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1、清华大学学报(自然科学版)24/271997年第37卷JournalofTsinghuaUniversity(Sci&Tech)第12期第95～98页*制动器耗散功率最大为目标的ABS控制方法宋健,陈在峰清华大学汽车工程系,北京100084文摘提出了一种以制动器耗散功率最大为目标的汽车1原理的提出防抱死制动系统(ABS)的控制方法。首先对这种方法的控制效果进行了分析。分析结果表明:与经典的滑移率控制相汽车减速制动的过程,实质上是将汽车的平动比,利用制动器耗散功率最大作为ABS的控制目标可以使动能转化为其它形式能量的耗散过程。在强烈制动车辆具
2、有更好的制动稳定性和较高的制动效能,而且这种方时,一般安装摩擦式制动器汽车的平动动能将主要法能够自动根据路况对ABS进行自适应的调节。然后利用通过两处摩擦力作功的方式转化为热能耗散掉,其极大值原理导出了控制律。数值仿真计算的结果证明了控制一是通过路面与轮胎之间摩擦力作功的方式,其二原理的有效性。则是通过制动器摩擦力作功的方式。为了提高汽车关键词防抱死制动系统;最优化控制;制动器耗散功率;的制动稳定性,需要尽量减小轮胎的纵向滑移率,即制动控制路面与轮胎之间的摩擦力作功功率在适当的范分类号U270.35围内;而为了提高汽车的制动效能,则应设法使
3、上述二者的摩擦功率之和为最大。据此推理,如果取制由于汽车制动过程具有变化快,非线性明显,轮动器的摩擦力功率(或称耗散功率)最大为ABS的胎-路面相互作用关系复杂的特点,使得防抱死制动控制目标,则有可能兼顾制动稳定性和制动效能。为系统(ABS)的控制问题成为突出的难点。了验证这种推理的合理性,首先采用单轮制动模型目前,在实用的ABS系统中普遍采用基于经验进行讨论。的逻辑门限控制方法,即根据车轮角加速度与估计建立单轮制动模型如图1所示,设其为二自由的车轮滑移率来调节车轮制动力矩,达到防止车轮度,即质心沿x方向的平动以及车轮绕对称轴Oy抱死的目的
4、。由于缺乏足够的理论指导,逻辑门限方的转动,运动微分方程如下法在选择门限值,车速估计以及路面识别上存在困dXI=mgRL-p(1)难,因此需要针对不同车型进行大量的参数匹配试dt验,不仅耗资巨大,而且延长了产品开发周期。mdv=-mgL(2)dt另一方面,一些学者依据古典的或者是现代的其中:I为车轮绕旋转轴Oy的转动惯量;m为控制理论,提出了一些新颖的控制方法,例如PID+汽车模型质量;g为重力加速度;R为车轮半径;L自适应控制,滑移模态控制等,但要求计算量过大,为地面与轮胎之间的纵向附着系数;p为制动力需要测量系统状态量甚至其高阶导数,故
5、而在ABS矩;X为车轮绕旋转轴Oy的转速;v为车轮质心沿的实时控制中无法应用。x方向的速度。本文依据汽车制动过程的物理实质,导出了一种以制动器耗散功率最大为目标的ABS控制方法。方法本身具有明显的物理意义,预计具有良好的应用前景。收稿日期:1997-09-02第一作者:男,1957年生,副教授图1单轮制动模型*国家“九五”攻关项目,96-A05-02-0296清华大学学报(自然科学版)1997,37(12)[1]考虑几种典型路面,分别为干沥青路面,潮湿纵向附着系数Lw,Lc列于表1。由表中数据可以看泥土路面,疏松积雪路面和结冰路面。轮胎在对
6、应路到在大多数路面条件下,制动器耗散功率最大值对面上的纵向附着系数与滑移率的关系见图2。设车应的附着系数Lw与峰值附着系数Lc很接近,峰值速v相同,均为20m/s,车轮的滑移率为S,则对应附着系数利用率均大于90%,符合国家标准对装备的地面制动力矩为mgRL。此时,制动器制动力矩pABS的车辆峰值附着系数利用率不小于75%的要a=mgLR+IX,若忽略车轮惯性力矩,则制动器制动求。因此,根据制动器耗散功率最大进行控制可以满耗散功率Pw=pV(1-S)/R。取m=342,I=1.0,足对ABS制动效能的要求。R=0.33,g=9.8,由上述公
7、式计算得制动器耗散表1四种典型路面上(当S=Sw时)纵向附着系数利用率功率与滑移率的相互关系见图3。由图3可以看出路面ScLcSwLw(Lw/Lc)/%如下特点:干沥青0.170.95990.110.941198.041)当滑移率为0或1时,制动器耗散功率均为潮湿泥土0.360.45650.210.424993.09最小值0;疏松积雪1.000.27000.180.203975.512)无论在何种路面上,耗散功率最大值对应的结冰0.100.10280.080.102299.43滑移率Sw均比峰值附着系数Lc对应的滑移率Sc小,由于侧向附着系
8、数一般都是滑移率的减函数,所2控制律的推导及数值计算以Sw处的制动稳定性应较Sc处为高;3)除了松软积雪路面(Sc=1)以外,Sw与Sc选取轮胎与路面的纵向附着力模型为-CS相近
