熊璐 許竹君 舒強(qiáng) 冷搏 于宜澤

（1.同濟(jì)大學(xué)，上海 201804；2.上海同馭汽車(chē)科技有限公司，上海 201806）

主題詞：電子液壓制動(dòng) 防抱死冗余 滑移率控制

1 前言

集成式電子液壓制動(dòng)（Integrated Electronic Hydraulic Braking，I-EHB）系統(tǒng)是電子液壓制動(dòng)（Electronic Hydraulic Braking，EHB）系統(tǒng)的一種，它通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)建壓裝置為制動(dòng)系統(tǒng)建壓，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)踏板與主缸建壓的解耦，從而快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地響應(yīng)控制算法計(jì)算出的期望主缸液壓力。以此為基礎(chǔ)，可以通過(guò)設(shè)計(jì)主缸液壓力控制算法實(shí)現(xiàn)制動(dòng)防抱死、車(chē)身穩(wěn)定性控制等功能[1]，滿足汽車(chē)智能化的需求。由于I-EHB系統(tǒng)復(fù)雜度低、可靠性較高，目前越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于乘用車(chē)，成為當(dāng)前汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)之一。

利用I-EHB 實(shí)現(xiàn)制動(dòng)防抱死功能主要需要解決主缸液壓力控制和制動(dòng)防抱死功能實(shí)現(xiàn)這2 個(gè)方面的問(wèn)題。I-EHB 系統(tǒng)主缸液壓力控制實(shí)際上是對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制，控制器輸出為電動(dòng)機(jī)的命令電流或命令力矩，常以主缸液壓力為控制變量。常用的控制方法包括PID控制[2]、基于增益調(diào)度的PI 控制[3]、自適應(yīng)魯棒控制器[4]和滑模變結(jié)構(gòu)控制器[5]等。利用I-EHB 實(shí)現(xiàn)制動(dòng)防抱死功能，可借鑒傳統(tǒng)ABS 的控制算法。邏輯門(mén)限值控制[6]是一種基于經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的控制方法，設(shè)計(jì)過(guò)程中需通過(guò)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行調(diào)試。基于滑移率控制的防抱死制動(dòng)控制算法將車(chē)輪縱向滑移率作為控制對(duì)象，通過(guò)改變制動(dòng)力使車(chē)輪實(shí)時(shí)縱向滑移率追蹤其最優(yōu)值，從而提升制動(dòng)效能。目前基于最優(yōu)滑移率控制原理的防抱死制動(dòng)方法主要有PID 控制[7]、滑模變結(jié)構(gòu)控制[8-9]、最優(yōu)控制[10]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制[11]等。

本文基于I-EHB 系統(tǒng)，針對(duì)傳統(tǒng)ABS 功能失效的情況，設(shè)計(jì)基于主缸液壓力控制的防抱死冗余控制算法。首先構(gòu)建基于I-EHB 防抱死冗余系統(tǒng)架構(gòu)，其次采用串級(jí)控制理論，分別設(shè)計(jì)內(nèi)環(huán)主缸液壓力控制算法與外環(huán)滑移率控制算法，最后通過(guò)臺(tái)架和實(shí)車(chē)試驗(yàn)驗(yàn)證算法的有效性。

2 防抱死冗余系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 防抱死冗余功能定義

當(dāng)常規(guī)ABS 失效時(shí)，液壓控制單元（Hydraulic Control Unit，HCU）中閥系全開(kāi)，相當(dāng)于制動(dòng)主缸與制動(dòng)輪缸直接連通，此時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)中主缸與輪缸液壓力相等。對(duì)主缸液壓力的調(diào)節(jié)可以直接作用于四輪輪缸中，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輪滑移率的控制，從而在制動(dòng)過(guò)程中避免車(chē)輪抱死。

防抱死冗余系統(tǒng)工作步驟為：駕駛員踩下制動(dòng)踏板后，I-EHB 系統(tǒng)中的位移傳感器獲取踏板開(kāi)度，通過(guò)CAN 發(fā)送給防抱死冗余控制器，控制器根據(jù)踏板開(kāi)度解析駕駛員制動(dòng)意圖。滑移率控制算法以最大限度利用地面附著能力和兼顧駕駛員制動(dòng)意圖為目標(biāo)，計(jì)算參考主缸液壓力。根據(jù)參考主缸液壓力，控制器通過(guò)液壓力控制算法計(jì)算得到電機(jī)轉(zhuǎn)矩，并通過(guò)CAN 向I-EHB發(fā)送電機(jī)力矩指令以調(diào)節(jié)主缸液壓力。

2.2 防抱死冗余系統(tǒng)控制策略設(shè)計(jì)

2.2.1 防抱死冗余系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

由防抱死冗余功能的需求分析，設(shè)計(jì)防抱死冗余系統(tǒng)控制策略，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 防抱死冗余控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

車(chē)輛系統(tǒng)中，傳感器獲取車(chē)輛踏板開(kāi)度信號(hào)Lpedal、四輪輪速信號(hào)ωFL、ωFR、ωRL、ωRR以及車(chē)身加速度信號(hào)aveh；駕駛員意圖解析模塊根據(jù)Lpedal得出駕駛員此刻期望的主缸液壓力Pdriver；參考車(chē)輪選擇策略對(duì)4個(gè)車(chē)輪的抱死程度進(jìn)行分析，選出作為控制對(duì)象的車(chē)輪角速度ωreal；參數(shù)估計(jì)模塊根據(jù)獲取的車(chē)輛信息估計(jì)當(dāng)前車(chē)速vest和路面附著系數(shù)λest；滑移率控制算法計(jì)算使車(chē)輪達(dá)到目標(biāo)滑移率時(shí)的主缸液壓力PABS；ABS 冗余系統(tǒng)介入策略兼顧駕駛員意圖與防抱死需求決定是否介入；主缸液壓力控制模塊輸出電機(jī)力矩T控制主缸液壓力跟蹤上層給出的目標(biāo)液壓力Pref；電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)反饋當(dāng)前主缸液壓力Psensor給主缸液壓力控制模塊，并為輪缸建壓，從而產(chǎn)生4個(gè)車(chē)輪的制動(dòng)液壓力PFL、PFR、PRL、PRR。

2.2.2 參考車(chē)輪選擇策略

傳統(tǒng)ABS 通過(guò)HCU 控制車(chē)輪滑移率，可以對(duì)多個(gè)車(chē)輪的制動(dòng)力進(jìn)行單獨(dú)控制。但由于提出的防抱死冗余系統(tǒng)的執(zhí)行器為I-EHB 中的電機(jī)，即只能對(duì)主缸液壓力進(jìn)行控制，4個(gè)輪缸液壓力始終與主缸液壓力保持一致，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)輪缸液壓力的單獨(dú)調(diào)節(jié)，因此產(chǎn)生選擇哪個(gè)車(chē)輪的滑移率作為控制對(duì)象的問(wèn)題。

ABS冗余系統(tǒng)作為失效備份系統(tǒng)，應(yīng)首先考慮車(chē)輛安全性，保證4 個(gè)車(chē)輪均不抱死，以提高車(chē)輛制動(dòng)穩(wěn)定性。因此本文使用“四輪低選”策略對(duì)參考車(chē)輪進(jìn)行選擇，選取4 個(gè)車(chē)輪中滑移率最大的車(chē)輪作為控制對(duì)象。由于無(wú)法對(duì)四輪輪缸單獨(dú)控制，因而難以保證四輪均處于峰值附著系數(shù)對(duì)應(yīng)的最佳滑移率，無(wú)法最大限度地利用地面附著能力。

2.2.3 算法介入退出策略

當(dāng)制動(dòng)踏板開(kāi)度與車(chē)速均大于0時(shí)，滑移率跟蹤算法開(kāi)啟，實(shí)時(shí)計(jì)算使當(dāng)前被控車(chē)輪不打滑的主缸液壓力PABS。當(dāng)Pdriver＜PABS時(shí)，防抱死冗余控制不介入。根據(jù)防抱死制動(dòng)法規(guī)[12]，車(chē)速小于15 km/h時(shí)允許車(chē)輪抱死，此時(shí)防抱死冗余算法退出。

2.3 車(chē)輛制動(dòng)過(guò)程狀態(tài)估計(jì)

2.3.1 車(chē)速估計(jì)

以輪速信號(hào)和車(chē)身減速度信號(hào)作為輸入，參考最大輪速法和斜率法，利用基于運(yùn)動(dòng)學(xué)的車(chē)速估計(jì)方法，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式利用積分運(yùn)算進(jìn)行車(chē)速估計(jì)。

當(dāng)車(chē)輛平穩(wěn)行駛時(shí)，輪速可以反映實(shí)際車(chē)速，選取最大輪速vwhl_max作為車(chē)速估計(jì)值：

式中，r為車(chē)輪半徑。

ABS 冗余系統(tǒng)介入之后，由于車(chē)輪滑移率較大，輪速與實(shí)際車(chē)速相差也較大，輪速信號(hào)已經(jīng)不可信，無(wú)法直接使用輪速信號(hào)判斷車(chē)速，故以ABS冗余系統(tǒng)介入時(shí)的最大輪速作為初始速度，使用車(chē)身加速度信號(hào)進(jìn)行積分得出估計(jì)車(chē)速：

2.3.2 路面識(shí)別

該模塊判斷當(dāng)前行駛路面附著系數(shù)的高低，為滑移率控制器設(shè)置不同的最佳滑移率和控制參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)不同路面條件下防抱死制動(dòng)功能。在高附情況下，取參考滑移率為0.2；低附情況下，取參考滑移率為0.1。本文參考博世開(kāi)發(fā)的基于門(mén)限值控制策略的道路識(shí)別方法[13]，根據(jù)車(chē)輪角減速度和車(chē)身減速度在高附路面上較大而在低附路面上較小的特點(diǎn)，作為路面識(shí)別的依據(jù)，如圖2所示。

圖2 路面識(shí)別算法

圖2 中，ax為車(chē)身減速度，dω為4 個(gè)車(chē)輪角減速度中的最小值，Kax_upper和Kax_lower分別為車(chē)身減速度上、下閾值，Kdω_upper和Kdω_lower分別為車(chē)輪角減速度上、下閾值。dω可使用多點(diǎn)輪速信號(hào)以及數(shù)值微分方法進(jìn)行估算[14]：

式中，n為用于計(jì)算車(chē)輪角加速度的信號(hào)數(shù)量，根據(jù)輪速信號(hào)質(zhì)量，可選擇3～6；t為按時(shí)間順序排列的信號(hào)值序號(hào)。

3 防抱死冗余控制算法

防抱死冗余控制算法結(jié)構(gòu)如圖3所示，通過(guò)采用串級(jí)控制理論實(shí)現(xiàn)車(chē)輪滑移率的控制，內(nèi)環(huán)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)IEHB主缸液壓力，外環(huán)以參考滑移率為目標(biāo)，使實(shí)際滑移率跟蹤目標(biāo)滑移率。為實(shí)現(xiàn)防抱死冗余控制，分別設(shè)計(jì)主缸液壓力控制算法和滑移率跟蹤控制算法。

3.1 主缸液壓力控制算法

3.1.1 I-EHB系統(tǒng)特性研究

I-EHB系統(tǒng)包含電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、制動(dòng)主缸、制動(dòng)液等，是一種非線性系統(tǒng)。簡(jiǎn)化的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為：

式中，m為機(jī)械部分等效質(zhì)量；x為主缸制動(dòng)腔活塞的軸向位移；c為機(jī)械部分等效阻尼；kM為機(jī)械部分等效剛度；i為機(jī)械部分傳動(dòng)比；R為機(jī)械部分小齒輪半徑；為機(jī)械與液壓部分的摩擦力總和；p為主缸液壓力；A為活塞的等效面積。

圖3 防抱死冗余控制算法架構(gòu)

為進(jìn)一步研究系統(tǒng)特性，搭建了I-EHB 系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架，其結(jié)構(gòu)如圖4 所示。臺(tái)架部件關(guān)鍵參數(shù)如表1所示。

圖4 I-EHB系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架

表1 I-EHB系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架關(guān)鍵參數(shù)

通過(guò)I-EHB 系統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)，得到I-EHB 系統(tǒng)在階梯電機(jī)力矩輸入下的液壓力響應(yīng)，如圖5所示。階躍力矩輸入分別為0.3 N·m、0.9 N·m、1.5 N·m、2.1 N·m，可以看出電機(jī)力矩與主缸液壓力間呈現(xiàn)出較強(qiáng)的非線性關(guān)系。因此，采用抗積分飽和滑?？刂品椒▽?duì)I-EHB系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制，跟蹤主缸液壓力參考值。

3.1.2 主缸液壓力跟蹤控制律設(shè)計(jì)

主缸液壓力跟蹤誤差定義為：

圖5 I-EHB系統(tǒng)階梯力矩輸入響應(yīng)曲線

在防抱死制動(dòng)過(guò)程中，主缸的建壓速度至關(guān)重要。為了提高響應(yīng)速度，令施加的電機(jī)力矩表示為：

式中，kpMC為正比例系數(shù)，取值越大，趨近滑模面的速度越快，取為電機(jī)最大力矩4 N·m。

為減弱滑模控制器的抖振問(wèn)題，采用飽和函數(shù)替代符號(hào)函數(shù)：

得到連續(xù)滑?？刂坡桑?/p>

式中，θMC＞0為飽和函數(shù)邊界層厚度。

采用飽和函數(shù)可以改善系統(tǒng)抖振問(wèn)題，但同時(shí)會(huì)帶來(lái)跟蹤誤差，采用滑模積分控制可以改善邊界層內(nèi)響應(yīng)以減小誤差。為避免積分飽和，增加抗積分飽和后的滑?？刂破鳛椋?/p>

式中，kiMC＞0為積分增益系數(shù)；sMC為誤差變量；σMC為中間變量。

當(dāng)控制誤差|sMC|≥θMC時(shí)，電機(jī)力矩T=-kpMC·sgn(sMC)，系統(tǒng)狀態(tài)可以迅速逼近滑模面，誤差快速減小；當(dāng)控制誤差|sMC|＜θMC時(shí)，有：

可見(jiàn)，此時(shí)輸出的電機(jī)轉(zhuǎn)矩為以跟蹤誤差比例項(xiàng)和積分項(xiàng)為參數(shù)的函數(shù)。

3.2 滑移率控制算法

3.2.1 制動(dòng)過(guò)程分析

根據(jù)單輪模型的受力分析，車(chē)輪制動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)方程為：

式中，mwhl為1/4整車(chē)質(zhì)量；IW為車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Fx為地面施加給輪胎的制動(dòng)反力；v為車(chē)速；ω為輪速；Tb為制動(dòng)器摩擦力矩。

車(chē)輪未抱死時(shí)，制動(dòng)器的摩擦力矩可以表示為制動(dòng)缸的液壓力函數(shù)：

式中，pwhl為制動(dòng)輪缸液壓力；Kef為與制動(dòng)器結(jié)構(gòu)、摩擦因數(shù)有關(guān)的量。

當(dāng)制動(dòng)踏板開(kāi)度過(guò)大，導(dǎo)致車(chē)輪在Tb的作用下使得制動(dòng)器制動(dòng)力超過(guò)地面附著力限制時(shí)，車(chē)輪將出現(xiàn)抱死現(xiàn)象。通常使用輪胎縱向滑移率λ來(lái)表示車(chē)輪的滑動(dòng)情況：

路面附著系數(shù)隨滑移率的變化關(guān)系如圖6所示，其中μx為縱向附著系數(shù)，μy為橫向附著系數(shù)。

圖6 附著系數(shù)-滑移率特征曲線

由圖6可見(jiàn)：當(dāng)滑移率超過(guò)峰值附著系數(shù)對(duì)應(yīng)的最佳滑移率區(qū)間時(shí)，制動(dòng)力隨著滑移率的增大而減小，制動(dòng)效能降低；同時(shí)，由于輪胎的縱側(cè)耦合特性，滑移率大時(shí)輪胎側(cè)向力極限值也會(huì)減小，削弱制動(dòng)穩(wěn)定性。防抱死控制器的作用就是把車(chē)輪滑移率控制在最佳滑移率附近，綜合提高制動(dòng)性能。

3.2.2 滑移率跟蹤控制律

由于附著系數(shù)與滑移率之間呈非線性關(guān)系，選用抗積分飽和滑?？刂扑惴ㄟM(jìn)行滑移率控制?？紤]車(chē)速接近于0 時(shí)式（13）計(jì)算溢出，將式（13）改寫(xiě)，以車(chē)輪角速度為控制量控制車(chē)輪滑移率：

將參考滑移率λref代入式（14）可得參考車(chē)輪角速度：

選取滑模變結(jié)構(gòu)切換函數(shù)為車(chē)輪角速度誤差：

設(shè)計(jì)車(chē)輪最優(yōu)滑移率滑?？刂频目刂坡蔀椋?/p>

由式（12），Tb正比于輪缸液壓力，根據(jù)前述分析，此時(shí)輪缸液壓力等于主缸液壓力，因此將控制律改寫(xiě)為：

式中，kp為正比例系數(shù)，一般設(shè)計(jì)為在允許的控制范圍內(nèi)的最大值，故取值為主缸最大液壓力10 MPa。

將符號(hào)函數(shù)改寫(xiě)為飽和函數(shù)，得：

式中，θp為飽和函數(shù)邊界層厚度，為常數(shù)。

未避免積分項(xiàng)飽和，同時(shí)減小跟蹤誤差，引入誤差變量s，將滑移率控制律設(shè)計(jì)為：

式中，σ為中間變量，ki為控制誤差的積分增益系數(shù)，為正常數(shù)。

當(dāng)控制誤差|s|＜θp時(shí)，有：

4 防抱死冗余控制試驗(yàn)

4.1 硬件在環(huán)試驗(yàn)

基于圖4所示的I-EHB系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架，搭載防抱死冗余控制系統(tǒng)，并根據(jù)試驗(yàn)車(chē)輛參數(shù)利用CarSimRT 進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，車(chē)輛參數(shù)如表2 所示。利用NI PXI 的LabVIEW RT 系統(tǒng)進(jìn)行傳感器參數(shù)采集，搭建了硬件在環(huán)試驗(yàn)平臺(tái)。其組成結(jié)構(gòu)和工作原理如圖7所示。

表2 試驗(yàn)車(chē)輛整車(chē)參數(shù)

路面設(shè)置為：低附路面附著系數(shù)為0.2，高附路面附著系數(shù)為0.8；對(duì)接路面為前段附著系數(shù)0.8，后段附著系數(shù)0.2；對(duì)開(kāi)路面為左側(cè)附著系數(shù)0.8，右側(cè)附著系數(shù)0.2。車(chē)速為60 km/h，駕駛員輸入階躍18 MPa的期望液壓力。

圖7 硬件在環(huán)試驗(yàn)平臺(tái)工作原理

4.1.1 高附路面控制效果

如圖8 所示，在高附路面上，路面識(shí)別模塊在算法剛介入時(shí)判斷為低附，這是由于駕駛員輸入為階躍信號(hào)，車(chē)輛剛開(kāi)始減速ABS 即介入，減速度要經(jīng)歷由0 降低的過(guò)程，先經(jīng)過(guò)低附路面的門(mén)限值，短暫時(shí)間后判斷正確。從輪速情況來(lái)看，初始時(shí)刻出現(xiàn)較大滑移率之后算法能控制車(chē)輪滑移率在目標(biāo)滑移率附近，達(dá)到防抱死的要求，平均制動(dòng)減速度為6.05 m/s2，附著系數(shù)利用率為77.2%。

圖8 臺(tái)架試驗(yàn)高附路面制動(dòng)情況

4.1.2 低附路面控制效果

如圖9 所示，在低附路面上，ABS 冗余也可以有效防止車(chē)輪抱死。前0.5 s液壓力波動(dòng)導(dǎo)致輪速與車(chē)身速度波動(dòng)，0.5 s后車(chē)輪滑移率在目標(biāo)值附近抖動(dòng)，路面識(shí)別模塊正確判斷路面，平均制動(dòng)減速度為1.33 m/s2，附著系數(shù)利用率為67.9%。

4.1.3 對(duì)接路面控制效果

如圖10所示，當(dāng)路面從高附切換到低附時(shí)，路面識(shí)別模塊對(duì)路面的判斷有0.4 s 的延遲，這是由于路面切換時(shí)前、后輪處于不同附著條件路面，車(chē)身加速度抖動(dòng)，帶來(lái)路面識(shí)別的短暫延遲。兩前輪會(huì)在剛進(jìn)入低附的前0.3 s 抱死，這是由于液壓系統(tǒng)的遲滯產(chǎn)生的。進(jìn)入低附路面0.3 s之后，滑移率被控制在穩(wěn)定的范圍內(nèi)，達(dá)到防抱死控制目的。

圖9 臺(tái)架試驗(yàn)低附路面制動(dòng)情況

圖10 臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)接路面制動(dòng)情況

4.1.4 對(duì)開(kāi)路面控制效果

如圖11所示，在對(duì)開(kāi)路面上，低選策略以右前輪作為參考車(chē)輪，滑移率在目標(biāo)值附近波動(dòng)，達(dá)到防抱死控制目標(biāo)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，基于I-EHB主缸液壓力控制的ABS冗余算法能夠較好地實(shí)現(xiàn)車(chē)輛防抱死，在常規(guī)ABS失效時(shí)保證車(chē)輛制動(dòng)過(guò)程的穩(wěn)定性。

4.2 實(shí)車(chē)試驗(yàn)

為驗(yàn)證基于I-EHB 主缸液壓力控制的防抱死冗余系統(tǒng)的實(shí)際效果，分別在高附和低附路面上對(duì)車(chē)輛進(jìn)行制動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)車(chē)輛和場(chǎng)景如圖12 所示，該試驗(yàn)平臺(tái)由江鈴E400 型電動(dòng)車(chē)改裝而成，將其傳統(tǒng)的真空助力制動(dòng)系統(tǒng)替換為電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)，I-EHB系統(tǒng)參數(shù)見(jiàn)表1。試驗(yàn)車(chē)輛整車(chē)參數(shù)見(jiàn)表2，車(chē)輛制動(dòng)器參數(shù)如表3所示。

圖11 臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)開(kāi)路面制動(dòng)情況

圖12 實(shí)車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)景

表3 試驗(yàn)車(chē)輛制動(dòng)器參數(shù)

試驗(yàn)工況為：將原車(chē)ABS 控制器電源斷開(kāi)使其失效，駕駛員盡可能操作轉(zhuǎn)向盤(pán)使車(chē)輛保持直行，車(chē)輛加速至60 km/h 左右時(shí)，駕駛員猛踩制動(dòng)踏板并盡量保持在踏板最大開(kāi)度處，觀察車(chē)輛制動(dòng)過(guò)程。

4.2.1 高附路面實(shí)車(chē)試驗(yàn)

由圖13a 可以看出，由于I-EHB 系統(tǒng)的遲滯，實(shí)際液壓力對(duì)期望液壓力的跟蹤有0.05 s 左右的延遲。由圖13b看出，基于主缸液壓力控制的防抱死冗余控制系統(tǒng)可以有效防止車(chē)輪抱死，且圖13c所示的滑移率在最佳滑移率（0.2）附近波動(dòng)。2.5 s 之后，車(chē)速低于防抱死法規(guī)中規(guī)定的車(chē)速15 km/h，允許車(chē)輪抱死，算法退出。在ABS 冗余介入過(guò)程中，平均制動(dòng)減速度為6.26 m/s2，附著系數(shù)利用率為75.15%，可以達(dá)到防抱死法規(guī)中對(duì)常規(guī)ABS附著系數(shù)利用率大于75%的規(guī)定[12]。

圖13 實(shí)車(chē)試驗(yàn)高附路面制動(dòng)情況

4.2.2 低附路面實(shí)車(chē)試驗(yàn)

由圖14 可以看出，在防抱死冗余系統(tǒng)的控制下，4個(gè)車(chē)輪皆不會(huì)抱死，且在四輪低選策略下，每一時(shí)刻四輪滑移率中的最大值均保持在最佳滑移率附近。在制動(dòng)時(shí)間為4.4 s 時(shí)，車(chē)速低于15 km/h，允許車(chē)輪抱死，算法退出。ABS冗余算法介入過(guò)程中，平均制動(dòng)減速度為2.86 m/s2，附著系數(shù)利用率為83.42%，同樣滿足制動(dòng)法規(guī)相關(guān)規(guī)定。

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，針對(duì)I-EHB 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的防抱死制動(dòng)冗余算法能夠很好地實(shí)現(xiàn)制動(dòng)過(guò)程中車(chē)輛防抱死，且對(duì)路面有自適應(yīng)性。

圖14 實(shí)車(chē)試驗(yàn)低附路面制動(dòng)情況

4.2.3 與原ABS的試驗(yàn)對(duì)比

為進(jìn)一步驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的防抱死冗余系統(tǒng)的效果，將其與原車(chē)搭載的ABS進(jìn)行對(duì)比，保持原車(chē)ABS功能，在前文所述高、低附路面上重新進(jìn)行制動(dòng)防抱死試驗(yàn)，結(jié)果如表4和表5所示?？梢钥闯?，基于主缸液壓力控制的防抱死冗余控制系統(tǒng)能夠部分實(shí)現(xiàn)原車(chē)ABS 防抱死制動(dòng)的功能：高附路面下受限于四輪低選策略的影響，路面附著系數(shù)利用率略低于原車(chē)ABS；低附路面下制動(dòng)效果與原車(chē)ABS基本持平。試驗(yàn)結(jié)果表明，作為冗余備份系統(tǒng)，本文所設(shè)計(jì)的基于I-EHB 系統(tǒng)主缸液壓力控制的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)可以滿足功能要求。

表4 高附路面下原車(chē)ABS與防抱死冗余系統(tǒng)對(duì)比

表5 低附路面下原車(chē)ABS與防抱死冗余系統(tǒng)對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種在常規(guī)ABS 失效條件下，利用IEHB系統(tǒng)主動(dòng)調(diào)節(jié)主缸液壓力以實(shí)現(xiàn)車(chē)輪防抱死的控制算法。通過(guò)硬件在環(huán)試驗(yàn)和實(shí)車(chē)試驗(yàn)，驗(yàn)證了該算法的有效性，其能夠大幅提升車(chē)輛的制動(dòng)穩(wěn)定性和安全性，且無(wú)需額外硬件。以本文所設(shè)計(jì)的防抱死冗余控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步研究的方向包括：提升控制系統(tǒng)對(duì)路面條件的自適應(yīng)性，結(jié)合更完善成熟的路面識(shí)別算法以最大限度利用路面附著條件；深入考慮液壓力響應(yīng)的非線性以及摩擦片溫升等因素的影響，提升滑移率控制的精度。