1 引言

研究表明，由于機(jī)動(dòng)車事故所造成的重大死亡與殘疾成為一個(gè)越來越大的一個(gè)社會(huì)問題，而對(duì)于減小機(jī)動(dòng)車交通事故的一個(gè)重要的方法就是汽車主動(dòng)安全技術(shù)。汽車防抱死系統(tǒng)可以在車輛制動(dòng)的過程中，自動(dòng)控制制動(dòng)器制動(dòng)力的大小，使車輪不被抱死，處于邊滾邊滑（滑移率在20%左右）的狀態(tài)，以保證車輪與地面的附著力在最大值。

本文將介紹現(xiàn)今防抱死系統(tǒng)的最新研究成果。

2 用于車輛制動(dòng)的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）的開發(fā)[1]

2.1 主要目的與主要原理

作者M(jìn)inh V T對(duì)汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，分析了汽車在使用ABS系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)防止車輪抱死的能力，同時(shí)進(jìn)行了仿真分析。并將PID控制和模糊邏輯控制器控制下的ABS系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比。

對(duì)于PID控制器，設(shè)計(jì)者只可以調(diào)節(jié)三個(gè)常量（比例（Kp），積分（Ki）和微分（Kd））。但是，盡管可調(diào)參數(shù)較少，但PID控制器卻被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。使用PID控制器的ABS仿真模型如下圖2-1所示，使用模糊控制的仿真模型如圖2-2，三個(gè)參數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式由下式給出：

圖2-1 使用PID控制器的ABS仿真模型

對(duì)于模糊控制，控制的輸入量主要有兩個(gè)，實(shí)際滑動(dòng)與參考滑動(dòng)eθ之間的滑動(dòng)誤差，以及最佳滑動(dòng)誤差 e?θ的變化率。

圖2-2 使用模糊控制的ABS仿真模型

2.2 主要研究結(jié)果

對(duì)比兩種控制結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，使用模糊控制器的控制方案的滑差控制表現(xiàn)出很好的收斂速度，很少或沒有超調(diào)，而對(duì)于PID，觀察到相當(dāng)數(shù)量的超調(diào)，收斂速度相對(duì)較慢，控制結(jié)果如2-3所示。

圖2-3 滑差和誤差變化到制動(dòng)壓力的映射

同時(shí)對(duì)兩種控制方式的制動(dòng)距離進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)比的結(jié)果如圖2-4所示。結(jié)果表明，在相同時(shí)間內(nèi)，使用模糊控制ABS系統(tǒng)汽車的制動(dòng)距離明顯小于使用PID控制算法的制動(dòng)距離。兩種控制的滑差率見圖2-5。

圖2-4 模糊控制和PID控制制動(dòng)距離

圖2-5 模糊控制和PID控制滑差率對(duì)比

3 純電動(dòng)車連續(xù)再生防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的試驗(yàn)研究[2]

3.1 主要目的及主要原理

通過傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)摩擦制動(dòng)器和再生制動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)具有單獨(dú)控制的車輪驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)車輛（EV）的防抱死制動(dòng)功能。為了分析兩種防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）的優(yōu)點(diǎn)和局限性，作者Savitski D介紹了全輪驅(qū)動(dòng)EV試驗(yàn)場試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果。制動(dòng)性能評(píng)估有三種不同的配置：液壓ABS；只有在前橋上的再生ABS;前橋采用混合式液壓和再生式ABS，后橋采用液壓ABS。液壓ABS基于一個(gè)規(guī)則的控制器，連續(xù)再生ABS采用前饋和反饋控制。其中電液制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示，再生防抱死制動(dòng)系統(tǒng)如圖圖3-2所示。

圖3-1 電液制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

圖3-2 再生防抱死制動(dòng)系統(tǒng)

3.2 主要研究結(jié)果

低摩擦路面的測試結(jié)果表明，與沒有ABS的車輛相比，所有配置ABS的車輛都能保證制動(dòng)距離顯著減小。此外，再生ABS制動(dòng)系統(tǒng)可以準(zhǔn)確監(jiān)測參考車輪的打滑情況，這使得車輛減速的振蕩時(shí)間較小，這將提高駕駛舒適性。所得到的實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果可用于為具有獨(dú)立輪驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)車輛的新型ABS結(jié)構(gòu)的選擇提供參考依據(jù)。

4 機(jī)電防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的魯棒控制：CRONE方法[3]

4.1 研究背景與研究意義

現(xiàn)如今生產(chǎn)出來的大部分車都配備有自動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS），這可以防止汽車車輪在制動(dòng)過程中抱死，并縮短了制動(dòng)距離。大多數(shù)汽車制動(dòng)器都是基于液壓系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通常呈現(xiàn)離散的動(dòng)力學(xué)特性，對(duì)于制動(dòng)器的控制是基于車輪減速閾值。然而，近來電子技術(shù)和X線控制技術(shù)的進(jìn)步使得電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展成為可能，這為ABS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了多種可能性。

作者Benine-Neto A介紹了一種基于小型客車的機(jī)電防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，魯棒分?jǐn)?shù)階控制器（CRONE）。在魯棒分?jǐn)?shù)階控制器（CRONE）中，考慮了輸入?yún)?shù)不確定性，非線性和干擾。為了比較，將相同的控制綜合要求應(yīng)用于H∞控制器的設(shè)計(jì)中。并將噪聲測量和降低的路面附著力的仿真結(jié)果與H∞控制器相比。

4.2 研究結(jié)果及展望

本文介紹了第三代CRONE控制器的設(shè)計(jì)，該控制器可用于具有ABS功能的電動(dòng)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)。在可變的縱向速度、車輛質(zhì)量和道路附著力不確定的情況下，該控制器能夠很好地跟蹤車輪參考角速度。在制動(dòng)能力方面，結(jié)果表明，在時(shí)間域上的性能與另一種基于H∞方法的設(shè)計(jì)要求相同時(shí)，CRONE控制器能夠顯著減少由于測量噪聲引起的控制輸入的擾動(dòng)，這不僅關(guān)系到執(zhí)行器的能量消耗和使用壽命，而且還涉及系統(tǒng)是否可以使用成本更低的輪速傳感器。

[1]Minh V T,Oamen G,Vassiljeva K,et al.Development of Anti-lock Braking System(ABS)for Vehicles Braking[J].Open Engineering,2016,6(1).

[2]Savitski D,Ivanov V,Shyrokau B,et al.Experimental investigations on continuous regenerative anti-lock braking system of full electric vehicle[J].International journal of automotive technology,2016,17(2)：327-338.

[3]Benine-Neto A,Moreau X,Lanusse P.Robust control for an electro-mechanical anti-lock braking system：the CRONE approach[J].IFAC-PapersOnLine,2017,50(1)：12575-12581.