基于電子機械制動系統車輛單輪動力學模型的滑膜控制分析

摘 要：在汽車的運用過程中，為了實現最佳的制動效果和最大的能量回饋，本文設計了單輪動力學模型，并根據其路面行駛的需要，對相應的滑模控制器進行了設計，對汽車制動過程的安全性和側向穩定性進行了積極探討。

關鍵詞：汽車；電子機械制動系統；滑膜控制；制動

中圖分類號：U463.5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2015） 02-0000-01

基于線控制動摒棄了沉重復雜的機械部件、可有效節省空間等優勢，使得其成為了新時期汽車制動系統的研究熱點。

一、滑膜控制器的設計

（一）制動系統中控制器的設計

具體的實施過程中，車輛制動時，為了使車防止抱死且制動性能達到最大，有必要對車輪進行調整，使其相應的滑移率達到最佳，并以此來獲得最大的地面附著力，究其實質來看，路面條件才是最佳滑移率的決定因素，所有的路面條件下，滑移率為0.2的路面摩擦因數即為最大的路面摩擦因數，基于此，本研究設計出滑膜控制器旨在以滑移率等于0.2為其控制目標。以下為具體的滑膜控制器設計過程：

A.等效控制量求解

進行整理可得：

（1）

上式中， 以及u-Ik為控制量。

經過筆者對滑移率進行求導，得出：

（2）

在上式中代入式（1）可得出：

（3）

在此研究分析中，雖然不能得到準確的μ值，但我們可得出估計值 的誤差有界，如下：

（4）

這樣，便能設計對各種路面魯棒性強的滑膜控制器，我們將滑動面定義為：

（5）

上式中， ；其中待設計的正常數用λ表示，上面式（1）中的方程為一階，所以有：

S=Srd-Sr （6）

表明滑膜控制器的達標條件為：

（7）

其中，η為正數，為了使系統達到滑動超平面，需要滿足該式的控制器，對式（11）求導得出：

（8）

我們令 ，則滑動狀態下等效控制量為：

（9）

其中，μ為準確值時的最佳控制量用 表示。

B.監督控制量求解

本研究過程中，基于的不確定性，所以在超平面以外時，為了保證系統狀態能達到滑動超平面，需要引入監督控制項 ，即 ，在式（7）中代入（8）得出：

（10）

如果令

（11）

則可以將式（10）中變換為

（12）

在s≥0的條件下，可滿足滑膜條件，所以，僅需設計下式即可：

（13）

所以，控制率可由（13）式代入（10）式即可求出：

（14）

（二）抖振削弱方法

在車輛的運行中，滑膜控制系統本身存在的抖振問題，這種現象將會對控制器的控制效果造成影響，嚴重的情況下，甚至會損害整個系統，基于此，有效地對其進行削弱極為重要，本設計中，利用在切換面附近設置薄邊界層，來進行的平滑控制，用飽和函數代替符號函數，實現了對抖振的削弱 。其中的飽和函數為：

（15）

上式中， 為以設計參數。具體為系統離開理想切換面的程度，也就是所謂的邊界層厚度，所以，此方法也稱“邊界層”法，其對抖振的削弱，通過采用飽和特性代替開關特性來實現，經筆者及研究團隊后續的試驗發現，當其相應的邊界層厚度 時，能有效地-消除抖振現象。

結束語：從選用的Burckhardt模型入手，在具體分析其內容的基礎上，結合當前汽車的行駛中的具體情況，設計了單輪模型的滑模變結構控制器，后續試驗表明，其具有理想的制動效果，以期能為我國的汽車行業發展提供有益的參考。

參考文獻：

[1]田洪勝.基于FPGA/SOPC技術的汽車電子機械制動控制系統研究[D].江蘇大學，2010.

[2]師波.混合動力汽車機械制動與再生制動系統最佳制動轉矩控制[D].燕山大學，2013.