車輛防抱死制動系統控制技術研究*

吳俊

武漢商學院 湖北 武漢 430000

概述

當車輛行駛時，駕駛員需要通過制動來控制車輛行駛速度。由于路面狀況時刻變化且車輛自身載荷也不同，這就促使車輛制動且特別是緊急制動時，制動效果也大不相同，傳統制動系統雖然能夠獲得車輛行駛時的制動力，但難以獲取穩定的制動效果，特別當車輛處于濕滑的行駛工況時，不穩定的制動效果往往帶來車輛制動時的側滑，甚至于翻車撞車等事故，給車內乘員及路面行人帶來巨大安全隱患。因此，車輛防抱死制動系統的出現，可有效避免制動時車輛不穩定現象的發生。

1 防抱死制動系統控制原理

車輛防抱死系統能夠根據當前車輪工況，自動判定何時介入工作，通過系統自身所安裝的調壓裝置對車輪制動力進行動態調節，從而達到防止車輪因制動力過大而發生抱死現象的目的，在保證制動穩定性的基礎上最大程度調節車輪制動力，以期獲取制動力大小和制動穩定性的平衡。

1.1 防抱死制動系統組成

防抱死制動系統主要由輪速傳感器、電子控制器和液壓控制單元三部分組成。

（1）輪速傳感器。輪速傳感器能夠將車輪的轉速不間斷地傳遞給防抱死制動系統控制器，根據工作原理的不同，輪速傳感器主要分為電磁感應式輪速傳感器和霍爾效應式輪速傳感器，由于電磁感應式輪速傳感器為無源部件，且抗干擾效果較好，故廣泛應用于目前的車用輪速傳感器[1]。

（2）制動防抱死系統電子控制器。制動防抱死系統電子控制器是系統控制中樞，通過接收由4個車輪傳感器傳遞輪速信號，經過內部放大、A/D轉換、計算后得出車輛參考車速、車輪減速度值，再經運算得出當前車輛滑移率大小，并將計算值與參考值進行對比，最終發出車輛制動力大小控制指令以期獲取良好的制動穩定性。同時，電子控制器還具有故障自診斷功能，對系統工作狀態進行監控，在系統零部件出現故障時及時發出報警信息并斷開制動系統控制功能，此時車輛僅能滿足基礎機械制動功能。

（3）液壓控制單元。液壓控制單元通過控制安裝于內部的電磁閥來對制動力進行動態調節。控制單元位于車輛制動主缸和輪缸之間，接受來自于防抱死系統電子控制器指令，通過控制電磁閥、液壓泵進而直接或間接地控制進入輪缸的制動液壓力，其工作頻率往往處于15-20次/S，遠大于駕駛員自身踩踏板頻率，因為可有效地獲取最大制動效能，避免制動尤其是緊急制動時車輪的抱死現象。

1.2 制動防抱死系統控制原理

制動防抱死系統控制包含常規制動、增壓制動、保壓過程和減壓過程4個階段。系統通過調整制動力大小從而達到調整車輛滑移率的目的，進而保證車輛制動時的穩定性。車輛開始制動時，系統為確保最大程度利用路面附著情況，此時車輛為常規機械制動階段。車輪制動力急速升高且車輪趨于抱死，此過程中，防抱死系統雖沒有介入工作但其仍監控車輪的運動狀態，待車輪由于急速升高的制動力導致將要發生抱死現象時，電子控制器迅速向液壓控制單元發出減壓指令，車輪由于制動力下降而轉速上升且滑移率下降。當車輛滑移率下降至圖示穩定區間內時，液壓控制單元通過電磁閥動作關閉減壓和增壓通道，制動器壓力隨即保持力求延長高附著系數工作時間。若制動力下降至滑移率處于10%以內，則此時車輛附著系數處于低值，車輛穩定性差。電子控制器發出增壓指令，液壓控制單元通過驅動液壓泵和內部電磁閥打開制動器增壓通道，制動系統加壓，車輪由于制動力升高而轉速重新下降且滑移率升高。制動時，系統將以較高頻率對車輪制動力進行動態控制，通過改變滑移率來獲取最大程度的附著系數，提高車輛制動穩定性。

2 防抱死制動系統控制技術

由于車輛行駛是一個非常復雜的過程，具有涉及變量多且受外界環境影響變化大的特點，而理論上對車輛制動過程的研究往往是簡化其力學和數學模型來實現，理論計算值與實際值之間的偏差將會影響車輛制動尤其是緊急制動時的性能，如何通過最優的算法來實現最大程度制動控制的精確性，便可直接提升車輛制動穩定性，從而進一步提高車輛的制動效能。目前，車輛防抱死制動系統控制技術主要有邏輯門限控制、滑模變結構控制以及模糊控制三種[2]。

2.1 邏輯門限控制技術

邏輯門限制是目前應用最為廣泛的防抱死制動系統控制技術，電子控制器以車輪的角減速度為控制門檻值，以車輛滑移率S作為輔助門檻值，取車輪速度作為車輛的參考車速，那么當車輛制動時，若車輪的角減速度達到減速度門檻值且滑移率S小于輔助門檻值，則制動液壓油壓力將進入保壓通道。當滑移率S大于輔助門檻值，則制動液壓油壓力將進入減壓通道，此時車輪角減速度減小，重新達到其門檻值時，制動液熱壓油壓力重新進入保壓通道。此時，由于車輛慣性作用，車輪角減速度轉換為角加速度值，而進一步越過門檻值，此時應使制動液壓油進入增壓通道而限制車輪轉速進一步增加。當車輪叫加速度值重新回落至門檻值時，制動液壓油進入保壓通道。當車輪角加速度進入門檻值以內時，則制動液壓油壓力重新進入增壓通道，以便進入高附著系數區域力圖充分利用路面附著情況維持制動時車輛的穩定。最后當車輪角減速度重新回落至門檻值時，電子控制器將進入下一個工作循環，如此往復直至車輛最終停止。邏輯門限控制技術控制方式較成熟，控制簡單且可靠性較好，但由于門檻值及壓力控制時間等參數通過反復實驗而得出，缺乏必要的理論依據，對于復雜度大的路況往往無法獲得好的制動效能及穩定性，故為了克服上述缺點，研究人員提出基于模糊控制技術的車輛防抱死制動系統控制技術，從而達到更加高效的制動效能及穩定性。

2.2 模糊控制技術

模糊控制技術是基于模糊理論發展而來的一種新的控制技術，具有不依賴對象的數學模型，同時可以對車輛制動工況下不確定性的對象和非線性的對象進行控制，控制系統魯棒性強，可有效改善車輛制動效能和穩定性，道路適應性強。模糊控制系統通過模糊邏輯控制器將滑移率誤差和滑移率變化量作為系統輸入，經控制器計算而得的輸出量作為制動分泵壓力控制信號從而確定制動防抱死系統液壓控制單元的壓力調節值（如圖1所示）。根據輸入、輸出變量關系，建立模糊控制規則表，結合模糊邏輯控制器可將車輛制動防抱死模型通過MATLAB/Simulink軟件進行仿真，分別生成車輪制動壓力、滑移率及制動距離隨時間變化曲線，得到制動距離與制動穩定性相互協調的仿真結果，相較于邏輯門限控制方法，制動效能及穩定性可顯著提升[3]。

圖1 模糊控制系統框圖

3 結束語

綜上所述，車輛采用制動防抱死系統可顯著提升車輛制動時的穩定性及效能，通過改進防抱死制動控制算法，可使車輛適應更加復雜路況，從而有效提升車輛制動安全性。