汽車(chē)電子液壓制動(dòng)系統跟隨特性的實(shí)驗研究 ----意義與名詞解釋

　　豐田公司于2003年1月在北美國際車(chē)展上展出了一款混合動(dòng)力概念車(chē)SU-HV，裝備了改進(jìn)后的的混合動(dòng)力系統“Hybrid Synergy Drive*1”。同年4月豐田公司將搭載了既有良好動(dòng)力性能又節能環(huán)保的第二代混合動(dòng)力系統“THSⅡ”應用在第二代Prius普銳斯上。此后，搭載車(chē)型擴大到了MPV、SUV、以及FR轎車(chē)。同年10月豐田公司在第37屆東京車(chē)展上展出了全新的概念混合動(dòng)力車(chē)，該車(chē)搭載了新型E-Four(電動(dòng)四輪驅動(dòng))動(dòng)力和SU-HV1混合動(dòng)力系統。大陸公司從2000年開(kāi)始在電子剎車(chē)系統應用EBS [27]技術(shù)，已經(jīng)有了比較成型的產(chǎn)品，推出了MK20，MK25，MK50，MK60，MK70等型號的電子機械式制動(dòng)執行器。其中MK60結構更緊湊，更輕便能夠提供新能較強的液壓制動(dòng)力，已經(jīng)裝配到從緊湊型車(chē)到輕型卡車(chē)等各種級別的車(chē)中。而Mk25則裝配在頂級車(chē)以及輕卡上，MK50則裝配在重型客車(chē)上。

　　從2007年左右開(kāi)始到現在，EHB技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )整合時(shí)代。制動(dòng)系統不再是一個(gè)獨立的系統，電子控制單元將它和轉向系統、動(dòng)力系統及輔助駕駛系統通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行集中控制。其中以日本豐田公司提出的車(chē)身動(dòng)態(tài)綜合管理系統(VDIM)以及Bosch公司的主被動(dòng)安全整合(CAPS)系統最為有代表性。

　　豐田提出了整合管理系統(VDIM)，該系統對動(dòng)力系統、轉向系統和制動(dòng)系統等主要總成進(jìn)行集中控制，通過(guò)傳感器采集駕駛員的駕駛狀況和汽車(chē)行駛狀態(tài)，在汽車(chē)動(dòng)態(tài)達到不穩定行駛臨界狀態(tài)前就開(kāi)始控制，以便保持汽車(chē)的穩定性，進(jìn)一步提高了該車(chē)的駕駛穩定性能和主動(dòng)安全性能。

　　Bosch公司認為未來(lái)汽車(chē)電子產(chǎn)品的智能功能將以主、被動(dòng)安全系統與預測型輔助駕駛系統的緊密結合為基礎，Bosch為所有這些功能打造了共同的名稱(chēng)—“主被動(dòng)安全整合”(CAPS)。從2007年4月起，Bosch已經(jīng)成功將主動(dòng)、被動(dòng)安全系統及輔助駕駛系統建立成一個(gè)網(wǎng)絡(luò )。如2007年投產(chǎn)的將偏航傳感器及加速度傳感器與油壓組件設計為一體的“ESP8i ”，在2008年投產(chǎn)支持新一代通信網(wǎng)絡(luò )FlexRay的“ESP premium with FlexRay”以及輕型車(chē)專(zhuān)用組件“ABS8k”，還有面向摩托車(chē)的“ABS8ME”。在2009年投產(chǎn)的支持混合動(dòng)力車(chē)的“ESP premium for HEV ”。該CAPS系統為實(shí)現先進(jìn)的安全功能提供了基礎，更能有效地防止事故發(fā)生。預計Bosch公司將在2010年開(kāi)始推出ESP和ABS的第9代產(chǎn)品，該產(chǎn)品將在實(shí)現小型輕量化的同時(shí)降低噪音及振動(dòng)。并且Bosch的第一代CAPS功能整合了自適應巡航控制系統(ACC)和ESP 。第二階段的開(kāi)發(fā)成果是預測性碰撞警告系統，目前已經(jīng)在奧迪Q7上實(shí)現了批量生產(chǎn)。第三階段的開(kāi)發(fā)將推出預測性緊急制動(dòng)系統，能夠使車(chē)輛在緊急狀況下自行緊急剎車(chē)。

　　1.4國內外EHB試驗臺的發(fā)展

　　汽車(chē)線(xiàn)性制動(dòng)系統作為一種先進(jìn)的線(xiàn)性控制系統，引起了國內外許多大學(xué)和研究機構的關(guān)注，并為此搭建起實(shí)驗平臺進(jìn)行研究。

　　圖1.3為都靈理工大學(xué)搭建的ABS/ESC 實(shí)驗臺，主要由可載入汽車(chē)車(chē)輛模型的主機控制器和液壓回路系統組成，實(shí)驗臺配置有：?jiǎn)伟錮SPACE DS1103 PPC控制板，可應用Matlab-Simulink軟件建立的車(chē)輛模型，多塊dSPACE-ControlDesk板卡來(lái)控制處理實(shí)驗結果，后置處理器可以為用戶(hù)提供良好的圖形演示的結果。液壓動(dòng)力單元由SL真空助力器和串聯(lián)雙腔制動(dòng)主缸組成。第二液壓回路與制動(dòng)踏板單元連接，由PID控制器控制，可實(shí)現踏板力的模擬，得知駕駛員的制動(dòng)意圖。壓力傳感器分別安裝在主缸處和助力器出液端，用來(lái)測量主缸壓力和助力器壓力。位移傳感器用來(lái)測量活塞桿位置，輸出狀態(tài)反饋信號給電控單元從而對液壓執行機構進(jìn)行控制，繼電器可以驅動(dòng)的ESC電磁閥，可以實(shí)現ABS主動(dòng)控制，ESC(Electronic Stability Control)電子穩定程序控制。

　　都靈理工大學(xué)在此基礎上搭建了EHB硬件在環(huán)試驗臺(如圖1.4)，該試驗臺主要用來(lái)分析和研究線(xiàn)性制動(dòng)系統，因為系統配備有高壓蓄能器，由其為系統提供高壓油液，使整個(gè)系統響應速度更快，可產(chǎn)生更大的制動(dòng)力矩，并且可對各個(gè)輪缸獨立進(jìn)行控制?？蓪﹂_(kāi)發(fā)電磁閥控制策略進(jìn)行開(kāi)發(fā)，以減小壓力震蕩，縮短響應時(shí)間。編輯和調整控制邏輯可增強駕駛員制動(dòng)時(shí)的舒適性，還可以基于此實(shí)驗臺進(jìn)行能量回收。該試驗臺配置有：兩個(gè)鼓式制動(dòng)器，兩個(gè)盤(pán)式制動(dòng)器，裝高速開(kāi)關(guān)閥四路液壓回路與制動(dòng)輪缸相連，與串聯(lián)雙腔制動(dòng)主液相連的液壓踏板單元用于模擬駕駛員制動(dòng)意圖。壓力傳感器安裝在蓄能器出液端和四個(gè)輪缸進(jìn)液端，可實(shí)時(shí)監測蓄能器和輪缸壓力，儲液器與蓄能器之間裝有電機泵，為蓄能器提供高壓穩定的油液。

　　圖1.5布萊頓大學(xué)搭建的EHB實(shí)驗臺。主要對踏板力模擬單元進(jìn)行了詳細的討論。對轉角傳感器所測轉角與輪缸壓力之間的關(guān)系進(jìn)行了標定。應用AMESim聯(lián)合Simulink軟件建立起了車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型，利用實(shí)驗臺對輪缸壓力跟隨特性進(jìn)行了研究，得出制動(dòng)壓力跟隨的曲線(xiàn)與傳統的制動(dòng)系統壓力曲線(xiàn)進(jìn)行了對比，表明系統的響應時(shí)間更快，壓力波動(dòng)跟小，并能明顯改善駕駛員制動(dòng)時(shí)的感覺(jué)。此實(shí)驗臺還可以進(jìn)行EHB容錯控制。

　　與國外研究水平相比，國內的EHB系統實(shí)驗臺的建設還處于起步階段，吉林大學(xué)的劉溧建立起了適于進(jìn)行ABS性能評價(jià)與控制方法的混合仿真實(shí)驗臺(簡(jiǎn)稱(chēng)MST)

　　MST將可將ABS的關(guān)鍵部件嵌入仿真回路，擴展了傳統仿真的研究方式。由于液壓系統動(dòng)態(tài)特性對ABS的控制品質(zhì)有較大的影響，通過(guò)對電磁閥的開(kāi)關(guān)響應過(guò)程分析，對電磁閥進(jìn)行了理論建模和仿真。將ABS液壓系統簡(jiǎn)化為液壓閥口、液壓缸和液壓管路三個(gè)基本液壓元件構成，利用此實(shí)驗臺進(jìn)行了液壓系統動(dòng)態(tài)特性的研究，包括電磁閥開(kāi)關(guān)響應時(shí)間、管路的傳輸滯后時(shí)間及增、減壓過(guò)程中的輪缸壓力變化率等。驗證了理論研究結論的正確性，通過(guò)實(shí)驗結果的分析，得到了電磁閥響應時(shí)間、管路傳輸滯后時(shí)間和輪缸壓力變化率的經(jīng)驗模型。并對建立的模型進(jìn)行了實(shí)驗驗證，模型參數進(jìn)行了辨識。

　　最后對ABS控制邏輯與液壓系統相結合，進(jìn)行防抱制動(dòng)過(guò)程的混合仿真試驗研究，通過(guò)液壓系統嵌入的混合仿真實(shí)驗對控制邏輯進(jìn)行了驗證。實(shí)驗結果表明：控制邏輯與實(shí)際液壓系統結合后，具有良好的防抱制動(dòng)效果。