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汽车主动安全技术之EDB

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汽车主动安全技术之EDB

0汽车主动安全技术之 英文全称是 够根据由于汽车制动时产生轴荷转移的不同,而自动调节前、后轴的制动力分配比例,提高制动效能,并配合 高制动稳定性。1. 研究 目的汽车制动稳定性直接影响到汽车安全,而制动稳定性与制动时车轮是否抱死以及前后车轮的抱死顺序密切相关。前轮抱死车辆将失去转向能力,后轮抱死则会发生侧滑甚至甩尾,后果更严重。理想的前后桥制动力分配曲线简称 图 2示,它只与汽车的总重及质心位置有关,因此空载和满载时的I 曲线是不同的。实际上前后桥上的制动力分配是由前后制动器的大小决定的,因此它只能是一条直线即 线。图 2车前后桥制动力分配曲线传统的汽车制动系统通常都通过在前后轴制动管路间增加一个比例阀来限制后轴的制动力,以避免制动时后轮先发生抱死侧滑,从而获得如下图所示的制动力分配曲线,但后桥的附着利用率仍然不是最好,其附着损失见图 2阴影部分1图 2比例阀的前后桥制动力分配曲线 图 2 前后桥制动力分配曲线 用电子技术替代传统的比例阀来控制汽车液压制动系统的前后桥制动力分配,其基本思想尽可能增大后轮制动力,由传感器监测车轮的运动情况,一旦发现后轮有抱死趋势,电子控制器控制液压制动器降低制动压力。由于节频率高、调节幅度小、控制精确,可使 线始终位于 I 线下方且无限接近于 I 线 图 2示 。因此 保证制动稳定性的同时,使后轮获得了最大制动力,从而提高了整车的制动效能。 关系及优点 随着汽车工业的飞速发展和高速公路的迅速延伸, 汽车的行驶速度越来越快,对汽车行驶安全性的要求也愈来愈高, 改善汽车的制动性能始终是汽车设计、制造部门的重要任务。汽车制动防抱死系统电子制动力分配系统汽车上的开发成功, 使汽车的制动性能得到质的飞跃。决了汽车紧急制动时附着系数的利用,并可获得较好的制动方向稳定性及较短的制动距离,然而它不能解决制动系统中的所有缺陷。在车轮滑移率还没有达到 控制范围时,作用在四个车轮上的制动压力同时一致增大,然而前后车轮上的垂直载荷发生了转移,前后车轮达到最佳滑移的时间并不一致,这时 统对地面附着力的利用并没有达到最大。因此 进一步发展衍生出了电子制动力分配系统( 一种辅助系统,在 统的基础上增加了功能。装载有 汽车性能要远高于只有 汽车,见图 2 2无 车辆制动性能对比图对于 没有任何硬件上的附加,而只是控制程序、功能上的优化与增强,甚至可以说 生出的辅助功能,通过改进,增强脑软件控制逻辑,使运算功能更复杂,在一些汽车的产品说明书上就是以“标明。汽车工程师们除了在编著电脑运算程序时需增加一定的控制程序之外,并没有过多的硬件投入。制动时能根据车辆各个车轮2的运动状态,智能分配各个车轮制动力大小,以维持车辆在制动状态下的平稳与方向。而且,即使 效,能保证车辆不会出现因甩尾而导致翻车等恶性事件的发生。 汽车制动时即开始控制制动力,而 是在车轮有抱死倾向时开始工作。 是对作用在车轮上的力矩进行控制,能防止车轮相对于路面发生滑动,以充分利用路面的附着系数,防止因左右道路附着系数不同而造成附加转向力矩引起车辆方向失控。虽然 够保证后轮的稳定性,但是 作用时的舒适性差而 采用滑移率,相对 说 滑移率门槛值更低一些如图 2示,制动压力调节的升压及降压梯度明显低一些,且优先考虑持压。其结果是制动液消耗少,且由于电磁阀工作少,液压泵不工作,因而噪声小,制动舒适性好,故有“高舒适性的后桥 称。优点还在于在不同的路面上都可以获得最佳制动效果,缩短制动距离,提高制动灵敏度和协调性。外一个特性就是它的随动性。当车辆的载重或乘员数发生变化时,能根据各个车轮车速传感器采集的信号,主动、适时、合理地进行制动力的“智能”分配,从而保证制动过程中车辆的直线行驶状态和车身的稳定性,让危险夭折于萌芽状态。图 2向力及侧向力与滑移率关系曲线图3. 组成及工作原理 组成 统由转速传感器、电子控制器和液压执行器三部分组成。转速传感器安装在 4 个车轮上,检测车轮转速。液压执行器主要由控制后桥压力的常开阀,常闭阀和低压蓄能器组成,低压蓄能器的作用是暂存降压时所排出的制动液。电子控制器接收转速信号,根据这些信号计算车辆的参考速度及滑移率,当识别出后轮有抱死趋势即滑移率大于某一个值时,控制器向液压执行器中的3电磁阀发信号,使后轮制动力降低,以保证后轮不会抱死。 力调节过程分为升压、保压和降压三个阶段。制动时通过助力器制动主缸建立制动压力,此时常开阀打开、常闭阀关闭,制动压力进入车轮制动器,车轮转速迅速降低,直到电子控制器识别出车轮有抱死趋势为止。当电子控制器识别出车轮有抱死趋势时,电子控制器即关闭常开阀,此时常闭阀亦处于关闭状态,系统进入低压阶段,若此时后轮仍有抱死趋势,则进入降压状态,此时常开阀关闭,常闭阀打开,车轮压力降低。降压所排出的制动液暂存在低压蓄能器中。制动结束后,制动踏板松开,制动主缸内的制动压力为零。此时再次打开常闭阀,低压蓄能器中的制动液经常闭阀、常开阀中的中单向阀返回制动主缸,低压蓄能器排空,为下一次电子制动力分配调节做好准备。 子控制器的硬件和软件图 2子控制器硬件组成框图图 2电源变压器把汽车电源电压 12V 变为处理器用的 5V 电压。转速传感器信号经滤波后由触发器把正弦波模拟信号变为一系列的矩形波脉冲信号。在本设计中采用了两个微处理器处理器 I 和处理器 这是考虑到汽车制动系统为主动安全件,因而采用了冗余设计。两个处理器以相同的控制逻辑进行控制运算,仅当两处理器的输出结果完全一致时才会向电磁阀驱动电路送控制信号,同时电磁阀的监控信号通过电磁阀信号反馈电路送回处理器,以确保电磁阀工作在有效状态。两个处理器互相间有数据交换以实现相互监控。两个看门狗结构完全相同,但彼此独立运行,全过程监控处理器中的程序运行、控制处理器的初始化、识别过压及欠压故障,并在发现功能故障时通过电源驱动电路断开电源负极。一旦发现故障情况,警告灯驱动电路就会点亮警告灯。软件控制及控制执行图 2件控制逻辑框图图 2段识别及门槛值 参考车速电子制动力分配系统的输入信号为车轮速度信号,而控制输入为滑移率。为此须根据轮速信号计算出车辆的参考速度和滑移率。 控制阶段识别及其门槛值图中圆圈中的数字分别代表 1S1,进入控制; 7S1h 时,进入控制; 2退出控制; 8S2h 时,进入控制; 3S2,进入控制; 9S 2h 时,进入控制; 4S2,进入控制; 10退出控制; 5S3h 时,进入控制; 11退出控制; 6S 2h 时,进入控制; 上式中1,2,3 分别代表不同的门槛值。 其中初始进入条件为制动减速度大于 a g。退出控制条件为制动灯开关信号由“1”变“0”或电子制动力分配功能连续工作 控制阶段执行阶段执行中使用由电子制动力控制逻辑计算出来的阶段信息和控制条件,计算哪一个阀制动,制动时间多长,两个压力调节动作之间休息多长时间。 (1)阶段 0 的执行无抱死趋势,常开阀打开,常闭阀关闭,压力直线上升。(2)阶段 1 的执行后轮有轻微抱死趋势,常开阀、常闭阀均关闭,压力保持 不变。这是电子制动力分配控制逻辑中优先考虑的阶段,因为它没有噪声,也不消耗制动液。 (3)阶段 2 的执行车轮有抱死趋势,常开阀持续关闭,常闭阀脉冲通电。通 电时间一般取 歇时间由 s 算出。降压停止条件为电子制动力分5配功能进入条件,即车轮减速度小于 ag。 (4)阶段 3 的执行车轮稳定,无抱死趋势,常开阀脉冲通电,常闭阀持续关闭,脉冲升压,升压梯度为通电 歇 是对作用在车轮上的力矩进行控制,能防止车轮相对于路而发生滑动,以充分利用路面的附着系数,防止因左右道路附着系数不同而造成附加转向力矩引起车辆方向失控。前面已经详述了 关系,我们知道电子制动力分配是在 然 够保证后轮的稳定性,但是用时的舒适性差。而 采用滑移率,不采用车轮减速度来检测车轮的抱死趋势,相对 来说,滑移率门槛值更加低一些,制动压力调节的升压及降压梯度明显低一些,且优先考虑保压。其结果是制动液消耗少由山于电磁阀工作少,液压泵不工作,因而噪声小,制动舒适性好。 三,. 发展过程 因为电子制动力分配 在防抱制动系统 的基础上发展起来的一种新的功能。所以它不需要增加任何硬件,只需通过软件即可实现。当更精确,高级的控制策略出现时,只需要进行软件方面的升级即可。非常方便。 4. 研究现状 目前对 控制大都采用逻辑门限法等单一控制方式,难以消除复杂制动条件对控制系统的影响; 或采用轮速、压力等多种传感器获取信号,通过大量试验进行匹配研究,开发周期长。而 品为提高性价比,往往只用轮速传感器来获取制动信息,这给 制设计增加了困难。汽车制动初期,各轮正压力、地面附着系数、摩擦力等都不尽相同,使得各轮速、滑移率等都有不同程度的变化,但很难为这些变化建立完整模型。从轮胎与地面接触的力学特性着手,对 控制任务进行划分,用不依赖于精确模型的分级控制解决 为复杂的控制问题。在运行级,设计了基于单轮参考滑移率和轮减速度的模糊智能控制器来计算各轮的预分配制动力。在组织协调级,设计出基于模糊推理的整车制动力协调控制器,根据各轮参考滑移率的差异对各轮预分配制动力进行调整。 由此而设计的汽车 级控制系统,见图 3制级的 4 个局部模糊控制器分别计算 4 个车轮的预分配制动力; 协调级中的协调控制器对各预分配制动力进行调整,让整车各轮得到最佳的制动力分配。6图 3分级控制系统框图在分析汽车 级控制系统之前,我们需要充分分析车辆制动时轮胎与地面接触的力学特性。 (1)车辆制动模型的建立 车辆采用单轮模型,轮胎采用以最佳滑移率为界的双线性模型,制动器模型简化为一阶积分器,考虑到制动系统的特性,增加延时和比例环节。 (2)参考车速和参考滑移率的计算 根据轮速传感器的信号来计算参考车速,对实现 制至关重要,且这种方法要具有通用性。研究实验中得到多种车辆 大量轮速变化曲线,经数据处理分析,发现在车轮不抱死的前提下,采用不同轮胎的不同车辆在各种路面制动时,轮速曲线变化的基本规律是一致的。根据制动压力、轮速和地面附着力的关系,可将轮速变化分为增压、减压和保压 3 种状态区间,轮速变化过程反映了制动过程中轮胎与地面接触的力学特性 制动开始时,车速较高且与轮速一致,为缩短制动时间需加大制动力,此时轮速下降率最大; 随着轮速的迅速下降,为防止车轮抱死需减小制动压力,导致轮速下降率变小; 若继续减压,将不利于充分利用路面的附着系数进行制动,因此需要采用保压方式,但保压过久轮速会有回升趋势,当回升到一定程度时,又开始下一个制动周期。由此,提出一种取轮速峰峰值之间的连线来求解参考车速的一般计算方法。画法如图73图 3值连线法求解参考车速从图 3知,由于在轮速峰值点处,车轮压力位于保压和增压的交界点,轮速回升到局部最高,为区间极大值,此轮速峰值最可能与当前车速接近,是用 来求解参考车速的最佳点,进而求得最佳的参考滑移率。 装有 汽车在制动初期给各轮预分配的制动力 矩 是一定的。但各车轮角减速度难以相同,会导致各车轮线减速度不同。另外,各轮的 参考 滑移率是否超过一定的范围也是体现车轮是否抱死的重要依据。因此,在 作用前应对车轮的制动力进行调整控制,而参考滑移率、车轮减速度和制动力之间的变化是相互影响的,但很难建立相应模型。模糊推理适合于参数具有时变性且难以建立精确模型的对象,可用它来设计单轮制动力控制算法。以参考滑移率为主,辅以车轮线减速度,作为模糊控制器的输入变量,预分配制动力作为输出变量。参考滑移率的模糊子集为 S ,相应的语言值为 零 小中 大 最大 ,车轮线减速度的模糊子集为 V ,相应的语言值为 负最大 大 中 小 。预分配制动力模糊子集为 U,模糊语言值同参考滑移率。 研究表明,在 作用以前,若分配给各轮的制动力能够使四个车轮同时抱死是最理想的。汽车制动时,由于各轮与路面附着系数和制动力的不同,会使得各轮的参考滑移率产生变化而具有差异,因此必须对制动初期前后轮滑移率和左右轮滑移率进行比较,以调整各轮制动力,使各轮有相同参考滑移率以达到同步抱死的目的。由于各轮参考滑移率变化关系复杂而难以建立精确模型,仍采用模糊推理来协调各轮预分配制动力的关系。 实验表明采用 级控制的方法 级控制能够在 制起作用8前协调整车制动力分配,充分利用了车轮和地面之间的附着力,让各轮的抱死趋于一致而具有良好的整车制动平稳性,是一种较为有效的新的 制方法,可解决整车制动力分配问题。它抓住了汽车制动初期的本质特征,只需要检测4 个车轮的轮速,不需要精确的汽车制动动力学模型,降低了模型的不确定性对 统的影响,可提高开发效率。

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