汽车ABS控制方式探讨

汽车ABS控制方式探讨
摘要:汽车防抱死制动系统(简称ABS:Anti-Lock Brake System)是基于汽车轮胎与路面之间的附着特性开发的高技术制动系统,充分利用轮胎与地面的附着系数,依据ABS的工作原理,本文分析研究了ABS的控制方式,ABS的控制方式包括逻辑门限值控制、滑动模态变结构控制等。

并通过对这些控制方式的研究,提出了自己的改进理论。

关键词:汽车防抱死制动系统控制方式
在汽车防抱死制动系统出现之前,汽车所用的都是开环制动系统,极易发生交通事故。

汽车防抱死制动系统(Anti-lock Braking System简称ABS)的出现从根本上解决了汽车在制动过程中的车轮抱死问题。

汽车制动防抱死系统可使汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离,有效提高行车的安全性。

1 ABS的控制方式研究
所谓控制方式是指将某种逻辑法则转换为计算机程序储存于ECU中,用以对传感器数据进行处理并发出执行指令。

1.1 ABS的控制方式分类
ABS的控制方式有逻辑门限值控制、滑模变态结构控制、ABS 耗散功率控制等。

1.2 汽车ABS控制原理
ABS的作用是最大限度地利用轮胎与路面的纵向和横向附着系数,从而在制动过程中增强汽车的制动效能和稳定性,防止侧滑和摆尾,同时在紧急制动过程中保持转向能力。

有效利用纵向附着力可以缩短汽车制动距离,同时减轻轮胎的磨损。

1.3 逻辑门限值控制
逻辑门限制控制法的基本原理如下。

逻辑门限法的基本原理是选择车轮加速度门限和滑移率门限来控制制动压力的增压、减压或保压,以获得车轮的滑移率控制在最佳滑移率附近。

门限值主要是根据所用车型和路面特性在反复试验的基础上确定的,一般情况下,这样的试验至少要进行高附着系数路面和低附着系数路面两项试验。

1.4 滑模变结构控制
滑模变结构控制原理如下。

滑模变结构控制(VSS:Variable—Structure control System with Sliding Mode)是一类特殊的非线性控制方法。

滑模变结构控制与其他的控制系统的主要区别是在于它们的“结构”并非固定,而是在控制过程中不断地改变,结构在系统瞬变过程中
按照规定的结构控制法则有规律地变化。

在VSS理论中所研究的控制法则通常是,每当系统相空间中的运动点穿越某些曲面时改变系统的结构。

这些曲面的形状本质上取决于控制对象类型。

对结构的定义是:系统在状态空间(或相空间)中的状态轨迹(或相轨迹)的总体几何性质。

普通的控制系统常常采用状态反馈,因此控制量是状态量的一个连续函数。

1.5 ABS耗散功率控制方法
基于制动器耗散功率最大为目标的ABS控制方法是指在汽车制动的过程中,实质上是将汽车的平移动能转化为其它形式能量的耗散过程。

在强烈制动时,一般安装摩擦式制动器的汽车的平移动能将主要通过两处摩擦力做功的方式转化为热能耗散掉,第一是通过路面与轮胎之间摩擦力做功的方式,第二则是通过制动器摩擦力做功的方式。

1.6 汽车ABS控制方式的改进
1.6.1 各种控制方式的优缺点
逻辑门限值控制是技术比较成熟的控制方式,将其用于ABS的控制,可以使整个控制过程比较简单,结构原理上比较容易实现。

目前这种控制方式有成熟的产品,产品的可靠性也较好。

同时,如果控制参数选择合理,则可以达到比较理想的控制效果,能够满足各种车辆的要求但逻辑门限值控制本身也存在一些不足。

如它的控制逻辑比较复杂、
波动较大,很难有很强的鲁棒性,但是由于逻辑门限值的控制方法比较依赖于经验,因此需要进行大量道路试验的方法来确定合适的门限值,控制系统中的许多参数都是经过反复试验得出的经验数据,缺乏严谨的理论依据,对系统稳定性品质无法评价等。

所以开发周期长、需要大量的投资。

不同研究单位对其试验数据进行保密,也不利于ABS技术的发展。

总的来说,滑模变结构控制方法可以有效地适用于车轮防抱死制动系统的非线性控制,对被控系统参数变化不敏感,抗干扰能力强,动态性能好,具有很好的鲁棒性和很强的自适应性。

但是目前变结构控制理论尚存在问题,突出的是抖动问题,它的算法有静差调节,很难保证静态精度,要求作动系统有较高的动作频率,且滑动运动在切换面附近切换时有抖动,对作动系统的性能及可靠性要求太高,很难实施。

基于制动器耗散功率最大为目标的ABS的控制方法是一种不需要大量试验来获得门限值等控制参数的控制方法,耗散功率控制使车辆具有更好的制动稳定性和较高的制动效能,而且这种方法能够自动根据路况对ABS进行自适应的调节。

但是需要使用压力传感器测量各分泵的制动压力,导致硬件成本高于常规的ABS系统。

1.6.2 控制方式改进理论
对于逻辑门限值控制方法,主要是门限值的确定,虽然通过大量的道路试验能够得到所需要的门限值,但是需要花费很多的时间和大量
的投资,可以通过概率统计的方法,将同一车型的车子在同一的路面上进行多次试验,然后选取一组有效数据,找出它们的分布规律,求出同一车型的车子在同一路面上的最佳门限值;再将不同车型的车子在同一路面上进行很多次的试验,同样是用概率统计的方法计算出一组有效数据,找出最佳值;最后对同一车型的车子在不同路面上进行大量的试验,对这些数据进行概率统计,同样得出一个最佳值。

综合上述三组数据,比较得出一个合适的门限值。

同时要求各个单位在研究试验数据时,要本着公开的原则,实行数据共享,共同为ABS技术的发展努力。

滑模变结构控制方法最大的问题就是抖动问题,对于它只能减弱,无法消除。

在适当的边界层内将原变结构控制连续化,根据系统当时的状态、偏差及其导数值在不同的控制区域,以理想开关的方式切换控制量的大小和符号,以保证系统在滑动区域很小的范围内,从而达到减弱系统抖动的目的。

基于制动器耗散功率最大为目标的ABS的控制方法,测量各分泵的制动压力时使用一种新型的测试仪器,这种仪器的价格要适中,同时它能准确地测量出各分泵的制动压力。

2 结语
汽车ABS应用将变得更加广泛,虽然它的控制方法还有不足之处,但是只要通过努力研究,将各种控制方法结合起来,充分发挥它们的优点,一定会找到一种更加完美的控制方式。

从而很好地利用ABS,提高
它的制动性能,为人们驾驶汽车提供更大的方便。

参考文献
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