郭超++張鳳登

摘要：隨著汽車電氣自動化的深入發(fā)展，線控技術(shù)成為汽車控制領(lǐng)域的重要研究課題之一。為提高系統(tǒng)在故障狀態(tài)下的運行能力，提高這類強實時系統(tǒng)的可靠性、安全性和穩(wěn)定性，提出了汽車在制動節(jié)點故障狀態(tài)下的制動力分配策略。建立了一種線控制動模型，通過對線控制動系統(tǒng)提出的制動力分配策略，對節(jié)點故障下制動力分配策略進行了實驗與分析驗證。實驗表明，該制動力分配策略可使汽車在節(jié)點故障的情況下順利完成汽車減速或停止動作，提高了系統(tǒng)安全性和可靠性。

關(guān)鍵詞：線控制動；FlexRay；制動力分配；故障運行

DOIDOI：10.11907/rjdk.171660

中圖分類號：TP319文獻標(biāo)識碼：A文章編號：16727800（2017）010011203

0引言

隨著車速和車重的不斷提高，對汽車制動系統(tǒng)的要求也越來越高，制動性能已成為檢驗汽車安全可靠性能的一個重要標(biāo)準[1]。相較于傳統(tǒng)液/氣壓制動系統(tǒng)，線控制動系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢[2]。在線控制動系統(tǒng)中，用導(dǎo)線取代了液壓管路，無液體媒介參與，因而對制動命令的響應(yīng)速率比液壓制動系統(tǒng)快得多，同時，電子執(zhí)行器的響應(yīng)頻率比氣/液壓要高很多。與此同時，響應(yīng)速率的加快，較好地改善了防滑性。由于去掉了液壓配件，失效危險大大降低，提升了安全性，也減輕了質(zhì)量[3]。

1線控制動系統(tǒng)

1.1線控制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

線控制動系統(tǒng)共設(shè)計5個節(jié)點完成整個制動操作。其中，中央控制節(jié)點1個，制動力控制節(jié)點4個。

1.2制動力分配策略

1.2.1三輪制動模式

當(dāng)某一制動節(jié)點出現(xiàn)故障時，汽車必須啟動緊急制動方案，這時必然存在一側(cè)單輪制動，一側(cè)雙輪制動[4]。Control of Brake and SteerbyWire Systems During Brake Actuator Failure一文中提到，在三輪制動過程中，單側(cè)車輪制動力等于另外一側(cè)雙輪制動力之和時車輛不會跑偏[5]。在車速很高的情況下，必須在有限保證車輛穩(wěn)定的前提下施加制動力。當(dāng)車速降到一個比較安全的范圍后再逐漸增大雙輪制動側(cè)的制動力，以便迅速使車輛安全制動。這時車輛兩側(cè)制動力分配不均勻，但由于車速較低，可通過調(diào)整方向盤來保持車輛穩(wěn)定性。三輪制動模式的制動力分配曲線如圖1所示。

圖1三輪制動力變化曲線

（1）假設(shè)故障輪在左側(cè)，則在高速段按如下策略進行制動力分配：

FL=FRF+FRR（1）

其中，F(xiàn)L為左側(cè)制動力，F(xiàn)RF、FRR為施加在右側(cè)前后車輪制動力大小。

（2）在過渡段按如下策略進行制動力分配：

在故障側(cè)達到最大附著極限之前制動力分配策略同公式（1）。故障側(cè)達到附著極限以后，緩慢增加右前輪制動力：

FRR=FRF·FZRdynFZFdyn（2）

（3）在低速段，F(xiàn)RR制動力分配策略同公式（2），F(xiàn)L制動力分配策略相同，見公式（1）。

1.2.2兩輪制動模式

兩輪制動分同軸制動和對角制動兩種情況。當(dāng)同軸的兩個車輪制動器發(fā)生故障時，無故障軸左右兩個車輪的制動力應(yīng)保持相等。隨著制動意圖增加，當(dāng)制動力達到最大地面附著極限時，制動力保持最大不變。對角制動時，由于前后輪可提供的最大制動力不同，隨著制動意圖的增大，后輪會優(yōu)先達到最大附著極限，后輪制動力不再隨著制動意圖的增大而增加，這時可緩慢增大前輪制動力，使其達到前輪附著極限，最大利用地面附著系數(shù)。

（1）同軸制動力分配策略如下：

FL=FR≤Fmax（3）

其中FL、FR分別為無故障左側(cè)、右側(cè)車輪制動力，F(xiàn)max為后輪最大制動力。

（2）對角制動力分配策略如下：

FR=FF·FZRdynFZFdyn（4）

其中FL、FR分別為無故障左側(cè)、右側(cè)車輪制動力。

1.2.3同側(cè)雙輪與單輪制動模式

當(dāng)汽車發(fā)生同側(cè)兩個節(jié)點故障或三節(jié)點同時故障時，需要盡可能地應(yīng)對當(dāng)前危險狀態(tài)。在單輪制動情況，不能單純依靠制動節(jié)點制動，此時應(yīng)充分發(fā)揮主觀能動性，通過控制方向盤來保持車體方向。在速度較高情況下，施加較小的制動力，隨著車速的降低再逐漸增大汽車制動力?？梢蚤g歇式施加制動力，在保障汽車方向的前提下盡可能讓汽車停止前進。

2線控制動系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1硬件設(shè)計方案

線控制動系統(tǒng)共設(shè)計5個節(jié)點，系統(tǒng)整體設(shè)計如圖2所示。

圖2線控制動系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.2微控制器MC9S12XF512最小系統(tǒng)設(shè)計

線控制動系統(tǒng)節(jié)點采用Freescale公司的16位車用微處理器，可滿足線路板空間有限且又要求具有高性能、高穩(wěn)定性、可靠性的應(yīng)用，具有高速率、高穩(wěn)定性、成本低等特點[7]。

2.3制動意圖采集模塊設(shè)計

采用壓力傳感器模擬駕駛員制動意圖信息。壓力傳感器選用電阻應(yīng)變式傳感器，將力學(xué)信號轉(zhuǎn)化為電信號。壓力傳感器將制動意圖（力信號）轉(zhuǎn)化為電信號，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳給微控制器。微控制器根據(jù)采集到的數(shù)字信號和制動力分配算法來控制制動執(zhí)行機構(gòu)工作[8]。

3線控制動系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1系統(tǒng)軟件架構(gòu)

線控制動系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖3所示，該圖清晰地描述了整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向：中央節(jié)點1采集壓力傳感器數(shù)據(jù)，以此判斷駕駛員制動意圖；根據(jù)其余4個節(jié)點采集并傳送到中央控制節(jié)點的輪速，由制動力分配算法合理分配制動力矩，然后傳送到4個節(jié)點；4個節(jié)點根據(jù)此數(shù)據(jù)控制磁粉制動器制動，以完成可靠有效的停車制動。

本系統(tǒng)控制邏輯主要由節(jié)點1完成。節(jié)點1起著故障監(jiān)測及制動力分配的重要作用。節(jié)點1循環(huán)監(jiān)測制動意圖以及故障情況，當(dāng)監(jiān)測到駕駛員制動意圖時會迅速判斷節(jié)點故障狀態(tài)。當(dāng)有節(jié)點發(fā)生故障時，節(jié)點會根據(jù)相應(yīng)的制動力分配策略分配制動力[9]。endprint

3.3線控制動系統(tǒng)從節(jié)點

本系統(tǒng)通過控制PWM波實現(xiàn)磁粉制動器的線性控制。從節(jié)點的主要作用就是接收中央控制節(jié)點的制動力分配策略，根據(jù)駕駛員制動意圖完成汽車減速或者停車。此外制動節(jié)點還要實時采集當(dāng)前輪速，反饋給中央控制節(jié)點，從而更加安全合理地分配制動策略。

4實驗及分析

4.1實驗方法

采用TrueTime Simulator & RealTime Debugger進行實驗仿真，數(shù)據(jù)采集采用PC端仿真器，制動力采集采用輸入磁粉制動器兩端電壓進行測量，通過人為多次改變制動意圖，觀測4個制動力執(zhí)行機構(gòu)輸出的制動力大小[10]，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)參數(shù)的變化判斷系統(tǒng)性能。

4.2實驗結(jié)果及分析

設(shè)置制動節(jié)點故障，此時系統(tǒng)會啟動相應(yīng)故障狀態(tài)下的制動策略。在故障狀態(tài)下，施加制動意圖，通過測量不同時速下從施加制動意圖到汽車停止的距離得到實驗結(jié)果，如圖4所示。《機動車運行安全技術(shù)條件》要求汽車緊急制動情況下，初始速度在30km/h時制動距離應(yīng)小于38.0m。實驗結(jié)果表明本系統(tǒng)在單節(jié)點故障、兩節(jié)點故障情況下，在初始速度為30km/h時，制動距離均小于38.0m，滿足了緊急情況下對制動系統(tǒng)的要求。系統(tǒng)三節(jié)點故障和同側(cè)兩節(jié)點故障屬于嚴重故障，此時可以保障汽車安全停止，但為了優(yōu)先保障安全性，制動距離和制動時間有所增加。所以，本系統(tǒng)采用的制動策略可以保障汽車在故障狀態(tài)下穩(wěn)定停車。

5結(jié)語

本文論述了基于FlexRay通信的汽車線控制動系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)，選擇一種汽車線控制動方案來搭建汽車線控制動硬件模型，并提出了一種新的制動力分配策略，使本系統(tǒng)可以在制動節(jié)點故障狀態(tài)下，完成三輪制動、兩輪制動、單輪制動，很大程度上提高了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

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責(zé)任編輯（責(zé)任編輯：杜能鋼）endprint