值與實(shí)際值之間的偏差將會(huì)影響車輛制動(dòng)尤其是緊急制動(dòng)時(shí)的性能，如何通過最優(yōu)的算法來實(shí)現(xiàn)最大程度制動(dòng)控制的精確性，便可直接提升車輛制動(dòng)穩(wěn)定性，從而進(jìn)一步提高車輛的制動(dòng)效能。目前，車輛防抱死制動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)主要有邏輯門限控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制以及模糊控制三種[2]。

2.1 邏輯門限控制技術(shù)

邏輯門限制是目前應(yīng)用最為廣泛的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)，電子控制器以車輪的角減速度為控制門檻值，以車輛滑移率S作為輔助門檻值，取車輪速度作為車輛的參考車速，那么當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，若車輪的角減速度達(dá)到減速度門檻值且滑移率S小于輔助門檻值，則制動(dòng)液壓油壓力將進(jìn)入保壓通道。當(dāng)滑移率S大于輔助門檻值，則制動(dòng)液壓油壓力將進(jìn)入減壓通道，此時(shí)車輪角減速度減小，重新達(dá)到其門檻值時(shí)，制動(dòng)液熱壓油壓力重新進(jìn)入保壓通道。此時(shí)，由于車輛慣性作用，車輪角減速度轉(zhuǎn)換為角加速度值，而進(jìn)一步越過門檻值，此時(shí)應(yīng)使制動(dòng)液壓油進(jìn)入增壓通道而限制車輪轉(zhuǎn)速進(jìn)一步增加。當(dāng)車輪叫加速度值重新回落至門檻值時(shí)，制動(dòng)液壓油進(jìn)入保壓通道。當(dāng)車輪角加速度進(jìn)入門檻值以內(nèi)時(shí)，則制動(dòng)液壓油壓力重新進(jìn)入增壓通道，以便進(jìn)入高附著系數(shù)區(qū)域力圖充分利用路面附著情況維持制動(dòng)時(shí)車輛的穩(wěn)定。最后當(dāng)車輪角減速度重新回落至門檻值時(shí)，電子控制器將進(jìn)入下一個(gè)工作循環(huán)，如此往復(fù)直至車輛最終停止。邏輯門限控制技術(shù)控制方式較成熟，控制簡(jiǎn)單且可靠性較好，但由于門檻值及壓力控制時(shí)間等參數(shù)通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)而得出，缺乏必要的理論依據(jù)，對(duì)于復(fù)雜度大的路況往往無法獲得好的制動(dòng)效能及穩(wěn)定性，故為了克服上述缺點(diǎn)，研究人員提出基于模糊控制技術(shù)的車輛防抱死制動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)，從而達(dá)到更加高效的制動(dòng)效能及穩(wěn)定性。

2.2 模糊控制技術(shù)

模糊控制技術(shù)是基于模糊理論發(fā)展而來的一種新的控制技術(shù)，具有不依賴對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)可以對(duì)車輛制動(dòng)工況下不確定性的對(duì)象和非線性的對(duì)象進(jìn)行控制，控制系統(tǒng)魯棒性強(qiáng)，可有效改善車輛制動(dòng)效能和穩(wěn)定性，道路適應(yīng)性強(qiáng)。模糊控制系統(tǒng)通過模糊邏輯控制器將滑移率誤差和滑移率變化量作為系統(tǒng)輸入，經(jīng)控制器計(jì)算而得的輸出量作為制動(dòng)分泵壓力控制信號(hào)從而確定制動(dòng)防抱死系統(tǒng)液壓控制單元的壓力調(diào)節(jié)值（如圖1所示）。根據(jù)輸入、輸出變量關(guān)系，建立模糊控制規(guī)則表，結(jié)合模糊邏輯控制器可將車輛制動(dòng)防抱死模型通過MATLAB/Simulink軟件進(jìn)行仿真，分別生成車輪制動(dòng)壓力、滑移率及制動(dòng)距離隨時(shí)間變化曲線，得到制動(dòng)距離與制動(dòng)穩(wěn)定性相互協(xié)調(diào)的仿真結(jié)果，相較于邏輯門限控制方法，制動(dòng)效能及穩(wěn)定性可顯著提升[3]。

圖1 模糊控制系統(tǒng)框圖

3 結(jié)束語

綜上所述，車輛采用制動(dòng)防抱死系統(tǒng)可顯著提升車輛制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性及效能，通過改進(jìn)防抱死制動(dòng)控制算法，可使車輛適應(yīng)更加復(fù)雜路況，從而有效提升車輛制動(dòng)安全性。