低附著路面的彎道制動(dòng)控制策略研究

汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）在彎道工況工作時(shí)，需要考慮轉(zhuǎn)向?qū)Ψ€(wěn)定性造成的影響。為了提高汽車在彎道制動(dòng)的穩(wěn)定性，傳統(tǒng)方法是通過制動(dòng)減小離心力達(dá)到穩(wěn)定車身的效果[1]；通過分配車輪制動(dòng)力或采用主動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛穩(wěn)定性控制[2-3]。但是，由于載荷轉(zhuǎn)移造成車輛失穩(wěn)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向制動(dòng)過程中的穩(wěn)定性不能得到有效解決。為此，本文從轉(zhuǎn)向過程中的整車力學(xué)特性分析著手，研究轉(zhuǎn)向與制動(dòng)力之間的關(guān)系，綜合傳統(tǒng)方法，找出能夠解決上述問題的控制策略。

1 車輛失穩(wěn)的原因分析

1.1 車輛轉(zhuǎn)向模型

考慮到汽車結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，需要對(duì)其進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化：

(1) 認(rèn)為整車是由車身和4個(gè)輪胎組成，其中車身為一個(gè)剛體；

(2) 忽略側(cè)傾角對(duì)整車動(dòng)力性能的影響；

(3) 認(rèn)為汽車的初始狀態(tài)是在穩(wěn)定圓周上勻速行駛。

以左轉(zhuǎn)彎為例建立7自由度汽車轉(zhuǎn)向模型,

式中m 為整車質(zhì)量，νx為車體的縱向車速，νy為車體的側(cè)向車速，a、b 為車輛重心離前、后軸距離，c 為輪距，h為質(zhì)心高度，δ 為轉(zhuǎn)向輪角度，ω 為車輪角速度，γ 為橫擺角速度，Iz為車輛繞坐標(biāo)o 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J 為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，F(xiàn)x (1, 2, 3, 4)、Fy (1,2, 3,4)
為車輪對(duì)地的縱向和側(cè)向力，F(xiàn)zi為車輪載荷，T 為制動(dòng)力矩，μ 為地面摩擦系數(shù)，F(xiàn)b
為制動(dòng)力。

1.2 車輛失穩(wěn)的原因

汽車轉(zhuǎn)向過程中， 由于前輪的側(cè)偏角導(dǎo)致汽車產(chǎn)生側(cè)向力，使得汽車產(chǎn)生橫擺角速度，進(jìn)而使后輪產(chǎn)生側(cè)偏角和側(cè)向力。在整個(gè)過程中，可能影響汽車穩(wěn)定性的因素有：
(1) 車輪抱死。根據(jù)單輪模型， 為防止車輪抱死， 制動(dòng)器制動(dòng)力必須小于地面給車輪的摩擦力[ 4]：
FbμFzi (11)
(2) 離心力引起側(cè)滑。車輛以速度Vx在半徑為r 的圓周上運(yùn)動(dòng)，一旦離心力大于輪胎提供的側(cè)向力Fy，就會(huì)造成車輛失穩(wěn)。

(3) 汽車在某些行駛工況下造成的過度轉(zhuǎn)向。研究表明， 轉(zhuǎn)向不足的車輛具有一定高速穩(wěn)定性，但一般情況下，車輛在彎道制動(dòng)時(shí)會(huì)有向內(nèi)側(cè)偏轉(zhuǎn)的趨勢(shì)[ 5]。造成這種趨勢(shì)的原因。是車輛制動(dòng)時(shí)后輪載荷較大程度地向前輪轉(zhuǎn)移，使得正向力矩大于反向力矩。

2 控制邏輯設(shè)計(jì)

2.1 方案分析

根據(jù)對(duì)彎道制動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性分析， 解決汽車穩(wěn)定的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)合理的ABS 算法,實(shí)現(xiàn)汽車在彎道路面的穩(wěn)定控制。當(dāng)車輛在濕滑的彎道路面制動(dòng)時(shí)，車輛更容易出現(xiàn)因車輪不能提供足夠的側(cè)向力而導(dǎo)致的側(cè)滑現(xiàn)象。通過制動(dòng)降低車速減小離心力，但制動(dòng)力過大，車輪滑移率將會(huì)超過輪胎穩(wěn)定性范圍，車輪開始抱死，縱向力和側(cè)向力都會(huì)急劇減小。因此，要將車輪滑移率控制在穩(wěn)定范圍內(nèi)，防止車輪出現(xiàn)抱死。由式(11) 得到車輪不抱死的縱向最大制動(dòng)力Fb1與垂直載荷的關(guān)系為：
Fb1≤μFz (12)

根據(jù)附著橢圓關(guān)系：

實(shí)線力產(chǎn)生的正向力矩為M1，虛線力產(chǎn)生的逆向力矩為M2。為了糾正汽車制動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)向過度，可以通過減小正向力矩來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而減小Fx1的同時(shí)會(huì)增加Fy1,從一定程度上抵消了減小Fx1產(chǎn)生的作用；而減小Fx3的同時(shí)會(huì)增加Fy3，進(jìn)一步糾正了轉(zhuǎn)向過度。因此減小Fx3是糾正轉(zhuǎn)向過度最有效的方法。

　為了滿足對(duì)各車輪不同制動(dòng)壓力的控制，通過改進(jìn)控制算法，采用以滑移率為主、輪加速度為輔的控制參數(shù)，針對(duì)參數(shù)設(shè)置合適的門限值完成對(duì)汽車的控制。

2.2 邏輯設(shè)計(jì)

根據(jù)制動(dòng)壓力、車輪速度和地面附著力的關(guān)系，將每個(gè)ABS控制循環(huán)分為增、減和保壓3種狀態(tài)，增壓狀態(tài)又包含階梯增壓,為了區(qū)別把內(nèi)側(cè)后輪定義為特殊輪，其余車輪為普通輪。
結(jié)合轉(zhuǎn)向過程分析， 設(shè)置Sr、S0、S1、S2、S2S、S3、S4 7 個(gè)滑移率門限值，A2、A3、A3S 3 個(gè)加速度門限值。根據(jù)方案分析得到的結(jié)論可知門限值之間關(guān)系為：S1≥Sr>S2>S3>S2S，Sr>S0>S4，A2A3A3S?？刂撇呗粤鞒倘鐖D3 所示。