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时间:2019-08-08
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1、基于连续滑移控制的防抱死制动系统能保持车辆制动性能和行驶质量的最优摘要:在这篇文章中,我们提出了一种新型的汽车防抱死系统(ABS)算法。这是一种专门的反馈控制算法,该算法使新的汽车防抱死系统区别于基于规则的传统汽车防抱死系统。通过控制后轮使摩擦值在峰值摩擦滑移点附近循环。通过后轮的转动模式,定义了最理想的滑移。通过监视后轮的的转动状况定义了控制前轮来达到最佳滑动跟踪。这种新算法可以在任何一种汽车防抱死制动系统硬件产品中实现,而不需要任何的修改或者是额外的传感器。实验结果表明在停车距离、噪音、和均匀表面的突起物、路面转换的快速检测方面该算法都变现出重大的性能改进。通过车辆以不同速度
2、在不同路面和驾驶条件下行驶的测试,这种新的汽车防抱死系统算法的鲁棒性得以证明。索引词—防抱死制动系统(ABS),刹车系统,连续滑动,反馈控制,限定循环术语::引进的刹车控制延迟DD:双差分:轮胎正常压力FWD:前轮驱动:轮子惯性的转动力矩:局部线性化的µ-滑移曲线的斜率:控制比例增益:控制微分增益PD:比例和微分:车轮制动压力R:轮胎的标称半径RWD:后轮驱动S:拉普拉斯变换:车轮制动转矩:绝对的车辆速度相当于不受车轮旋转约束的速度:轮转速λ:车轮滑动参数:后轮的期望滑移相当于µ:轮胎表面的摩擦系数:轮胎角速度:前轮的期望角速度:后轮的期望角速度4WD:4轮驱动一、引言自从车辆防
3、抱死制动系统于1978年被德国博世公司开发并在生产的汽车中广泛使用以来,它们已经投入使用并且改进了三十年。汽车防抱死系统的设计使车辆具有可操纵性,并且在紧急刹车时通过防止车轮抱死保持车辆稳定。ABS对原始的基于规则的控制结构并没有做重大的改变。然而,有一些次要规则添加到现有的控制算法使汽车的性能得到改进。结果,基于规则的控制算法的参数已经修正过上百次。轮速是通过压力的释放、应用和保持来控制的。每一种模式都基于非常复杂的规则控制每个轮子上的液压阀的开启和关闭。由于复杂的规则,每次控制参数的优化都很耗时。同时,通过液压阀控制模式的转换使轮速在轮胎与地面之间的摩擦滑移峰值点附近循环。为
4、了找到最佳滑移点,循环在一定程度上是不可避免的,特别是当单个车轮的刹车压力是不可测量的时候。然而,过量的循环会使制动性能和行驶质量以及汽车操纵稳定性恶化。特别需要指出的是,车前轮在摩擦力(µ)大的路面转动使行驶变得困难。也有尝试过其他的方法提高制动性能,同时应用现代状态反馈控制方法改善行驶质量。结果是可观的。然而,大部分方法都需要完整的车辆状态信息,例如:绝对的车辆速度、车轮制动压力、轮胎表面摩擦滑移曲线峰值、轮胎表面类型和极速刹车制动器类型[2]-[12]。这些车辆状态、表面状态信息和快速制动器对增加额外的控制成本来说是有效的,但是很难证明高额的额外费用是有益的。采用其他先进类
5、型的刹车制动器存在同样的成本与收益问题[13]-[18]。在这篇文献中提出来一种新型的连续车轮滑移防抱死汽车制动系统算法。在这种新的ABS算法中,基于规则的车轮转速减小到最小值。通过的压力的应用、保持和释放模式控制使车辆后轮独立转动,但是循环需要通过连续反馈控制完成。然而,车辆后轮速度、车轮滑移峰值(最大化的路面与轮胎之间摩擦)是可以估计的。从估算的滑移峰值,前轮的参考速度是可以估算出来的。通过连续控制前轮来跟踪参考速度。通过连续跟踪制动前轮的控制,制动性能达到最大化,行驶质量也得到重大改善。这种新的ABS算法在传统的ABS产品中实现,如传感器产品和刹车制动器。二、轮胎轮胎是AB
6、S控制的关键因素。专家们尝试各种数学方法模拟轮胎模型。一般来说,橡胶的数学模型的建立是很困难的。轮胎表面的轨道并且负荷范围广使轮胎模型的建立更加困难。同时,随着轮胎材料的老化轮胎的特性会发生变化。根据经验建立的轮胎模型比数学模型应用更广。基于经验建立的轮胎模型展示了根据轮胎纵向和横向滑移轮胎的受力情况、轮胎标准受力情况和轮胎的表面状况。轮胎纵向滑移指的是真正的绝对车辆速度(车轮的无限制转速)和被相同的车辆速度归一化后的实际测量车轮速度之间的差值。不幸的是,车辆的绝对速度并不容易被测量。标准的受力直接影响车轮动力学,但是无法低成本测量。同时,更确切的说无法实时得知轮胎的表面状况。图
7、一中我展示了典型的车轮纵向摩擦(µ)曲线,这种摩擦曲线是根据不考虑车轮侧滑的情况下一个车轮在几种不同路面情况下车轮滑移情况画出的。车轮的纵向滑移是这样定义的:。如图所示:滑移峰值和基于轮胎表面类型的摩擦峰值有一个很大的变化范围。例如湿的六水硅钙石和砾石表面有相同的摩擦系数峰值,但是二者的滑移峰值却相差甚远。结合这种很大的差别,和轮胎在特别是非正常路面像砂砾和雪地上的的负载与标准负载的摩擦值的更大的差别,可以更确切的说:任何很大程度上依赖标准的轮胎模型的ABS算法在不理想的现实情况
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