汽車防抱死制動系統控制技術研究

汪海洪

摘 要：汽車防抱死制動系統作為汽車構成系統中必不可少的一部分，在汽車制動時通過對制動力的控制，使汽車車輪處于邊滾邊滑狀態，防止車輪抱死使汽車正常制動，減少交通事故。本文首先闡述了汽車防抱死制動系統結構與部件、汽車防抱死制動系統工作原理，進一步對汽車防抱死制動系統控制技術展開了探討，旨在為汽車防抱死制動系統開發人員及駕駛人員帶來一些啟示。

關鍵詞：汽車;防抱死制動系統;原理;控制技術

1 引言

現代汽車的行駛速度不斷加快，對制動性能提出了越來越嚴格的要求。尤其是在一些小附著系數或干濕混合的路面上，制動時車輪極易出現打滑情況，使得汽車失去方向穩定性。所以，防抱死制動系統對于汽車安全而言尤為關鍵。汽車防抱死制動系統（ABS）作為汽車上的一種主動安全裝置，用以汽車制動時可避免車輪抱死拖滑，進一步可增強汽車制動時的轉向控制能力、方向穩定性以及縮短制動距離，有效實現汽車的制動效能。隨著電子技術的不斷發展，數字電子技術、大規模集成電路的推廣，使汽車防抱死制動系統控制技術得以不斷發展完善，成本不斷降低，再憑借其質量輕、體積小、控制精度高等優勢，使得其在現如今各種汽車中得到全面普及。

2 汽車防抱死制動系統

2.1 汽車防抱死制動系統結構與部件

汽車防抱死制動系統主要由基本制動系統和制動力調節系統兩部分組成，其中，基本制動系統（普通制動系統）包括制動主缸、制動輪缸、制動管路等部分，可作用于汽車的常規制動;制動力調節系統（壓力調節控制系統）則包括輪速傳感器、電子控制器、執行器等部分，在制動時可確保汽車車輪始終不會抱死，車輪滑移率始終在合理范圍，汽車防抱死制動系統結構，如圖1所示。

現如今，汽車的防抱死制動系統中均裝置有電磁感應式輪速傳感器，其可裝置于車輪上，也可裝置于主減速器、變速器上。輪速傳感器包括永久磁鐵、磁極、齒圈、線圈等部分，當齒圈在磁場中旋轉，齒圈齒頂與電極的間隙便保持恒定的速度轉變，并使磁路中的磁阻發生轉變，以此會進一步造成磁通量有序轉變，在線圈兩端形成與磁通量轉變速度呈正相關關系的感應電壓，同時將這一電壓信號傳輸至電子控制器。作為防抱死制動系統的控制中心，電子控制器可作用于接收源于轉速傳感器的感應信號，計算出車輪速度，并與參考車速展開比較，進而獲取滑動率和加減速度，并對該部分信號進行處理，向壓力調節器下達指令。除此之外，如果防抱死制動系統中有相關部件出現有異常，電子控制器還可實現有效監控，及時發出警報信號。制動壓力調節器主要作用于接收電子控制器發出的指示，進而實現對制動壓力的或增加或減小的調節。由于防抱死制動系統是在原本常規制動系統基礎上設置的控制系統，所以其也是在常規制動過程的基礎上開展運行的。在制動過程中，倘若未出現車輪抱死的傾向，制動過程與常規制動過程是相一致的。唯有車輪出現抱死傾向，防抱死制動系統才會對車輪制動壓力進行控制。現階段的防抱死制動系統，普遍會對系統運行狀況進行監控，可實現實效保護和自我診斷功能，倘若引發不利于防抱死制動系統有序運行的故障時，會執行關閉防抱死制動系統，返回至常規的制動裝填，并向駕駛員發出警示信號，提醒駕駛員及時處理。

2.2 汽車防抱死制動系統工作原理

對于汽車防抱死制動系統工作原理而言，首先第一步通過輪速傳感器獲取與制動車輪轉速呈正相關關系的交流電壓信號，然后將這一信號傳輸至電子控制器，并通過電子控制器計算得出車輪速度、滑動率以及車輪增減速度，接著電子控制器中的控制單元再對該部分信號開展比較處理，并向制動壓力調節器發出調節指令，促使制動壓力調節器中的電磁閥實現對制動壓力的有效調節，進而控制制動力矩，使其符合地面附著狀態，防止車輪抱死。

3 汽車防抱死制動系統的控制技術

汽車防抱死制動系統控制效果受其所應用的控制技術很大程度影響，所以，汽車防抱死制動系統的發展實則是控制技術的發展，而為實現控制技術的有效發展，不僅可拓寬控制范圍，增強控制功能，還要引入更理想的控制方法。隨著車輛動力學、電子技術的不斷發展，現如今汽車防抱死制動系統所采用的控制技術，主要包括有邏輯門限值控制、模糊控制、滑膜控制以及PID控制等。

3.1 邏輯門限值控制

邏輯門限值控制包含各式各樣形式，但工作原理大多大同小異，即為首先對相關控制參數設置相應的控制極限值，汽車制動過程中，汽車防抱死制動系統電控單元結合計算的實時參數值與相關控制極限值大小關系，以評定車輪的運行狀態，進一步控制調節制動壓力，以得到盡可能大的制動強度及可靠的方向穩定性[1]。該項控制技術中常用作汽車防抱死制動系統控制參數的包括車輪滑移率、車輪加減速度以及車輪加減速度變化率等反映車輪運動狀況或動力學狀態的參數。倘若只選取一項控制參數，勢必無法保障汽車防抱死制動系統在各式各樣行駛狀況下均獲取良好的性能，所以，現階段該項控制技術往往將車輪加減速度用作主要控制參數，并將車輪滑移率用作輔助控制參數。需要注意的是，滑移率是結合各輪速信號依據相應規律確定汽車的參考速度后，計算獲取的參考滑移率，因此與實際滑移率存在有一定的不同。

3.2 模糊控制

針對以汽車滑移率為調節對象的防抱死制動系統，其輸入量為期望滑移率與車輪實際滑移率的偏差（E）及偏差的變化率（EC），輸出量為制動管路油壓。選取帶修正因子的模糊控制器，將以模糊推理算法為指導的控制表概述如下公式：U=α×E+（l-α）EC，其中，α代表修正因子，α值的大小反映了對偏差及偏差變化率的加權水平[2]。通過控制α，便可實現對控制規則的有效調節。若α偏大時，則表示對偏差的加權大，階躍響應速度快，可通過調節能量以縮減偏差，不過也容易引發超調;若α偏小時，調節的目的則在于縮減超調，不過響應速度偏慢。一般選取帶兩個α值的修正因子表達式便可符合性能要求，也就是，當E偏小時，u=α1E+（1-α1）EC;當E偏大時，u=α2E+（1-α2）EC。其中，兩個修正因子∈（0，1），并且α1<α2，汽車防抱死制動系統通過對E值大小的評定后，便可選擇對應的控制規則表達式。

3.3 滑膜控制

結合汽車防抱死制動系統的工作而言，其制動過程本質上即為將車輪的滑移率調節于附著系數的峰值（Sk），因此滑膜控制結構結合系統對應的運行狀態、偏差及其導數值，在各個控制區域，以最佳開關的方式轉變控制量的大小、符號，進而保證系統在滑移區域盡可能小的范圍內，狀態軌跡朝滑動轉換曲線滑向控制目標[3]。一般情況下，將制動力矩（Mb）作為控制變量，轉換前提為，當S>0時，Mb=Mb-;當S<0時，Mb=Mb+;其中，Mb-、Mb+對應的是由控制系統所決定的制動力矩增減的兩種狀態。

3.4 PID控制

PID控制，亦可稱之為比例積分微分控制，其包含有數字式PID控制、增量式PID控制以及自適應PID控制等一系列形式。不過總的而言，倘若將控制誤差（e）界定為期望滑移率（S0）與實際滑移率（S）之差，則對于PID的控制可界定為：U（s）=（Kp+Ki/s+Kds）E（s），其中，U（s）、E（s）指的是系統控制量（u）和偏差（E）的拉氏變換;另外，Kp、Ki、Kd則分別代表比例系數、積分系數以及微分系數。所以，對于汽車防抱死制動系統的設計可界定為，結合汽車防抱死制動系統動態系統，獲取一組理想的參數Kp、Ki、Kd，確保汽車車輪滑移率可以盡可能快的方式貼近期望滑移率（S0）。PID控制通常適用于線性或非線性不嚴重的系統，不過對于其控制參數的調節存在一定難度，因此不易于實現對制動系統的有效控制[4]。

4 結束語

總而言之，汽車防抱死制動系統是在傳統制動系統基礎上，引入一套防止車輪制動抱死的控制系統，其主要由輪速傳感器、電子控制器、執行器組成，這些組成部分在汽車制動過程中可發揮各自的優勢，保持汽車方向的穩定性及轉向控制能力，將汽車車輪滑移率切實控制在預期滑移率附近的狹小范圍之內，使得汽車獲取理想的制動性能，減少輪胎磨損，減少交通事故的引發。

參考文獻：

[1]吳浩，嚴運兵，方圓，等.汽車防抱死制動系統H∞控制與PID控制的比較研究[J]. 汽車科技，2012，09（05）：14-18.

[2]付杰.電動汽車防抱死制動系統控制策略現狀研究[J].科技創新與應用，2017，17（03）：150-150.

[3]潘開廣，唐夢柔.汽車防抱死制動系統控制技術[J].汽車工程師，2009，23（05）：43-46.

[4]王甜甜，王曌，馬權鑠.基于PID控制的防抱死制動系統的仿真研究[J].2017，08（04）：148-150.