车辆防抱死制动系统控制技术研究*

2021-01-14吴俊

科学与信息化 2020年36期

吴俊

武汉商学院湖北武汉 430000

概述

当车辆行驶时，驾驶员需要通过制动来控制车辆行驶速度。由于路面状况时刻变化且车辆自身载荷也不同，这就促使车辆制动且特别是紧急制动时，制动效果也大不相同，传统制动系统虽然能够获得车辆行驶时的制动力，但难以获取稳定的制动效果，特别当车辆处于湿滑的行驶工况时，不稳定的制动效果往往带来车辆制动时的侧滑，甚至于翻车撞车等事故，给车内乘员及路面行人带来巨大安全隐患。因此，车辆防抱死制动系统的出现，可有效避免制动时车辆不稳定现象的发生。

1 防抱死制动系统控制原理

车辆防抱死系统能够根据当前车轮工况，自动判定何时介入工作，通过系统自身所安装的调压装置对车轮制动力进行动态调节，从而达到防止车轮因制动力过大而发生抱死现象的目的，在保证制动稳定性的基础上最大程度调节车轮制动力，以期获取制动力大小和制动稳定性的平衡。

1.1 防抱死制动系统组成

防抱死制动系统主要由轮速传感器、电子控制器和液压控制单元三部分组成。

（1）轮速传感器。轮速传感器能够将车轮的转速不间断地传递给防抱死制动系统控制器，根据工作原理的不同，轮速传感器主要分为电磁感应式轮速传感器和霍尔效应式轮速传感器，由于电磁感应式轮速传感器为无源部件，且抗干扰效果较好，故广泛应用于目前的车用轮速传感器[1]。

（2）制动防抱死系统电子控制器。制动防抱死系统电子控制器是系统控制中枢，通过接收由4个车轮传感器传递轮速信号，经过内部放大、A/D转换、计算后得出车辆参考车速、车轮减速度值，再经运算得出当前车辆滑移率大小，并将计算值与参考值进行对比，最终发出车辆制动力大小控制指令以期获取良好的制动稳定性。同时，电子控制器还具有故障自诊断功能，对系统工作状态进行监控，在系统零部件出现故障时及时发出报警信息并断开制动系统控制功能，此时车辆仅能满足基础机械制动功能。

（3）液压控制单元。液压控制单元通过控制安装于内部的电磁阀来对制动力进行动态调节。控制单元位于车辆制动主缸和轮缸之间，接受来自于防抱死系统电子控制器指令，通过控制电磁阀、液压泵进而直接或间接地控制进入轮缸的制动液压力，其工作频率往往处于15-20次/S，远大于驾驶员自身踩踏板频率，因为可有效地获取最大制动效能，避免制动尤其是紧急制动时车轮的抱死现象。

1.2 制动防抱死系统控制原理

制动防抱死系统控制包含常规制动、增压制动、保压过程和减压过程4个阶段。系统通过调整制动力大小从而达到调整车辆滑移率的目的，进而保证车辆制动时的稳定性。车辆开始制动时，系统为确保最大程度利用路面附着情况，此时车辆为常规机械制动阶段。车轮制动力急速升高且车轮趋于抱死，此过程中，防抱死系统虽没有介入工作但其仍监控车轮的运动状态，待车轮由于急速升高的制动力导致将要发生抱死现象时，电子控制器迅速向液压控制单元发出减压指令，车轮由于制动力下降而转速上升且滑移率下降。当车辆滑移率下降至图示稳定区间内时，液压控制单元通过电磁阀动作关闭减压和增压通道，制动器压力随即保持力求延长高附着系数工作时间。若制动力下降至滑移率处于10%以内，则此时车辆附着系数处于低值，车辆稳定性差。电子控制器发出增压指令，液压控制单元通过驱动液压泵和内部电磁阀打开制动器增压通道，制动系统加压，车轮由于制动力升高而转速重新下降且滑移率升高。制动时，系统将以较高频率对车轮制动力进行动态控制，通过改变滑移率来获取最大程度的附着系数，提高车辆制动稳定性。

2 防抱死制动系统控制技术

由于车辆行驶是一个非常复杂的过程，具有涉及变量多且受外界环境影响变化大的特点，而理论上对车辆制动过程的研究往往是简化其力学和数学模型来实现，理论计算值与实际值之间的偏差将会影响车辆制动尤其是紧急制动时的性能，如何通过最优的算法来实现最大程度制动控制的精确性，便可直接提升车辆制动稳定性，从而进一步提高车辆的制动效能。目前，车辆防抱死制动系统控制技术主要有逻辑门限控制、滑模变结构控制以及模糊控制三种[2]。

2.1 逻辑门限控制技术

逻辑门限制是目前应用最为广泛的防抱死制动系统控制技术，电子控制器以车轮的角减速度为控制门槛值，以车辆滑移率S作为辅助门槛值，取车轮速度作为车辆的参考车速，那么当车辆制动时，若车轮的角减速度达到减速度门槛值且滑移率S小于辅助门槛值，则制动液压油压力将进入保压通道。当滑移率S大于辅助门槛值，则制动液压油压力将进入减压通道，此时车轮角减速度减小，重新达到其门槛值时，制动液热压油压力重新进入保压通道。此时，由于车辆惯性作用，车轮角减速度转换为角加速度值，而进一步越过门槛值，此时应使制动液压油进入增压通道而限制车轮转速进一步增加。当车轮叫加速度值重新回落至门槛值时，制动液压油进入保压通道。当车轮角加速度进入门槛值以内时，则制动液压油压力重新进入增压通道，以便进入高附着系数区域力图充分利用路面附着情况维持制动时车辆的稳定。最后当车轮角减速度重新回落至门槛值时，电子控制器将进入下一个工作循环，如此往复直至车辆最终停止。逻辑门限控制技术控制方式较成熟，控制简单且可靠性较好，但由于门槛值及压力控制时间等参数通过反复实验而得出，缺乏必要的理论依据，对于复杂度大的路况往往无法获得好的制动效能及稳定性，故为了克服上述缺点，研究人员提出基于模糊控制技术的车辆防抱死制动系统控制技术，从而达到更加高效的制动效能及稳定性。

2.2 模糊控制技术

模糊控制技术是基于模糊理论发展而来的一种新的控制技术，具有不依赖对象的数学模型，同时可以对车辆制动工况下不确定性的对象和非线性的对象进行控制，控制系统鲁棒性强，可有效改善车辆制动效能和稳定性，道路适应性强。模糊控制系统通过模糊逻辑控制器将滑移率误差和滑移率变化量作为系统输入，经控制器计算而得的输出量作为制动分泵压力控制信号从而确定制动防抱死系统液压控制单元的压力调节值（如图1所示）。根据输入、输出变量关系，建立模糊控制规则表，结合模糊逻辑控制器可将车辆制动防抱死模型通过MATLAB/Simulink软件进行仿真，分别生成车轮制动压力、滑移率及制动距离随时间变化曲线，得到制动距离与制动稳定性相互协调的仿真结果，相较于逻辑门限控制方法，制动效能及稳定性可显著提升[3]。