ABS控制方法及仿真分析

付鳳吉，陳小五

（常州得一賽福機(jī)電科技有限公司，江蘇 常州 213000）

ABS控制方法及仿真分析

付鳳吉，陳小五

（常州得一賽福機(jī)電科技有限公司，江蘇 常州 213000）

文章介紹了ABS的工作原理、控制方法并進(jìn)行了仿真分析。仿真分析的應(yīng)用縮短了研發(fā)周期，實(shí)現(xiàn)快速迭代。

ABS；滑動(dòng)率；附著系數(shù)

1 概述

汽車制動(dòng)性能直接關(guān)系到車輛行駛安全。隨著社會(huì)對(duì)車輛安全性要求的提高和車輛行駛速度的增加，對(duì)汽車制動(dòng)性能的要求越來(lái)越高，而裝備防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）是提高車輛制動(dòng)性能的重要手段之一。

控制算法是影響ABS性能的重要環(huán)節(jié)，本文主要對(duì)ABS算法進(jìn)行分析并進(jìn)行仿真來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，以期加速 ABS系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程。

2 ABS工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

ABS檢測(cè)控制系統(tǒng)由車輪轉(zhuǎn)速傳感器、電子控制器（ECU）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。車輪轉(zhuǎn)速傳感器主要用于測(cè)量車輪轉(zhuǎn)速；ECU主要采集信號(hào)、計(jì)算分析并驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器動(dòng)作；執(zhí)行器主要包括制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器接受ABS ECU指令，通過(guò)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器的動(dòng)作來(lái)調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力，完成制動(dòng)壓力升高、保持和降低的控制功能。

圖1 ABS控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.2 工作原理

汽車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，車輪的運(yùn)動(dòng)是由跟隨車輛運(yùn)動(dòng)的水平運(yùn)動(dòng)（速度 v）和繞軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（角速度 ω）組合而成的，車輪滾動(dòng)半徑為r0。當(dāng)v=ω* r0時(shí)，車輪做純滾動(dòng)。這種情況比較少見，大多數(shù)情況下水平速度v不等于滾動(dòng)速度ω* r0。當(dāng)車輛正常行駛或加速時(shí)，車輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，車輪相對(duì)地面產(chǎn)生向后的滑轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生向前的驅(qū)動(dòng)力，此時(shí)v＜ω* r0。當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，車輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)減弱，車輪相對(duì)地面產(chǎn)生向前的滑移，從而產(chǎn)生向后的制動(dòng)力，此時(shí)v＞ω* r0。

滑動(dòng)率的定義是：

式中：v——（車身的實(shí)際）速度，r0——沒有地面制動(dòng)力時(shí)的車輪滾動(dòng)半徑，ω——車輪的角速度[1]。

圖2為附著系數(shù)與滑動(dòng)率的關(guān)系曲線。如圖所示，隨著滑動(dòng)率的變化，附著系數(shù)是變化的。ABS的控制目標(biāo)是將滑動(dòng)率控制在圖中的陰影部分，因?yàn)樵谠搮^(qū)域內(nèi)既有較高的縱向附著系數(shù)，也有較高的橫向附著系數(shù)；就是該區(qū)域可以很好的兼顧車輛的縱向制動(dòng)能力和橫向穩(wěn)定性。

圖2

ECU根據(jù)采集的傳感器信號(hào)測(cè)算出車輪的滑動(dòng)率S，經(jīng)過(guò)預(yù)定程序計(jì)算分析后確定后續(xù)執(zhí)行器的相應(yīng)動(dòng)作：增壓、減壓還是保壓狀態(tài)。滑動(dòng)率 s能否快速準(zhǔn)確的測(cè)定是決定ABS性能的關(guān)鍵因素之一。

3 ABS控制方法

由于ABS只安裝了車輪轉(zhuǎn)速傳感器，可以測(cè)量車輪角速度ω，而車輪半徑r0為已知條件，缺少車速v的數(shù)據(jù)，所以無(wú)法直接獲得滑動(dòng)率S。ABS是通過(guò)計(jì)算車輪角速度ω的變化——角加速度a的變化來(lái)間接判斷滑動(dòng)率S。

車輛制動(dòng)時(shí)，在達(dá)到最大附著系數(shù)之前，地面制動(dòng)力隨著制動(dòng)器制動(dòng)力的增加而增加，且地面制動(dòng)力等于制動(dòng)器制動(dòng)力；當(dāng)附著系數(shù)達(dá)到最大值時(shí)，地面制動(dòng)力等于附著力，等于制動(dòng)器制動(dòng)力；隨著制動(dòng)器制動(dòng)力進(jìn)一步增加，地面制動(dòng)力將向制動(dòng)力更小的滑動(dòng)摩檫力快速坍縮。制動(dòng)器制動(dòng)力與地面制動(dòng)力的差全部用于停止旋轉(zhuǎn)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以計(jì)算出車輪的角加速度。

4 仿真分析

根據(jù)前述ABS控制方法，用MATLAB進(jìn)行仿真計(jì)算，獲得如圖3仿真曲線：

圖3

利用仿真程序，可以幫助我們快速確定控制策略和相關(guān)控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速迭代，縮短研發(fā)周期。

[1] 余志生編著.汽車?yán)碚?機(jī)械工業(yè)出版社,2000年10月.

ABS control method and simulation analysis

Fu Fengji, Chen Xiaowu
( Changzhou qi-sef electromechanical technology co., LTD., Jiangsu Changzhou 213000 )

This paper introduces the working principle of ABS, the control method of ABS. Simulation analysis is carried out on ABS algorithms.The application of simulation analysis shortens the R & D cycle, and fast iterative analysis is implemented.

ABS; Sliding rate; Adhesion coefficient

U467

A

1671-7988(2017)22-119-02

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.22.043

付鳳吉，就職于常州得一賽福機(jī)電科技有限公司。

CLC NO.:U467

A

1671-7988(2017)22-119-02