汽車電子液壓制動系統跟隨特性的實驗研究 ----意義與名詞解釋

　　豐田公司于2003年1月在北美國際車展上展出了一款混合動力概念車SU-HV，裝備了改進后的的混合動力系統“Hybrid Synergy Drive*1”。同年4月豐田公司將搭載了既有良好動力性能又節(jié)能環(huán)保的第二代混合動力系統“THSⅡ”應用在第二代Prius普銳斯上。此后，搭載車型擴大到了MPV、SUV、以及FR轎車。同年10月豐田公司在第37屆東京車展上展出了全新的概念混合動力車，該車搭載了新型E-Four(電動四輪驅動)動力和SU-HV1混合動力系統。大陸公司從2000年開始在電子剎車系統應用EBS [27]技術，已經有了比較成型的產品，推出了MK20，MK25，MK50，MK60，MK70等型號的電子機械式制動執(zhí)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力，已經裝配到從緊湊型車到輕型卡車等各種級別的車中。而Mk25則裝配在頂級車以及輕卡上，MK50則裝配在重型客車上。

　　從2007年左右開始到現在，EHB技術開始進入網絡整合時代。制動系統不再是一個獨立的系統，電子控制單元將它和轉向系統、動力系統及輔助駕駛系統通過網絡進行集中控制。其中以日本豐田公司提出的車身動態(tài)綜合管理系統(VDIM)以及Bosch公司的主被動安全整合(CAPS)系統最為有代表性。

　　豐田提出了整合管理系統(VDIM)，該系統對動力系統、轉向系統和制動系統等主要總成進行集中控制，通過傳感器采集駕駛員的駕駛狀況和汽車行駛狀態(tài)，在汽車動態(tài)達到不穩(wěn)定行駛臨界狀態(tài)前就開始控制，以便保持汽車的穩(wěn)定性，進一步提高了該車的駕駛穩(wěn)定性能和主動安全性能。

　　Bosch公司認為未來汽車電子產品的智能功能將以主、被動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—“主被動安全整合”(CAPS)。從2007年4月起，Bosch已經成功將主動、被動安全系統及輔助駕駛系統建立成一個網絡。如2007年投產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年投產支持新一代通信網絡FlexRay的“ESP premium with FlexRay”以及輕型車專用組件“ABS8k”，還有面向摩托車的“ABS8ME”。在2009年投產的支持混合動力車的“ESP premium for HEV ”。該CAPS系統為實現先進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年開始推出ESP和ABS的第9代產品，該產品將在實現小型輕量化的同時降低噪音及振動。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 。第二階段的開發(fā)成果是預測性碰撞警告系統，目前已經在奧迪Q7上實現了批量生產。第三階段的開發(fā)將推出預測性緊急制動系統，能夠使車輛在緊急狀況下自行緊急剎車。

　　1.4國內外EHB試驗臺的發(fā)展

　　汽車線性制動系統作為一種先進的線性控制系統，引起了國內外許多大學和研究機構的關注，并為此搭建起實驗平臺進行研究。

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

　　都靈理工大學在此基礎上搭建了EHB硬件在環(huán)試驗臺(如圖1.4)，該試驗臺主要用來分析和研究線性制動系統，因為系統配備有高壓蓄能器，由其為系統提供高壓油液，使整個系統響應速度更快，可產生更大的制動力矩，并且可對各個輪缸獨立進行控制?？蓪﹂_發(fā)電磁閥控制策略進行開發(fā)，以減小壓力震蕩，縮短響應時間。編輯和調整控制邏輯可增強駕駛員制動時的舒適性，還可以基于此實驗臺進行能量回收。該試驗臺配置有：兩個鼓式制動器，兩個盤式制動器，裝高速開關閥四路液壓回路與制動輪缸相連，與串聯雙腔制動主液相連的液壓踏板單元用于模擬駕駛員制動意圖。壓力傳感器安裝在蓄能器出液端和四個輪缸進液端，可實時監(jiān)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(wěn)定的油液。

　　圖1.5布萊頓大學搭建的EHB實驗臺。主要對踏板力模擬單元進行了詳細的討論。對轉角傳感器所測轉角與輪缸壓力之間的關系進行了標定。應用AMESim聯合Simulink軟件建立起了車輛動力學模型，利用實驗臺對輪缸壓力跟隨特性進行了研究，得出制動壓力跟隨的曲線與傳統的制動系統壓力曲線進行了對比，表明系統的響應時間更快，壓力波動跟小，并能明顯改善駕駛員制動時的感覺。此實驗臺還可以進行EHB容錯控制。

　　與國外研究水平相比，國內的EHB系統實驗臺的建設還處于起步階段，吉林大學的劉溧建立起了適于進行ABS性能評價與控制方法的混合仿真實驗臺(簡稱MST)

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

　　最后對ABS控制邏輯與液壓系統相結合，進行防抱制動過程的混合仿真試驗研究，通過液壓系統嵌入的混合仿真實驗對控制邏輯進行了驗證。實驗結果表明：控制邏輯與實際液壓系統結合后，具有良好的防抱制動效果。