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制動系統(tǒng),進(jìn)一步提高制動效能縮短制動距離,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象,建立Carsim的車輛動力學(xué)模型,并以Carsim對ABS/EBD控制數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真模擬,最后通過數(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)行車輛制動控制。
關(guān)鍵詞:ABS/EBD;仿真分析;控制策略
引言
穩(wěn)定的制動方向、短距離制動以及對附著系數(shù)的利用是ABS最顯著的特點(diǎn)。然而在汽車制動系統(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,還沒出現(xiàn)在ABS可以監(jiān)測的范圍內(nèi),制動壓力在每個車輪上分配均勻,但是前車輪和后車輪已經(jīng)出現(xiàn)對載荷分配的異常改變,前車輪和后車輪沒有同時達(dá)到滑移時間的最佳點(diǎn)。本文相對于單一的ABS、EBD在功能上進(jìn)行了一些調(diào)整,它在汽車進(jìn)行制動的時候,不斷地對每一個輪胎與地面的摩擦狀況進(jìn)行計算,并且對制動裝置實(shí)時加以改變,使制動與摩擦達(dá)到相對平衡狀態(tài),從而保證車輛制動安全。
1 ABS/EBD控制策略分析
1.1 直線行駛制動時的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)車輛制動時速度下降的幅度不能超過減速度閥值,或者車速下降時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?,若輪速不精確,則會使滑移率出現(xiàn)偏差,進(jìn)而影響EBD對應(yīng)的制動力分配。若對車速和輪速進(jìn)行濾波,排除干擾參數(shù),則會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測量車輛載荷動態(tài)變化,測得的壓力數(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)彎制動時的EBD控制策略
車輛在轉(zhuǎn)彎時,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,同時外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速比內(nèi)側(cè)車輪快。在此情況下,對制動滑移率進(jìn)行計算時時,即使滑移率不等于零,汽車的內(nèi)側(cè)車輪也沒有發(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=傳感器測得的輪速+補(bǔ)償輪速;其中因數(shù)k可以由參考文獻(xiàn)來獲取,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)不會完全相同,在車輪快要出現(xiàn)抱死現(xiàn)象時,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,必須在車輪制動的每個環(huán)節(jié)中,利用保壓、增壓以及減壓等措施來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間是通過長期的數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的方法,沒有系統(tǒng)的、完整的數(shù)學(xué)模型,所以該種方式存在缺陷,無法到達(dá)最佳滑移率,存在一定的波動范圍,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控制較為簡單,既不需要數(shù)學(xué)模型復(fù)雜的計算,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軟件的車輛動力學(xué)建模
2.1Carsim軟件簡介
CarSim是一款車輛動力學(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)部和外部兩種模型。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)動學(xué)與彈性運(yùn)動學(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)臺得出的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比,以此檢驗(yàn)?zāi)P褪欠駵?zhǔn)確。
2.2.3制動系統(tǒng)模型
制動系統(tǒng)模型包含多個參考數(shù)值圖形,主要有制動力矩曲線,制動壓力分配比例曲線,流體動力學(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,控制信號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,在控制信號進(jìn)入輸入端時,如果是第一個控制信號,那么該模塊的第一個數(shù)據(jù)輸入端將會被觸發(fā),該模塊將會輸出它上方的第2個輸入端的信號。
MultiportSwitch模塊的輸入端,通過積分模塊的作用,輸入端的數(shù)據(jù)將會變?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為制動效能因數(shù)。通過計算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
本文在研究時選用的是兩輪車輛模型和UnitireModel輪胎模型,通過Matlab/Simulink與Carsim對轉(zhuǎn)彎制動過程進(jìn)行仿真,并運(yùn)用EBD算法進(jìn)行控制。
在對分離路面進(jìn)行仿真過程中,控制方法保持不變,只改變對路面狀況。與直線工況相比,轉(zhuǎn)彎時的路況十分復(fù)雜。因此,在滿載時,其仿真結(jié)果不理想,后輪的制動力比較小。綜上所述,必須同時對路面和載荷進(jìn)行識別,在制動時實(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得到較好的仿真結(jié)果。車輛滿載仿真圖像顯示前后制動力分配在理想曲線下方。不過PID存在固有缺陷,在不同的路況和負(fù)載下無法與理想曲線完全重合,所以要根據(jù)實(shí)際情況及時調(diào)整PID控制器參數(shù)值。若應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制法對參數(shù)自動調(diào)整反饋,將會趨近于理想曲線,同時也可以驗(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,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安全性。
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