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车辆a b s 控制系统快速开发研究 摘要 随着高等级公路的不断增加，车辆平均行驶速度有了显著提高。一方面车辆 技术向高速性趋势发展，但另一方面汽车保有量的迅速增加导致了行车密度的加 大。因此，人们对汽车行驶安全性提出越来越高的要求。作为主动安全系统代表 的汽车防抱死制动系统( a b s ) 就是在这种背景提出和发展起来的。这种先进的汽 车电子控制制动系统可以提高车辆制动过程中的操纵稳定性和制动强度，改善车 辆高速行驶的安全性，减少交通事故的发生。车辆a b s 电子控制系统的开发， 涉及到机械、电子、液压技术、计算机软硬件开发，以及试验技术等方面。在 a b s 开发的初期，由于受计算机技术发展的限制，一般靠大量道路试验来摸索 控制规律，耗费大量人力、物力和财力，开发周期比较长。在市场激烈竞争和资 金周转困难的情况下，传统开发手段已经不能适应汽车工业，特别是汽车电予工 业高速发展的需要。j 7 ， 针对国内汽车工业发展现状，本文系统提出了一种高质量、低成本、高效率 的车辆电子控制系统快速开发方法，并建立了相应的快速开发系统。该开发系统 、可以最大程度地模拟实际车辆在各种工况下的运行状态，在实验室条件下实现对 五b 两控制系统的快速开发。整个开发过程包括控制系统概念设计，系统建模， 系统离线仿真，代码自动生成，硬件在环实时仿真以及最终产品试验。由于开发 平台是统一的，各个开发阶段之间紧密相连，实现交互式的并行交流，大大克服 了多余的中间环节，节约了时间和成本。 厂 恢时仿真需要反映问题本质的a b s 动力学系统模型，它是车辆a b s 快速开 发系统中的最重要的组成部分，直接关系到控制器的开发效率和精度。a b s 动 力学系统模型主要包括整车模型，轮胎神经网络模型，液压系统模型以及制动器 模型。对轮胎神经网络模型的深入研究，为获得轮胎神经网络模型学习样本的实 车试验方案做出了贡献，并进行了相应的试验。为了从纵向、横向和联合工况的 动态特性三个方面来验证a b s 动力学模型的正确性和准确性，利用试验样车进 行了三种工况下的道路试验，即车辆直线制动试验，纯转向试验和制动转向试验。 所有试验结果都表明，文中建立的a b s 动力学系统模型理论上是正确的，基本 满足仿真精度要求及后继研究工作需要。 基于混合仿真技术，本文进行了车辆a b s 快速开发系统的总体方案和功能 设计，并论述了实时仿真环境的实现方法。以总体方案设计为指导，以a b s 快 速开发系统功能设计为目标，从软件、硬件和接口三个方面详细论述了车辆a b s 快速开发系统的设计和构造。在车辆系统理论建模的基础上，编制了车辆a b s 系统仿真模型：同时根据硬件配置的需要，进行了接口设备、驱动电路和电气系 统的设计。应用建成的这一快速开发系统，详细阐述了车辆a b s 快速开发的基 本方法和基本过程，即从非在线数字仿真，实时数字仿真，硬件嵌入式实时混合 仿真，以及实车试验验证整个a b s 研究和开发过程。 以车辆a b s 逻辑门限值控制方法研究与控制系统开发为主要目标，利用该 车辆a b s 快速开发系统，对a b s 实用化控制逻辑进行了全面研究和系统开发， 包括a b s 控制变量的实用化算法设计，a b s 逻辑门限值实时控制算法设计。把 自主研制的a b s 逻辑门限值控制器嵌入到快速开发系统之中，进行控制器参数 的调整。为了验证自行开发的a b s 控制器的有效性和实用性，文中进一步阐述 了实车a b s 的道路试验。利用实车道路试验对a b s 控制器参数进行精调，最终 完成对a b s 控制器的快速开发。实车道路试验结果表明，自行开发的a b s 控制 器控制有效，运行稳定，达到国外同类产品的控制精度和效果。 利用a b s 快速开发系统，本文对目前世界上最先进的汽车电子控制系统一 车辆稳定性控制若干问题进行了研究。利用前馈补偿和模糊控制技术，以方向盘 转角为前馈输入变量，车辆横摆角速度和侧偏角为反馈输入变量，设计了车辆横 向稳定性控制器。通过控制前轴左右车轮制动力动态分配，实现车辆在任何行驶 工况下都能按驾驶员意图跟踪理想控制目标。以变道工况和高速转向工况为例， 进行了车辆横向稳定性控制的实时混合仿真研究。研究结果表明，车辆在高速变 道和转向时，当前设计的基于a b s 车辆横向稳定性控制器能够有效控制车辆， 使其迅速、准确和安全地图行驶；即使在道路条件和行驶条件改变时，该控制器 对参数非线性和不确定性具有较强的适应性和鲁棒性。文中建立的a b s 快速开 发系统是一个开放式的车辆电子控制系统快速开发平台。 车辆a b s 快速开发方法及其系统在a b s 控制器开发中的成功应用，有力地 证明了本文的研究工作使在投入少和周期短的情况下开发出合格的汽车a b s 电 子产品成为可能，对我国车辆电子技术进步和企业的自主电控系统产品开发，都 具有重要的应用价值和学术理论意义。少移 关键词：防抱死制动系统快速开爱系统混合仿真技术车辆稳定性控制；j ，二一 s t u d yo nt h er a pldd e v e l o p m e n tf o rv e h lc l e a n ti - l o c kb r a kln gs y s t e m a b s t r a c t w i t hi n c r e a s eo fp u b l i ci n t e r e s ti nv e h i c l ep e r f o r n l a n c eo fs a f e t y e m i s s i o na n dr i d e c o m f o r t v e h i c l ee l e c t r o n i cc o n t r o ls y s t e m sh a v eb e e nd e v e l o p e di ng e n e r a t i o n sf o r t h ep u r p o s eo fe n h a n c i n go v e r a l ld y n a m i cb e h a v i o r sb ya l m o s ta l la u t o m a k e r sa n d p a r t ss u p p l i e r sf o rd e c a d e s 1 1 1 ed e v e l o p m e n t o fa n t i - l o c kb r a k i n gs y s t e m ( a b s ) f o r i m p r o v i n g v e h i c l e b r a k i n g a n d h a n d l i n gp e r f o r m a n c e ，i n v o l v e sm e c h a n i s m ， e l e c t r o n i c s ，h y d r a u l i c s h a r d ，a r ea n ds o f t w a r ed e s i g na n df i e l dt e s tv a l i d a t i o n ，a n d a l s or e q u i r e sr e p e a t e df i e l dt e s t so nv a r i o u sr o a dc o n d i t i o n s ，w h i c ha r en o te a s i l y a v a i l a b l e i nt h ev e r yb e g i n n i n go fp r o d u c td e v e l o p m e n tf o rv e h i c l ea b s ，ah u g e a m o u n to fv e h i c l ef e l dt e s t sa r er e q u i r e dt o i n v e s t i g a t et h ec o n t r o ll a w sb yag r e a t n u m b e ro f r e p e a t e d m o d i f i c a t i o n s m o r e o v e r ，e v e n i nm o s t r e p e a t a b l e t e s t e n v i r o n m e n t s ，t h er o a dc o n d i t i o n sf o rf i e l dt e s t sc a n n o tb ec o n t r o l l e de x a c t l yt ob e i d e n t i c a l t h i si n e v i t a b l yl e a d st oi n c r e a s eo fb o t hd e v e l o p m e n tc o s ta n dc y c l et i m e f o ra b sp r o d u c t b e c a u s eo ff i e r c e c o m p e t i t i o ni nt o d a y sb u s i n e s se n v i r o n m e n t a u t o m o t i v ei n d u s t r i e ss u f f e r c o n s t a n t l yi n c r e a s i n gp r e s s u r e o fr e d u c t i o ni nt h e d e v e l o p m e n t c o s ta n dt i m eo fn e wv e h i c l ee l e c t r o h i ep r o d u c t st om e e tt h ed e m a n d so f m a r k e ta n d u r g e n t e f f e c t i v e a p p r o a c h e s t oi n n o v a t i o no fs o p h i s t i c a t e dv e h i c l e e l e c t r o n i cp r o d u c t s i nt h i sp a p e r ，an e w r a p i dd e v e l o p m e n t m e t h o di sp r o p o s e dt od e v e l o pa n dt e s ta b s c o n t r o ls y s t e me f f i c i e n t l yi nl a b o r a t o r ye n v i r o n m e n t w h i c hc o v e r st h ew h o l e p r o c e s s o f c o n c e p ta n df u n c t i o nd e s i g n ，s y s t e mm o d e l i n g ，o f f - l i n es i m u l a t i o n ，c o d ea u t o m a t i c g e n e r a t i o n r e a l t i m eh a r d w a r e i n t h e - l o o p ( h i l ) s i m u l a t i o na n df i n a lv e h i c l et e s t v a l i d a t i o n t h i se c o n o m i c a la b sr a p i d d e v e l o p m e n ts y s t e m c h a r a c t e r i z e d b y a p a r a l l e lr a t h e rt h a nas e r i a ld e v e l o p m e n tp r o c e s si sb u i l tu pw i t hf r i e n d l yi n t e r f a c ef o r i m p l e m e n t a t i o n o ft h ep r e s e n t d e v e l o p m e n tp r o c e d u r e t h er a d i dd e v e l o p m e n ts y s t e m i sb a s e do nh i ls i m u l a t i o nt e c h n o l o g y 。a n df u n c t i o no fs e n s o r sa n da c t u a t o r so ft h e c o n t r 0 1s y s t e ma r er e p l a c e db ys o f t w a r et os i m u l a t eaf i e l dt e s te n v i r o n m e n ti na c o n t r o l l a b l e s i t u a t i o n 西e r e f o r e c o n s i s t e n t l yr e p r o d u c i b l e t e s tc o n d i t i o n sa r e p r o v i d e da n dc r i t i c a ls a f e t yi s s u e sm a y b es o l v e di nt h es t a g eo fe l e c t r o n i cp r o d u c t d e v e l o p m e n tp r i o r t oi n - v e h i c l et e s t s t h e p r e s e n tr a d i dd e v e l o p m e n ts y s t e mi s s u c c e s s f u l l ye m p l o y e di nt h ea b sc o n t r 0 1s v s t e md e v e l o p m e n ta n dt h ed e v e l o p e d c o n t r o la l g o r i t h mh a sb e e nv a l i d a t e di nt 1 1 ev e h i c l ef i l e dt e s t a c c o r d i n gt ot h et e s t m e a s u r e s t h ec o n t r o lp r e c i s ei sc l o s et ot h a to ft l l eo r i g i n a lo n e i ti sp r o v e d 恤a tt h e m e t h o da n dt h er a p i dd e v e l o p m e n ts y s t e ma r ee f f e c t i v ea n de f f i c i e n ti nt h el a b o r a t o r y f o rr e d u c t i o no f e x p e n s e si nf i e l dt e s t sa n d d e v e l o p m e n tc y c l e b yc o n s i d e r i n gag i v e np r e c i s i o nr e q u i r e m e n to fr e a l - t i m es i m u l a t i o n , av e h i c l e s y s t e md y n a m i c m o d e lf o ra b ss h o u l db ep r e s e n t e da so n ei m p o r t a n t p a r to f t h e a b s r a p i dd e v e l o p m e n ts y s t e m ，w h i c h h a ss t r o n ge f f e c to nt h ee f f i c i e n c ya n de f f e c t i v e n e s s o ft h ec o n t r o l l e rt ob ed e v e l o p e d t h ev e h i c l es y s t e md y n a m i cm o d e lc o n s i s t so f v e h i c l em o d e l - u e u r o - t i r em o d e l ，b r a k em o d e la n dh y d r a u l i cs y s t e mm o d e l n 坨 s c h e m ef o rt e s t st ob u i l du pa n dv a l i d a t et h es u b s y s t e mm o d e lh a sb e e nd r a w nu p f u r t h e r ，v a l i d a t i o no f t h ev e h i c l ed y n a m i cs y s t e mm o d e li n t e g r a t e db yt h es u b s y s t e m m o d e li sm a d ef o rt h ef u t u r er e s e a r c ha n dt h ev e h i c l ef i e l dt e s tw i t h o u tt h ea b sh a s a l s ob e e np e r f o r m e df o rv e r i f i c a t i o no f t h e p r e c i s i o no f t h eb u i l t - u pm o d e lu n d e r t h r e e c o n d i t i o n so f p u r eb r a k i n g ，p u r es t e e r i n ga n db r a k i n gw h i l es t e e r i n g ，r e s p e c t i v e l y b y e x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，i ti ss h o w n t h a tt h ev e h i c l es y s t e md y n a m i cm o d e lf o rt h ea b s i sc o r r e c ta n da c c u r a t e ，a n dc a nb eu s e di nt h er a p i dd e v e l o p m e n ts y s t e m t h e d e s i g no f t h er a p i dd e v e l o p m e n ts y s t e m a n dt h ew a yt or e a l i z ei t sf u n c t i o n si nt h e r e a l t i m es i m u l a t i o ne n v i r o n m e n ta r ep r e s e n t e d u n d e rt h ed i r e c t i o no ft h ep r o p o s e d s c h e m e ，d e t a i l so fc o n s t r u c t i o np r o c e s so ft h ea b sr a p i dd e v e l o p m e n ts y s t e m i n c l u d i n gt h e s o f t w a r ep a r t h a r d w a r ep a r ta n di n t e r f a c e p a r t a r ed i s c u s s e dw i t l l c o n s i d e r a t i o no fi t sf u n c t i o n se x t e n d e d t h ew h o l ep r o c e d u r eo fr a p i dd e v e l o p m e n t f o r a b s ，i e ，o f f - l i n e s i m u l a t i o n ，g e n e t i c r e a l - t i m e s i m u l a t i o n ，r e a l t i m e h a r d w a r e i n t h e l o o ps i m u l a t i o na n dt h ev a l i d a t i o no ft h ev e h i c l ef i e l dt c s t b a s e do n t h i s p o w e r f u ld e v e l o p m e n ts y s t e m ，i s f u r t h e r i n v e s t i g a t e db y t h ea b s r a p i d d e v e l o p m e n ts y s t e m u s ei sm a d eo ft h ep r e s e n tm e t h o da n dt h ea b sr a p i dd e v e l o p m e n ts y s t e mf o r r e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t o ft h ea b sc o n t r o l l e r s y s t e m a t i c a l l y t h ep r a c t i c a l a l g o r i t h mf o rt h ea b sc o n t r o lv a r i a b l e si sp r e s e n t e d 。a n db a s e do nt h ep r e v i o u s r e s e a r c ha c h i e v e m e n t s ，t h ea b sc o n t r o l l e ri sd e s i g n e da n de m b e d d e ds e a m l e s s l yi n t h er a p i dd e v e l o p m e n ts y s t e m t h ed e v e l o p m e n tp r o c e d u r eh a sb e e nc a r r i e do n a c c o r d i n gt ot h ep r o p o s e dm e t h o d a n d t 1 1 ed e v e l o p e da b sc o n t r o l l e ri st h e na p p l i e d i nt h ev e h i c l ef i e l dt e s tf o rv a l i d a t i o na n df u r t h e rm o d i f i c a t i o n t h ee f f e c t i v e n e s so f r e f i n e da b sc o n t r o ll o g i ci sp r o v e dt om a t c ht h eo r i g i n a lp r o d u c tb yr e s u l t so b t a i n e d i nt h ev e h i c l ef i e l dt e s t sb yt h et w oc o n t r o l l e r sm e n t i o n e da b o v e f u r t h e r m o r e ，t h em o s ta d v a n c e dv e h i c l ec o n t r o ls y s t e m i e 。v e h i c l es t a b i l i t yc o n t r o l s y s t e m i ss t u d i e db y u s i n gt h ee x t e n d e da b sr a p i dd e v e l o p m e n ts y s t e m b yt h ed i r e c t y a wm o m e n tc o n t r o lb yr e g u l a t i o no fb r a k i n gf o r c e s ，t h ev e h i c l ed y n a m i cs t a b i l i t y m a yb ei m p r o v e d t h ec o n t r o l l e rm a k e s t h ev e h i c l ef o l l o wt h ed e s i r e dd v n a m i cm o d e l b vf e e d f o r w a r dr e g n l a t i o no fs i d es l i pa n g l ea n dt h es t a t ef e e d b a c ko fb o t ht h ey a w r a t ea n ds i d es l i pa n g l e b yt a k i n gt h ej - t u r na n ds i n g l el a n ec h a n g ea tt h ev e h i c l eh i g h s p e e d ，f o re x a m p l e ，t h ec o n t r o ll a w h a sb e e ni m p l e m e n t e db yt h ee x t e n d e da b s r a p i d d e v e l o p m e n ts y s t e m b yt h eh i lr e a l t i m e s i m u l a t i o nr e s u l t si ti ss h o w nt h a tt h e p r e s e n tc o n t r o ll a wi sq u i t ee f f e c t i v ea n dr o b u s ti nk e e p i n gt h ev e h i c l et of o l l o wt h e d e s i r e dt r a j e c t o r i e sq u i c k l ya n d e x a c t l ye v e ns o m ep a r a m e t e r sc h a n g i n gi nt h es y s t e m ， s u c ha ss t e e r i n ga n g l ei n d l 吐，r o a df r i c t i o na n dv e h i c l es p e e d i ti sd e m o n s t r a t e db y t h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a lr e s u l t st h a tt h ea b s r a p i dd e v e l o p m e n ts y s t e mi sa n e x t e n d e dp o w e r f u lt 0 0 1f o rt h ed e v e l o p m e n to f v e h i c l ee l e c t r o n i cc o n t r o l l e r s t h er e a l t i m eh a r d w a r e i n t h e l o o ps i m u l a t i o nt e c h n o l o g yi sb e c o m i n gi n c r e a s i n g l y i m p o r t a n ta sat o o lf o rt l l ed e v e l o p m e n to fh i g hl e v e la n dq u a l i t yv e h i c l ee l e c t r o n i c c o n t r o l l e r sw i t hal o to fc o m p l e x i t i e sa n ds o p h i s t i c a t i o n i nt h i sp a p e r ，ar a p i da n d e c o n o m i c a ld e v e l o p m e n tm e t h o df o rt h ev e h i c l ea b sc o n t r o ls y s t e mi sp r e s e n t e da n d t h ed e v e l o p m e n tp r o c e d u r eo ft h ev e h i c l ea b sl e a d st of a s t e rd e v e l o p m e n ta n dm o r e e f f i c i e n tp a r a m e t e ra d j u s t m e n ti nc o m p a r i s o nw i t ht h ei n - v e h i c l ed e v e l o p m e n ti nt h e s e n s eo fd e v e l o p m e n tp e r i o da n dc o s t t h es e l f - d e v e l o d e dc o n t r o l a l g o r i t h m i s t e s t i f i e dt h r o u g hv e h i c l ef i e l dt e s t s ，w h i c hi s s i g n i f i c a n ta n ds a t i s f a c t o r yv e h i c l e b r a k i n gp e r f o r m a n c e i s o b s e r v e d s u c c e s s f u l a p p l i c a t i o n o fb o t ht h e r a p i d d e v e l o p m e n tp r o c e d u r ea n dt h er a p i dd e v e l o p m e n ts y s t e me s t a b l i s h e df o rt h ea b s c o n t r 0 1s y s t e md e v e l o p m e n th a ss h o w nt h a tt h ep r e s e n tr e s e a r c hs u p p l i e sa ne m c i e n t w a y t od e v e l o pv e h i c l ee l e c t r o n i cs y s t e mf o r1 0 c a la u t o m o t i v ei n d u s t r i e s k e y w o r d s ：a n t i l o c kb r a k i n gs y s t e m ，r a p i dd e v e l o p m e n ts y s t e m ，h a r d w a r e i n t h e l o o ps i m u l m i o nt e c h n o l o g y ，v e h i c l es t a b i l i t yc o n t r 0 1 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名： 态形 指导教师签名0 彦旌哆弋 目期：矽年；月1 日 日期：锻年月日 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： m m b l ， t ， tr ， ，x i 。： f ：i ， f y 瓦， k m “ 厶 l r ， 一， 口，d v 口 。 而，d 2 l ，庐 也 q b ，d ，e c 巾 z a s ， 符号说明 ( 按章节顺序排列) 总质量( k g ) 簧载质量( 培) 质心到前轴的距离( m ) 质心到后轴的距离( m ) 后轮距( m ) 前轮距( m ) 车身绕z 轴转动惯量( 堙m 2 ) 车身绕x 轴的转动惯量( 堙m 2 ) 关于x z 轴的惯性积( k g m 2 ) 轮胎法向反力( ) 第i 个轮胎转动惯量睁l ，2 ，3 ，4 ) ( k g m 2 ) 轮胎纵向力( 复合工况) ( ) 轮胎横向力( 复合工况) ( ) 轮胎纵向力( 单一工况) ( ) 轮胎横向力( 单一工况) ( ) 制动器制动力( m ) 滚动阻力系数 车轮滚动阻力( ) 转换系数 空气阻力( ) 沿x 方向空气阻力( ) 沿y 方向空气阻力( ) 车轮滚动半径( m ) 车辆坐标系下纵向速度和横向速度j 1 ) 惯性坐标系下纵向加速度和横向加速度沏j 。2 ) 车身横摆角速度( r a d s 1 ) 风速与行驶速度方向的夹角( r a d ) 制动初速度m s 。) 车轮转向角( r a d ) 滚动阻力距( 棚) 侧倾角( r a d ) 和侧倾角速度( r a d s 1 ) 侧倾刚度( m 。1 ) 侧倾阻尼( 5 m 1 ) p a c e j k a 轮胎模型特征参数 p a c e j k a 轮胎模型特征常数 关于法向力和侧偏角( 或滑移率) 的函数 主销侧倾角( r a d ) 主销侧倾角产生轮胎横向力( ) 或回正力矩( - 研) a s 1 7 1 1 ，a 2 玎8 m m m 。 w j i 口 o f o - r n 。( r ) n ，( f ) 口 f d ，f f 。 彳， 足， 足6 c ， k 。 ， d p r 甲，一毕 “l ，“ 主销侧倾对轮胎侧偏角的影响( r a d ) p a c e j k a 轮胎模型系数 绕x 轴力矩( v 所) 绕z 轴力矩( 研) 轮胎自回正力矩( 珊) 学习率 节点i 到节点，有一个连接权系数 节点闽值 前后轮胎松弛系数 随机噪声干扰输入 由传感器带来的随机量测量噪声 估计参数向量 参考模型前后轮胎横向力估计值( ) 单一工况轮胎横向力估计值( ) 车身质心侧偏角( r a d ) 节流阀口的通流截面积( m 2 ) 制动液体积弹性模量( m e a ) 制动器综合刚度( m 。1 ) 由节流阀口形状、液体流油液性质等因素决定的系数 由节流阀口形状决定的节流阀指数 制动轮缸容积( m 3 ) 轮缸的连续流量( m j - 1 ) 制动轮缸的等效液容 液压阀口的等效液阻 增压时集中等效液容 增压时集中等效液阻 减压时等效液阻 主缸制动压力( m e a ) 轮缸制动压力( m ) 低压蓄能器压力( m 阳) 轮缸的等效体积弹性模量( m p a ) 沿程阻力系数 圆管长度( m ) 圆管直径( m ) 液体的密度( k g m 。3 ) 液体的平均流速( m j 1 ) 局部阻力系数 电磁阀和管路传输滞后时间( j ) 电磁阀控制指令信号 减压时节流指数 r k e g r e心以巴只p 工p k p ，c p 肌口 一。 吒。 轮缸活塞的位移( 埘) 等效制动器刚度( m 。1 ) 和粘性阻尼( n 3 m - 1 ) 等效到轮缸活塞上的运动质量( 堙) 活塞横截面积( 脚2 ) 系统干摩擦力( ) 制动器阻尼系数 制动器固有频率( 月) 效能因数 有效半径( m ) 后制动器等效阻尼系数 后制动器等效固有频率( 舷) 前后轮胎名义侧偏刚度( m 。) 前馈补偿控制力矩( m ) 前馈补偿控制增益 模糊控制器输入变量 模糊控制器量化因子 权系数 模糊控制比例因子 车辆运行望状态向量 稳态状态增益常数和时间常数( s ) 模糊控制力矩( m ) 横向稳定性控制力矩( 州) ， ，k ” c ，三 c 杨白r吖吆k k 蚝 上海交通大学博士学位论文第一章绪论 第一章绪论 2 l 世纪汽车工业发展的目标是：环境保护，节约能源，安全性和智能性。而汽 车电予技术是推动汽车工业朝着既定目标迈进的最活跃和最具革命性的力量。自上 世纪5 0 年代，计算机技术和现代控制理论的飞速发展为汽车电子技术的发展提供了 物质基础和动力。汽车电子技术的每一次突飞猛进都带来了汽车工业革命性的进步， 从根本上改进了汽车的安全性、环保、舒适性和经济性，对社会、环境和人类产生 积极的影响岬】。 随着汽车行驶速度的高速化趋势发展，以及高速公路网络纵横延伸，人们对汽 车行驶安全性提出越来越严格的要求，许多国家都为此颁布了严厉的汽车安全法规 4 , 9 - 1 1 1o 传统制动系统本身存在的固有局限性，已经不能满足保障汽车高速安全行驶 的需要。汽车a b s 就是在这种背景下产生和发展起来的一种先进汽车电子控制制动 系统。a b s 是防抱死制动系统( a n t i 1 0 c kb r a k i n gs y s t e m ) 的简称，是车辆在制动过 程中防止车轮抱死打滑的一种装置。a b s 可以提高车辆制动过程中的操纵稳定性， 并同时缩短制动距离，大大提高了汽车行驶安全性，减少了交通事故的发生。因此 作为主动安全性技术的代表，a b s 已经成为目前世界上普遍认可的提高汽车安全性 能的有效措施之一l l 2 ，4 5 ，l “。发达国家已把a b s 列为汽车出厂标准装备。然而我国 还处于试验和研制阶段，还没有真正自主开发出a b s 产品为国产汽车所用。特别是 这方面的理论还不完善，远远达不到指导生产的需要。 为满足国家制动法规以及提高我国汽车电子技术开发水平，以参与国际市场竞 争。国家大力支持汽车a b s 关键技术的自主开发和研制工作，“九五”期间，汽 车a b s 的开发研制和产品化被列入国家重点科技攻关项目。 质量高，成本低，开发周期短和产品可扩展性是当今汽车电子控制产品开发过 程中所追求的最高目标。汽车a b s 电子控制系统开发涉及到机械、电子、液压、车 辆建模、软硬件的开发以及晟终的实车试验验证等许多方面。在a b s 开发的早期， 由于受计算机技术发展的限制，一般靠大量的道路试验来摸索控制规律，也就是所 谓的试错法。不但产品质量和可扩展性很难保证，而且耗费了大量的人力、物力， 开发周期也比较长【2 ”。a b s 在全球范围内的应用越来越广泛，而世界上能够 独立开发并生产a b s 的公司仅有几家国外公司：德国的b o s c h 、t e v e s 、w a b c o 公司、 美国的b e n d i x 、d e l c o 公司，以及英国的l u c a sg i r l i n g 公司等 4 - - 6 , 1 0 , 1 6 , 2 9 , 6 0 , 1 3 7 。由于 市场竞争、知识产权以及其它方面的因素，这些公司只提供a b s 的总成产品，对 a b s 控制逻辑，道路自动识别以及实车参数匹配等关键技术一直处于严格保密状 态。目前，在我国资金缺乏和时间紧迫的情况下，建立车辆先进电子控制系统快速 开发平台，并开发出具有自主知识产权的a b s 实用化控制逻辑，对于迎接我国加入 w t o 后的挑战和跟踪世界汽车先进电子产品发展方向，提升在资金和技术上都落后 上海交通大学博士学位论文 第一章绪论 于国外的中国汽车电子产品开发水平，都具有一定现实和战略意义。 1 1 车辆a b s 基本原理及组成 1 11a b s 基本原理 对行驶着的汽车施加适当的制 动时，汽车就会平稳地停住。这是因 为制动过程中在轮胎和地面之间产 生了与行进方向相反的摩擦力。以一 个车轮为研究对象，如图1 一l 所示， 进行动力学分析，来阐明影响汽车地 面制动力的因素。在回转方向上，忽 略滚动阻力偶矩和空气阻力影响，车 轮的力学平衡方程为峥1 图1 - 1 驱动车轮受力系统 f i g 1 - 1t h es y s t e mo ff o r c e sa c t i n go nd r i v i n gw h e e l s ，。国= c r ，一瓦+ 疋 ( 1 - 1 ) 式中t 为地面制动力：瓦为制动器制动力矩；，。为车轮转动惯量：c o 为车轮角速度； r ，为车轮滚动半径；t 为驱动力矩，制动时可认为= 0 。 由式( 1 一1 ) 可知，车轮的运动状态由制动器制动力矩和地面制动力矩共同决定。对 正在旋转的车轮施加制动，随着制动压力的升高，在轮速旋转的相反方向上将产生 地面制动力矩，轮速减小并产生滑移。随着制动压力的增加，车轮滚动成分越来越 少，而滑移