汽車防抱死系統研究進展

1 引言

研究表明，由于機動車事故所造成的重大死亡與殘疾成為一個越來越大的一個社會問題，而對于減小機動車交通事故的一個重要的方法就是汽車主動安全技術。汽車防抱死系統可以在車輛制動的過程中，自動控制制動器制動力的大小，使車輪不被抱死，處于邊滾邊滑（滑移率在20%左右）的狀態，以保證車輪與地面的附著力在最大值。

本文將介紹現今防抱死系統的最新研究成果。

2 用于車輛制動的防抱死制動系統（ABS）的開發[1]

2.1 主要目的與主要原理

作者Minh V T對汽車防抱死制動系統（ABS）進行了實驗研究，分析了汽車在使用ABS系統制動時防止車輪抱死的能力，同時進行了仿真分析。并將PID控制和模糊邏輯控制器控制下的ABS系統進行對比。

對于PID控制器，設計者只可以調節三個常量（比例（Kp），積分（Ki）和微分（Kd））。但是，盡管可調參數較少，但PID控制器卻被廣泛應用于各個行業。使用PID控制器的ABS仿真模型如下圖2-1所示，使用模糊控制的仿真模型如圖2-2，三個參數的數學表達式由下式給出：

圖2-1 使用PID控制器的ABS仿真模型

對于模糊控制，控制的輸入量主要有兩個，實際滑動與參考滑動eθ之間的滑動誤差，以及最佳滑動誤差 e?θ的變化率。

圖2-2 使用模糊控制的ABS仿真模型

2.2 主要研究結果

對比兩種控制結果，可以發現，使用模糊控制器的控制方案的滑差控制表現出很好的收斂速度，很少或沒有超調，而對于PID，觀察到相當數量的超調，收斂速度相對較慢，控制結果如2-3所示。

圖2-3 滑差和誤差變化到制動壓力的映射

同時對兩種控制方式的制動距離進行對比分析，對比的結果如圖2-4所示。結果表明，在相同時間內，使用模糊控制ABS系統汽車的制動距離明顯小于使用PID控制算法的制動距離。兩種控制的滑差率見圖2-5。

圖2-4 模糊控制和PID控制制動距離

圖2-5 模糊控制和PID控制滑差率對比

3 純電動車連續再生防抱死制動系統的試驗研究[2]

3.1 主要目的及主要原理

通過傳統的制動系統驅動摩擦制動器和再生制動系統驅動電動機，可以實現具有單獨控制的車輪驅動的純電動車輛（EV）的防抱死制動功能。為了分析兩種防抱死制動系統（ABS）的優點和局限性，作者Savitski D介紹了全輪驅動EV試驗場試驗的實驗研究結果。制動性能評估有三種不同的配置：液壓ABS；只有在前橋上的再生ABS;前橋采用混合式液壓和再生式ABS，后橋采用液壓ABS。液壓ABS基于一個規則的控制器，連續再生ABS采用前饋和反饋控制。其中電液制動系統的結構圖如圖3-1所示，再生防抱死制動系統如圖圖3-2所示。

圖3-1 電液制動系統的結構圖

圖3-2 再生防抱死制動系統

3.2 主要研究結果

低摩擦路面的測試結果表明，與沒有ABS的車輛相比，所有配置ABS的車輛都能保證制動距離顯著減小。此外，再生ABS制動系統可以準確監測參考車輪的打滑情況，這使得車輛減速的振蕩時間較小，這將提高駕駛舒適性。所得到的實驗研究的結果可用于為具有獨立輪驅動的純電動車輛的新型ABS結構的選擇提供參考依據。

4 機電防抱死制動系統的魯棒控制：CRONE方法[3]

4.1 研究背景與研究意義

現如今生產出來的大部分車都配備有自動防抱死系統（ABS），這可以防止汽車車輪在制動過程中抱死，并縮短了制動距離。大多數汽車制動器都是基于液壓系統，這些系統通常呈現離散的動力學特性，對于制動器的控制是基于車輪減速閾值。然而，近來電子技術和X線控制技術的進步使得電子機械制動系統的發展成為可能，這為ABS系統的設計提供了多種可能性。

作者Benine-Neto A介紹了一種基于小型客車的機電防抱死制動系統，魯棒分數階控制器（CRONE）。在魯棒分數階控制器（CRONE）中，考慮了輸入參數不確定性，非線性和干擾。為了比較，將相同的控制綜合要求應用于H∞控制器的設計中。并將噪聲測量和降低的路面附著力的仿真結果與H∞控制器相比。

4.2 研究結果及展望

本文介紹了第三代CRONE控制器的設計，該控制器可用于具有ABS功能的電動機械制動系統。在可變的縱向速度、車輛質量和道路附著力不確定的情況下，該控制器能夠很好地跟蹤車輪參考角速度。在制動能力方面，結果表明，在時間域上的性能與另一種基于H∞方法的設計要求相同時，CRONE控制器能夠顯著減少由于測量噪聲引起的控制輸入的擾動，這不僅關系到執行器的能量消耗和使用壽命，而且還涉及系統是否可以使用成本更低的輪速傳感器。

[1]Minh V T,Oamen G,Vassiljeva K,et al.Development of Anti-lock Braking System(ABS)for Vehicles Braking[J].Open Engineering,2016,6(1).

[2]Savitski D,Ivanov V,Shyrokau B,et al.Experimental investigations on continuous regenerative anti-lock braking system of full electric vehicle[J].International journal of automotive technology,2016,17(2)：327-338.

[3]Benine-Neto A,Moreau X,Lanusse P.Robust control for an electro-mechanical anti-lock braking system：the CRONE approach[J].IFAC-PapersOnLine,2017,50(1)：12575-12581.