低附著路面的彎道制動控制策略研究

汽車防抱死制動系統(tǒng)（ABS）在彎道工況工作時，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的穩(wěn)定性，傳統(tǒng)方法是通過制動減小離心力達到穩(wěn)定車身的效果[1]；通過分配車輪制動力或采用主動轉(zhuǎn)向技術(shù)，實現(xiàn)對車輛穩(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，需要對其進行必要的簡化：

(1) 認為整車是由車身和4個輪胎組成，其中車身為一個剛體；

(2) 忽略側(cè)傾角對整車動力性能的影響；

(3) 認為汽車的初始狀態(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o 的轉(zhuǎn)動慣量，J 為車輪轉(zhuǎn)動慣量，F(xiàn)x (1, 2, 3, 4)、Fy (1,2, 3,4)
為車輪對地的縱向和側(cè)向力，F(xiàn)zi為車輪載荷，T 為制動力矩，μ 為地面摩擦系數(shù)，F(xiàn)b
為制動力。

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，進而使后輪產(chǎn)生側(cè)偏角和側(cè)向力。在整個過程中，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， 制動器制動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 的圓周上運動，一旦離心力大于輪胎提供的側(cè)向力Fy，就會造成車輛失穩(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，車輛在彎道制動時會有向內(nèi)側(cè)偏轉(zhuǎn)的趨勢[ 5]。造成這種趨勢的原因。是車輛制動時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

2.1 方案分析

根據(jù)對彎道制動的動態(tài)特性分析， 解決汽車穩(wěn)定的關(guān)鍵在于設(shè)計合理的ABS 算法,實現(xiàn)汽車在彎道路面的穩(wěn)定控制。當車輛在濕滑的彎道路面制動時，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。通過制動降低車速減小離心力，但制動力過大，車輪滑移率將會超過輪胎穩(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。為了糾正汽車制動過程中的轉(zhuǎn)向過度，可以通過減小正向力矩來實現(xiàn)。然而減小Fx1的同時會增加Fy1,從一定程度上抵消了減小Fx1產(chǎn)生的作用；而減小Fx3的同時會增加Fy3，進一步糾正了轉(zhuǎn)向過度。因此減小Fx3是糾正轉(zhuǎn)向過度最有效的方法。

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

2.2 邏輯設(shè)計

根據(jù)制動壓力、車輪速度和地面附著力的關(guān)系，將每個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 個滑移率門限值，A2、A3、A3S 3 個加速度門限值。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。