汽車(chē)電子液壓制動(dòng)系統跟隨特性的實(shí)驗研究 ----EHB系統跟隨特性的實(shí)驗研究（一）

　　第4章EHB系統跟隨特性的實(shí)驗研究

　　4.1引言

　　EHB系統由于取消了傳統制動(dòng)系統的制動(dòng)踏板與制動(dòng)卡鉗間直接的液壓鏈接，與傳統液壓制動(dòng)系統在性能以及時(shí)間響應上存在巨大差異。因此EHB的成功研制需要大量的實(shí)車(chē)試驗，才能得到系統的最佳性能時(shí)的工作狀態(tài)。僅僅通過(guò)經(jīng)驗值的摸索方式調試會(huì )造成可信度的降低，并且導致在短時(shí)間內無(wú)法完成。而過(guò)長(cháng)的開(kāi)發(fā)周期會(huì )消耗大量的財力，人力和物力。因此在其設計開(kāi)發(fā)過(guò)程中，臺架試驗是一個(gè)非常重要的手段，也是十分必要的。EHB試驗臺可以實(shí)現臺架上制動(dòng)負載的變化趨勢與路面行駛一致。能夠對傳統制動(dòng)系統的ABS、ESP、TCS等控制算法進(jìn)行實(shí)驗研究和驗證，實(shí)際輪缸壓力穩定快速對給定的目標壓力進(jìn)行跟隨是更好實(shí)現這些功能的前提，良好的輪缸壓力跟隨可以為后續實(shí)車(chē)試驗獲得某些基本參數和算法打下堅實(shí)的基礎，下面對EHB系統的跟隨特性進(jìn)行試驗研究。

　　4.2 EHB制動(dòng)壓力跟隨控制算法

　　4.2.1 PID控制原理

　　PID控制器一種是應用非常廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器是一種線(xiàn)性調節器，參數整定容易，其控制系統結構如圖4.1所示，使用中通過(guò)設定調節三個(gè)參數(Kp，Ki和KD)，即可調節系統的響應。PID的這三個(gè)參數Kp，KI和KD可以根據過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性及時(shí)整定，當使用中得不到精確的系統數學(xué)模型等條件，必須現場(chǎng)調試和依靠經(jīng)驗確定，這時(shí)最適合用PID控制技術(shù)。

　　PID控制器的微分方程如式4.1所示：

　　其傳遞函數為：

　　其中u(t)為系統輸出，e(t)為系統目標值與實(shí)際輸出值的偏差，Kp為比例系數，TI為積分時(shí)間常數。TD為微分時(shí)間常數。

　　PID控制器是一種線(xiàn)性調節器，這種調節器是將系統的給定r與實(shí)際輸出值y構成的控制偏差e =y- r的比例、積分、微分，通過(guò)線(xiàn)性組合構成控制量輸入給控制對象。

　　PID控制器各校正環(huán)節的作用

　　比例環(huán)節：快速減小偏差，加快響應速度，但是過(guò)大會(huì )使系統超調量增大，影響系統穩定性。

　　積分環(huán)節：主要用于減小穩態(tài)誤差，但會(huì )使系統響應速度減慢。

　　微分環(huán)節：在系統中偏差信號變得太大之前引入一個(gè)修正信號，從而加快系統的動(dòng)作速度，減小了調節時(shí)間，減少了系統的超調量。

　　4.2.2 EHB液壓系統制動(dòng)壓力的控制策略

　　PID控制器的控制量主要有目標信號和反饋信號兩種信號：目標信號亦稱(chēng)目標值或給定值，即系統直接給定的輪缸壓力值;反饋信號是指將壓力控制信號輸入到液壓系統通過(guò)壓力變換傳感器測量到的系統輸出的實(shí)際值，亦稱(chēng)反饋量或當前值。

　　圖4.2為輪缸壓力的PID控制策略，欲使EHB系統中的某一個(gè)輪缸的制動(dòng)力穩定在預期的目標值上，控制器中的PID必須將反饋信號與目標信號不斷地進(jìn)行比較，并根據比較結果來(lái)實(shí)時(shí)地調整輸出的電磁閥的PWM值，以調整管路中的制動(dòng)液的流量，最終使輪缸的壓力值達到預期的目標值上。

　　EHB系統的液壓回路中采用PWM方式調節兩位兩通的進(jìn)液閥和出液閥開(kāi)啟關(guān)閉的時(shí)間，控制液壓缸中的進(jìn)油和出油的平均流量，以實(shí)現對液壓缸中的壓力的控制。PWM控制信號由軟件編程的方式產(chǎn)生，為了使高速開(kāi)關(guān)閥有較好的線(xiàn)性調制范圍和較快的響應速度，本文確定PWM調制信號的頻率為25Hz.根據所確定的調制信號的周期。我們對MC9S12XE/S中的PWM模塊進(jìn)行編輯，具體步驟如圖4.2

　　在EHB系統輪缸壓力進(jìn)行跟隨控制時(shí)，以單端導通方式對高速開(kāi)關(guān)閥進(jìn)行控制。一個(gè)調制周期內當一個(gè)高速開(kāi)關(guān)閥開(kāi)啟則另一個(gè)高速開(kāi)關(guān)閥關(guān)閉。輸入目標值與系統反饋值差值的正負決定了閥的開(kāi)啟與關(guān)閉，而差值的大小決定了調制信號的占空比。當目標值與反饋值之差為正時(shí)，系統需要進(jìn)油增壓，此時(shí)進(jìn)液閥導通，出液閥關(guān)閉。當目標值與反饋值之差為負時(shí)，系統需要回油減壓，此時(shí)進(jìn)液閥關(guān)閉，出液閥導通。當差值很很小時(shí)，每個(gè)調制周期內的脈寬值都很小。當差值很大時(shí)，每個(gè)調制周期內的脈寬值都很小。

　　理想的開(kāi)關(guān)閥，調制信號作用下，電磁閥做完全響應。在一個(gè)調制周期內，閥口流量方程為：

　　而在實(shí)際過(guò)程中，計算流量特性時(shí)應采用閥芯的平均位移Xv來(lái)表征方程中的閥芯最大位移xm，如下式：

　　Q：由出油口流出的液體流量( L /s ) P1：進(jìn)油口壓力( Pa )

　　P2：出油口壓力( Pa ) ρ：液體密度(kg /m3 )

　　Cd：流量系數 w：閥口面積梯度(㎡)

　　從上式我們可以看出，通過(guò)改調制信號的占空比D可以控制通過(guò)閥的平均流量，最后實(shí)現對輸出壓力的控制。以進(jìn)油閥為例，PWM信號的占空比按下式計算：

　　式中，D(t)為PWM信號的占空比，e(t)為輪缸的目標壓力與實(shí)際壓力之差，Pd(t)為輪缸的目標壓力，P(t)為輪缸的實(shí)際壓力，Kp、KI、KD分別為PID調節器中比例系數、積分系數及微分系數，E為壓力偏差的門(mén)限值。

　　以左前輪制動(dòng)輪缸為例，其壓力跟隨的流程圖如圖4.4所示。其中Pd(t)為左前輪輪缸目標壓力，P(t)為左前輪輪缸的實(shí)際壓力。當輸入的目標壓力值與反饋壓力值之差大于門(mén)限值E，此時(shí)進(jìn)液閥開(kāi)啟、出液閥關(guān)閉，從進(jìn)液閥流入到液壓缸的流量大于出液閥流出制動(dòng)缸的流量，制動(dòng)缸壓力增大，當輸入的目標壓力值與反饋壓力值之差在±E之間時(shí)，進(jìn)液閥和出液閥均關(guān)閉，液壓缸壓力保持不變;當輸入的目標壓力值與反饋壓力值之差小于-E時(shí)，此時(shí)進(jìn)液閥關(guān)閉、出液閥開(kāi)啟，進(jìn)液閥輸入液壓缸的流量小于出液閥流出制動(dòng)缸的流量，系統減壓。通過(guò)PWM模塊輸出的脈沖調制信號對高速開(kāi)關(guān)閥各的控制，實(shí)現對制動(dòng)壓力的控制。