液压辅助制动控制算法研究.doc

液压辅助制动控制算法研究 王祺明 （江淮汽车股份有限公司技术中心 合肥：230009）摘要：本文首先介绍了车辆液压辅助制动系统的功能和发展概况，阐述了系统的组成部分和工作原理，根据HBA的工作原理，设计了一种控制算法，并通过实车试验，验证了程序的性能，为国产HBA辅助功能的设计做了有益的探讨。关键词：液压辅助制动 、HBA、紧急制动1 HBA功用和发展状况HBA（Hydraulic Brake Assist )液压辅助制动系统，是近些年来在汽车稳定控制系统(ESC)基础上发展起来的一种扩展功能。事故统计数据显示,许多事故都是由于行驶方向错误,速度过快、制动距离不足，制动减速度不够等造成的车辆碰撞。研究表明,许多司机由于缺乏经验或本身生理影响（如老人或妇女）紧急情况下刹车踏板力不够，车辆无法获得最大制动效果。制动辅助系统（Brake Assistant）能够探测到紧急刹车工况，在关键时刻帮助司机获取足够的制动力，避免碰撞或减轻碰撞伤害。制动辅助系统分为两大类，一类是机械式， 这类产品是通过对真空助力泵真空阀的改进，在驾驶员快速踩下制动踏板的初期，真空阀全部打开，获取系统最大的真空助力，使制动主缸压力达到最大。另一类是本文所研究的液压制动辅助系统HBA。它以电子稳定控制系统执行机构为基础，在控制控制中加入新的逻辑，使其能够探测驾驶员紧急制动的动作，再通过液压系统增加制动压力，触发制动防抱死（ABS）功能，从而缩短制动距离，并维持制动稳定性。1978年电子刹车系统的祖先ABS推出,90年代，诞生了可以主动控制车辆运动估计的ESC系统，由于ESC具有无需驾驶员踩制动踏板就可以主动建立制动压力的功能，因此为制动系统的变革打下了基础。随着时间的发展，在ESC的基础上，不断进一步发展了许多延长额外的功能。这些功能积极干预驾驶过程提高驾驶的稳定性。其中液压制动辅助就是其中之一。 目前，欧洲法规已经要求所有出厂车辆都必须配备BA系统，因此国外主要ESC厂家已经将ESC功能列为HBA产品默认的功能之一，由于国内对ESC的研究处于起步阶段，因此对HBA的研究也是刚刚开始。2 HBA结构和工作原理2.1 HBA系统结构HBA系统是在电子稳定控制系统ESC基础上发展而来的，因此它的硬件组成与ESC完全相同。主要由液压制动系统、传感器、稳定系统控制单元（EHCU）组成 ，如图所示。 2.2 HBA工作原理当驾驶员进行制动时，如果HBA触发条件满足，也就是探测到驾驶员制动力不足时，HBA供油阀打开b，高压阀关闭c，油泵d工作，将主缸中的制动液泵给轮缸，使轮缸压力上升。 图1 HBA加压油路示意图 图2 HBA加压时压力图当压力上升到P1，四个车轮抱死，当滑移率达到一定值时，触发ABS，ABS逻辑进行控制。当进入ABS工作过程后，HBA系统关闭供油阀b，控制高压阀c，保持主油路压力始终在一定值，远高于驾驶员提供的主缸压力P2，使车轮轮缸压力在P之间，维持ABS工作。 图3 HBA保压油路示意图图4 HBA保压时压力图当驾驶员松开制动踏板或制动力足够，HBA认为退出条件满足，HBA会控制高压阀，调节主油路压力，从当前压力P3逐渐降低，直至和驾驶员主缸压力P4保持一致，再退出HBA，由驾驶员提供的主缸压力接替。图5 HBA减压油路示意图 图6 HBA减压压力图3 HBA控制逻辑研究 3.1控制逻辑设计 根据上一节对HBA工作原理的分析，本文将HBA工作分为4个阶段：准备触发、加压，ABS工作，减压退出，针对每个阶段设计相应逻辑门限控制逻辑。在准备触发阶段，系统处于准备阶段，并适时计算相关信号，进行判断是否探测到驾驶员的制动行为，并判断出驾驶员的制动力是否足够，是否是紧急刹车。本文主要采用主缸压力大小和主缸压力变化梯度，以及车速作为主要判断条件，如下： 刹车灯开关的信号指示踩下了刹车，以区别HBA其他功能是否激活，防止误判；车速已经高于一定的值，车速很慢时，是不需要触发HBA的；主缸压力和主缸压力梯度增加值大于门槛值，用来探测是否是紧急刹车；当条件都满足后，HBA会被触发，此时进行主动建压，本文设计逻辑加压一直到四个车轮都进入ABS控制或者轮缸压力达到目标值，流程图如下: 图7 HBA准备触发流程图 图8 HBA加压逻辑流程图当进入ABS干预控制后，HBA只需要保持住所加的压力，使ABS能够正常控制；当HBA探测到驾驶员要退出制动或者驾驶员提供的制动力已经满足，进入到退出阶段判断条件为： 主缸压力已经超过四个车轮进入ABS干预的压力，说明驾驶员已经可以提供足够的主缸压力进入ABS控制；主缸压力小于某个值，说明驾驶员希望退出制动能够；当主缸压力梯度小于某个值，说明驾驶员进入缓慢制动过程，也不要HBA进行干预。在退出阶段，HBA要使主油路压力逐渐减小与驾驶员所踩主缸压力逐渐相等，这样在驾驶员接管制动后，制动减速度没有明显的突变。因此本文设计目标值等于主缸压力乘以一个时间相关的系数 即制动力=主缸压力*K(t),流程图如下：图9 HBA退出逻辑流程图3.2实验验证为了验证本文设计的控制逻辑，在实车上进行了验证。首先对原车辆进行了制动管路改造，换装了自主开发的ESC控制单元，如图 图10 HBA改造安装图在平坦沥青路面上，车辆初速度=60 Km/h, 紧急制动试验，试验数据如图图11主缸压力和轮缸压力图图12 轮速和参考车速图 图13 车辆减速度为了进行对比试验，将HBA功能关闭，再次进行紧急制动，初速度=80Km/h,采集相关数据如下: 图14 无HBA时主缸压力和轮缸压力图图15 无HBA工作时轮速和参考车速图图16 无HBA时车辆减速度 为了便于说明,图11和图14只显示左前轮轮速和左前轮轮缸压力。从图11可以看出HBA起作用时，在T1约为14.2秒,系统开始主动加压,使轮缸压力远高于主缸压力,T2约为14.4秒，四个车轮进入ABS控制，只需要不到200ms,图13说明HBA使车辆在制动开始就获得了较大的制动减速度，制动距离达29.3m,而图14可以看出无HBA功能时，从约18秒主缸开始有压力到T3时刻18.7秒ABS开始介入控制，将近700毫秒,图16说明由于主缸压力不足，车轮滑移率较小，制动减速度较小,制动距离达35.1m。 从对比试验说明本文设计的液压辅助制动系统控制逻辑，能够及时正确的探测到驾驶员紧急制动工况，迅速主动增加制动压力，使系统进入到ABS控制，从而缩短制动距离。在退出时，能够很好的跟随驾驶员意图，切换时减速度没有明显突变，主观感觉良好。 4结论 液压制动辅助系统HBA以电子稳定控制系统执行机构为基础，在控制控制中加入新的逻辑，使其能够探测驾驶员紧急制动的动作，再通过液压系统增加制动压力，触发制动防抱死（ABS）功能，从而缩短制动距离，并维持制动稳定性。本文通过对HBA结构和工作原理的研究，设计了一种HBA控制逻辑，并通过实车试验，验证了程序的性能，为国产HBA辅助功能的设计做了有益的探讨。 参考文献：1 余志生. 汽车理论（第三版）北京：机械工业出版 社.2000.10 2 喻凡 林逸 汽车系统动力学 机械工业出版社 2005.73 王望予 汽车设计 机械工业出版社 2003.1Co-simulation of vehicle with Magneto-Rheological Fluid Damper based on MATLAB & ADAMS （School of Machinery and Automobile Engineering，Hefei University of Technology）Abstract: This article first introduced the function of vehicle hydraulic auxiliary braking system and the development situation, this paper expounds the systems components and working principle, according to the working principle of HBA, we design a control algorithm, and through the real car test, verify the performance of the program, for domestic HB