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1、试验与研究逻辑门限值控制在汽车防抱制动系统中的应用中国汽车技术研究中心刘地[摘要]本文论述了逻辑门限值控制在汽车防抱制动系统中的应用。通过选择适当的控制门限及辅助控制门限,以达到比较理想的控制效果。同时指出了这种控制方式存在的不足,展望了汽车防抱制动技术未来的发展前景。叙词:逻辑门限值控制汽车ABS随着计算机技术与现代控制理论的迅速发展,电子运动的微分方程:控制技术在汽车中得到了越来越广泛的应用。其中汽车dkJ·=R·Ff-Mf-Mb(1)dt防抱制动系统(ABS)就是电子控制技术在汽车中应用或的实例。dkZ·H(S)·RMfMb虽然防抱制动系统的基本理论形成得很早,但是直=--(2
2、)dtJJJ到第二次世界大战期间,这项技术才开始逐渐用于飞机式中:k——车轮角速度;的制动。随着电子技术的发展,高性能、高效率、低成本Z——地面对车轮的法向反作用力;的ABS研制成功,为ABS技术应用于汽车制动提供了H(S)——附着系数,它是滑移率S的函数;可能性。同时,随着汽车技术的发展和公路条件的改善,Ff——地面对车轮的制动力,Ff=Z·H(S);汽车的行驶速度不断提高,汽车行驶安全性问题越来越Mb——制动器制动力矩;突出,迫切需要改进传统的制动系统,提高汽车的安全t——时间;性,因此,ABS在汽车上的应用得到了许多国家的重R——车轮半径;视。目前,在欧美等许多汽车工业比较发达
3、的国家,ABSJ——车轮转动惯量;已经成为汽车的标准装备。Mf——地面对车轮的滚动阻力矩。汽车防抱制动系统实质上是一种制动力的自动调节装置。通过调节制动力,使汽车在制动过程中轮胎的滑移率被控制在预定的范围内,从而提高汽车的制动效能以及汽车在制动过程中的横向稳定性和方向可操纵性等。所以ABS是一个典型的控制系统。现行的控制方式很多,而逻辑门限值控制技术较为成熟,应用也比较广泛。这种控制方式的特点是不需要建立具体系统的数学模型,并且对系统的非线性控制很有效,比较适合用于ABS的控制。当其用于ABS的控制时,仅需要采用汽车制动过程中车轮的角加速度、角图1汽车制动时车轮受力图减速度门限控制就
4、可以实现基本的防抱制动循环。如果由(2)式可以看出由于Z·R/J是与车轮结构参数再附加适当的辅助门限,则会得到更为理想的控制效有关的常数,所以汽车制动时,车轮角速度的变化与附果。下面对逻辑门限值控制在汽车防抱制动系统中应用着系数、滑移率和制动力矩密切相关。试验表明车轮抱的具体问题进行讨论。死总是出现在相当大的dk/dt的时刻。因此预选一个角汽车制动过程中,车轮的受力情况如图1所示。通减速度门限值,当实测值达到此门限值时,控制器发出过力学分析,可以得到汽车在制动过程中,车轮作平面指令,减小制动力,使车轮转速提高。再预选一个角加·44·汽车研究与开发试验与研究速度门限值,当实测值达到此门
5、限值时,控制器发出指的。其相互关系可以用图3所示的曲线表示。ABS的基令,增加制动力,使车轮转速降低。以车轮角速度作为单本原理就是要保持纵、横向附着系数均处于较高值,从信号输入,如上所述,同时在控制器中设置合理的角加而充分发挥出地面制动力,缩短制动距离、提高制动过速度、角减速度门限值,就可以实现防抱制动循环。程中汽车的横向稳定性和转向操纵能力。试验表明,将图2表示了采用这种控制方式的汽车的一个典型滑移率控制在5%～30%的范围内,汽车的制动性能最的制动控制过程。如图2所示,当踩下制动踏板开始制佳。因此可以考虑采用滑移率作为防抱制动门限进行控动时,制动力迅速增加,车轮开始减速。当车轮减
6、速到A制。但是直接对滑移率门限进行控制的系统是一个时变点时,车轮角减速度达到门限值,控制器发出指令,使制控制系统,其处理难度很大,不适合在ABS中应用。所动力减小。车轮惯性地减速一段时间后,转速开始上升。以比较合理而有效的控制方式为:以角加速度、角减速当车轮转速上升至B点时,车轮角加速度达到门限值,度门限作为主要门限,以滑移率门限作为辅助门限进行控制器又发出指令,使制动力增加。车轮惯性地加速一共同控制。这种控制方式比较容易实现,并且在汽车制动过程中,能及时、准确地识别各种复杂的路况,将车轮段时间后,转速又开始下降。如此反复多次,当车速低于转速控制在预期的范围内。某一数值时,停止制动力
7、的自动调节,使制动力增加,直至停车。从以上整个控制过程来看,这种控制方式比较容易实现。图3附着系数与滑移率的关系曲线图4是采用这种控制方式的汽车制动时的车轮速图2ABS工作时车辆速度变化曲线度的变化曲线。图4中的曲线表明,对车轮速度的控制不仅取决于车轮角速度的变化,而且还要考虑轮胎滑移虽然只采用角加速度、角减速度门限控制,对于简率的限制,图中S2和S2分别为预期的滑移率的上、下单理想的路况,就可以基本实现防抱制动循环。但对于限。采用这种控制方式,可以达到比
