汽車電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)跟隨特性的實(shí)驗(yàn)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(dòng)力概念車SU-HV，裝備了改進(jìn)后的的混合動(dòng)力系統(tǒng)“Hybrid Synergy Drive*1”。同年4月豐田公司將搭載了既有良好動(dòng)力性能又節(jié)能環(huán)保的第二代混合動(dòng)力系統(tǒng)“THSⅡ”應(yīng)用在第二代Prius普銳斯上。此后，搭載車型擴(kuò)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(dòng)力車，該車搭載了新型E-Four(電動(dòng)四輪驅(qū)動(dòng))動(dòng)力和SU-HV1混合動(dòng)力系統(tǒng)。大陸公司從2000年開始在電子剎車系統(tǒng)應(yīng)用EBS [27]技術(shù)，已經(jīng)有了比較成型的產(chǎn)品，推出了MK20，MK25，MK50，MK60，MK70等型號(hào)的電子機(jī)械式制動(dòng)執(zhí)行器。其中MK60結(jié)構(gòu)更緊湊，更輕便能夠提供新能較強(qiáng)的液壓制動(dòng)力，已經(jīng)裝配到從緊湊型車到輕型卡車等各種級(jí)別的車中。而Mk25則裝配在頂級(jí)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(xiàn)在，EHB技術(shù)開始進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)整合時(shí)代。制動(dòng)系統(tǒng)不再是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，電子控制單元將它和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)及輔助駕駛系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制。其中以日本豐田公司提出的車身動(dòng)態(tài)綜合管理系統(tǒng)(VDIM)以及Bosch公司的主被動(dòng)安全整合(CAPS)系統(tǒng)最為有代表性。

　　豐田提出了整合管理系統(tǒng)(VDIM)，該系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)等主要總成進(jìn)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(dòng)態(tài)達(dá)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(jìn)一步提高了該車的駕駛穩(wěn)定性能和主動(dòng)安全性能。

　　Bosch公司認(rèn)為未來汽車電子產(chǎn)品的智能功能將以主、被動(dòng)安全系統(tǒng)與預(yù)測型輔助駕駛系統(tǒng)的緊密結(jié)合為基礎(chǔ)，Bosch為所有這些功能打造了共同的名稱—“主被動(dòng)安全整合”(CAPS)。從2007年4月起，Bosch已經(jīng)成功將主動(dòng)、被動(dòng)安全系統(tǒng)及輔助駕駛系統(tǒng)建立成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。如2007年投產(chǎn)的將偏航傳感器及加速度傳感器與油壓組件設(shè)計(jì)為一體的“ESP8i ”，在2008年投產(chǎn)支持新一代通信網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)的支持混合動(dòng)力車的“ESP premium for HEV ”。該CAPS系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的安全功能提供了基礎(chǔ)，更能有效地防止事故發(fā)生。預(yù)計(jì)Bosch公司將在2010年開始推出ESP和ABS的第9代產(chǎn)品，該產(chǎn)品將在實(shí)現(xiàn)小型輕量化的同時(shí)降低噪音及振動(dòng)。并且Bosch的第一代CAPS功能整合了自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)(ACC)和ESP 。第二階段的開發(fā)成果是預(yù)測性碰撞警告系統(tǒng)，目前已經(jīng)在奧迪Q7上實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。第三階段的開發(fā)將推出預(yù)測性緊急制動(dòng)系統(tǒng)，能夠使車輛在緊急狀況下自行緊急剎車。

　　1.4國內(nèi)外EHB試驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展

　　汽車線性制動(dòng)系統(tǒng)作為一種先進(jìn)的線性控制系統(tǒng)，引起了國內(nèi)外許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注，并為此搭建起實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行研究。

　　圖1.3為都靈理工大學(xué)搭建的ABS/ESC 實(shí)驗(yàn)臺(tái)，主要由可載入汽車車輛模型的主機(jī)控制器和液壓回路系統(tǒng)組成，實(shí)驗(yàn)臺(tái)配置有：單板dSPACE DS1103 PPC控制板，可應(yīng)用Matlab-Simulink軟件建立的車輛模型，多塊dSPACE-ControlDesk板卡來控制處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，后置處理器可以為用戶提供良好的圖形演示的結(jié)果。液壓動(dòng)力單元由SL真空助力器和串聯(lián)雙腔制動(dòng)主缸組成。第二液壓回路與制動(dòng)踏板單元連接，由PID控制器控制，可實(shí)現(xiàn)踏板力的模擬，得知駕駛員的制動(dòng)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(hào)給電控單元從而對(duì)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，繼電器可以驅(qū)動(dòng)的ESC電磁閥，可以實(shí)現(xiàn)ABS主動(dòng)控制，ESC(Electronic Stability Control)電子穩(wěn)定程序控制。

　　都靈理工大學(xué)在此基礎(chǔ)上搭建了EHB硬件在環(huán)試驗(yàn)臺(tái)(如圖1.4)，該試驗(yàn)臺(tái)主要用來分析和研究線性制動(dòng)系統(tǒng)，因?yàn)橄到y(tǒng)配備有高壓蓄能器，由其為系統(tǒng)提供高壓油液，使整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)速度更快，可產(chǎn)生更大的制動(dòng)力矩，并且可對(duì)各個(gè)輪缸獨(dú)立進(jìn)行控制?？蓪?duì)開發(fā)電磁閥控制策略進(jìn)行開發(fā)，以減小壓力震蕩，縮短響應(yīng)時(shí)間。編輯和調(diào)整控制邏輯可增強(qiáng)駕駛員制動(dòng)時(shí)的舒適性，還可以基于此實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行能量回收。該試驗(yàn)臺(tái)配置有：兩個(gè)鼓式制動(dòng)器，兩個(gè)盤式制動(dòng)器，裝高速開關(guān)閥四路液壓回路與制動(dòng)輪缸相連，與串聯(lián)雙腔制動(dòng)主液相連的液壓踏板單元用于模擬駕駛員制動(dòng)意圖。壓力傳感器安裝在蓄能器出液端和四個(gè)輪缸進(jìn)液端，可實(shí)時(shí)監(jiān)測蓄能器和輪缸壓力，儲(chǔ)液器與蓄能器之間裝有電機(jī)泵，為蓄能器提供高壓穩(wěn)定的油液。

　　圖1.5布萊頓大學(xué)搭建的EHB實(shí)驗(yàn)臺(tái)。主要對(duì)踏板力模擬單元進(jìn)行了詳細(xì)的討論。對(duì)轉(zhuǎn)角傳感器所測轉(zhuǎn)角與輪缸壓力之間的關(guān)系進(jìn)行了標(biāo)定。應(yīng)用AMESim聯(lián)合Simulink軟件建立起了車輛動(dòng)力學(xué)模型，利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)輪缸壓力跟隨特性進(jìn)行了研究，得出制動(dòng)壓力跟隨的曲線與傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)壓力曲線進(jìn)行了對(duì)比，表明系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間更快，壓力波動(dòng)跟小，并能明顯改善駕駛員制動(dòng)時(shí)的感覺。此實(shí)驗(yàn)臺(tái)還可以進(jìn)行EHB容錯(cuò)控制。

　　與國外研究水平相比，國內(nèi)的EHB系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的建設(shè)還處于起步階段，吉林大學(xué)的劉溧建立起了適于進(jìn)行ABS性能評(píng)價(jià)與控制方法的混合仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)(簡稱MST)

　　MST將可將ABS的關(guān)鍵部件嵌入仿真回路，擴(kuò)展了傳統(tǒng)仿真的研究方式。由于液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性對(duì)ABS的控制品質(zhì)有較大的影響，通過對(duì)電磁閥的開關(guān)響應(yīng)過程分析，對(duì)電磁閥進(jìn)行了理論建模和仿真。將ABS液壓系統(tǒng)簡化為液壓閥口、液壓缸和液壓管路三個(gè)基本液壓元件構(gòu)成，利用此實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的研究，包括電磁閥開關(guān)響應(yīng)時(shí)間、管路的傳輸滯后時(shí)間及增、減壓過程中的輪缸壓力變化率等。驗(yàn)證了理論研究結(jié)論的正確性，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，得到了電磁閥響應(yīng)時(shí)間、管路傳輸滯后時(shí)間和輪缸壓力變化率的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。并?duì)建立的模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，模型參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí)。

　　最后對(duì)ABS控制邏輯與液壓系統(tǒng)相結(jié)合，進(jìn)行防抱制動(dòng)過程的混合仿真試驗(yàn)研究，通過液壓系統(tǒng)嵌入的混合仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)控制邏輯進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：控制邏輯與實(shí)際液壓系統(tǒng)結(jié)合后，具有良好的防抱制動(dòng)效果。