孫文軍，肖殿東，聶幸福，葉陽(yáng)

（陜西法士特汽車傳動(dòng)工程研究院 智能傳動(dòng)第一室，陜西 西安 710119）

車輛制動(dòng)安全性一直是車輛動(dòng)力學(xué)技術(shù)研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)［1］。ABS的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用使車輛在緊急制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)效能和穩(wěn)定性都得到一定保障［2－3］。ASR在驅(qū)動(dòng)過(guò)程中可根據(jù)車輛的行駛狀況使驅(qū)動(dòng)輪得到最佳縱向驅(qū)動(dòng)力，使得車輛的動(dòng)力性、安全性和燃油經(jīng)濟(jì)性得到提高。在裝備了ABS的汽車上，ABS的輪速傳感器和壓力調(diào)節(jié)器可全部為ASR所利用［4］，在ABS的電子控制單元的基礎(chǔ)上，添加對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力矩的調(diào)節(jié)和對(duì)驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)壓力的調(diào)節(jié)功能即可實(shí)現(xiàn)完善的ABS/ASR集成系統(tǒng)。ABS和ASR的集成將是車輛主動(dòng)安全技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向［5］。

1 汽車ABS/ASR集成系統(tǒng)的組成

汽車ABS/ASR集成系統(tǒng)主要由輪速傳感器、電子加速踏板與電子節(jié)氣門(mén)機(jī)構(gòu)、集成系統(tǒng)控制器和集成系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)器等組成。集成系統(tǒng)控制器檢測(cè)輪速信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)、電子加速踏板信號(hào)以及電子節(jié)氣門(mén)開(kāi)度信號(hào)，并將以上信號(hào)進(jìn)行處理與運(yùn)算，判斷當(dāng)前車輛與車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。進(jìn)而根據(jù)當(dāng)前的工況調(diào)用ABS或者是ASR程序，輸出電磁閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)和ABS電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)或者節(jié)氣門(mén)力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，對(duì)車輛和車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行控制。ABS/ASR集成系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

2 汽車ABS/ASR集成系統(tǒng)控制邏輯

汽車ABS/ASR集成控制系統(tǒng)中ABS和ASR子系統(tǒng)本身都是復(fù)雜的控制系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)的集成并不是把ABS和ASR控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單地疊加，而是要把它們有機(jī)地融合，同時(shí)還必須要考慮到軟件運(yùn)行的實(shí)時(shí)性、可靠性等問(wèn)題［6］，必須根據(jù)具體的行駛工況來(lái)建立控制優(yōu)先級(jí)判斷邏輯，進(jìn)行合理的資源分配［7］。以下介紹集成系統(tǒng)的總體控制程序與子程序程序。

2.1 總體控制邏輯

車輛起動(dòng)后，ABS/ASR集成系統(tǒng)上電進(jìn)行初始化與自檢，如果存在除輪速傳感器之外的故障則點(diǎn)亮故障指示燈并退出系統(tǒng)，若不存在故障，則系統(tǒng)采集輪速信號(hào)后對(duì)輪速傳感器的狀態(tài)進(jìn)行判斷，如果輪速傳感器存在故障則點(diǎn)亮故障指示燈并退出系統(tǒng)，如果沒(méi)有故障則根據(jù)制動(dòng)信號(hào)和輪速信號(hào)判斷當(dāng)前車輛的行駛狀況。當(dāng)踩下制動(dòng)踏板時(shí)，集成系統(tǒng)會(huì)將車輪減速度與控制門(mén)限相比較，決定進(jìn)行常規(guī)制動(dòng)或者調(diào)用ABS子程序。當(dāng)踩下電子加速踏板且車速小于40 km·h－1時(shí)，集成系統(tǒng)會(huì)根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率或者輪速差與控制門(mén)限相比較，從而決定進(jìn)行節(jié)氣門(mén)跟隨控制或者調(diào)用ASR子程序。當(dāng)踩下電子加速踏板且車速大于40 km·h－1時(shí)，認(rèn)為車輛具有足夠的加速能力，只進(jìn)行節(jié)氣門(mén)跟隨控制。

2.2 制動(dòng)操作優(yōu)先級(jí)設(shè)置

ABS/ASR集成系統(tǒng)對(duì)駕駛員的各種操作均會(huì)做出合理和迅速的響應(yīng)，不會(huì)影響駕駛員的合理常規(guī)操作。為了提高了車輛的行駛安全性能，在控制邏輯中將制動(dòng)操作的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為最高，當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)退出當(dāng)前的控制，對(duì)制動(dòng)操作作出響應(yīng)，即使同時(shí)踩下電子加速踏板仍然可以正常的制動(dòng)，從而避免由于駕駛員誤操作造成的車輛不能正常制動(dòng)。

2.3 制動(dòng)工況控制邏輯

汽車進(jìn)行常規(guī)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)力由駕駛員通過(guò)制動(dòng)踏板控制。汽車進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí)，當(dāng)車輪減速度小于第1車輪減速度門(mén)限值時(shí)，ABS子系統(tǒng)計(jì)算參考車速和各車輪的滑移率，根據(jù)當(dāng)前車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行路面識(shí)別，并對(duì)車輪采取保壓控制，此后車輪滑移率還會(huì)繼續(xù)增大，當(dāng)車輪滑移率大于滑移率第1門(mén)限值時(shí)，采取減壓控制，此前稱為第1相位；隨著制動(dòng)壓力的減小，車輪減速度先減小后增大，當(dāng)車輪減速度回升至減速度第2門(mén)限值時(shí)，對(duì)車輪采取保壓控制，控制相位進(jìn)入第3相位；由于此時(shí)車輪減速度處于增大階段，所以輪速升高，滑移率減小，當(dāng)滑移率小于第2門(mén)限值時(shí)，對(duì)車輪采取階梯增壓控制，控制相位進(jìn)入第4相位；當(dāng)滑移率再次達(dá)到滑移率第1門(mén)限值時(shí)，一個(gè)循環(huán)周期結(jié)束［8］。

2.4 驅(qū)動(dòng)工況控制邏輯

汽車加速行駛時(shí)，如果驅(qū)動(dòng)輪未發(fā)生滑轉(zhuǎn)，集成系統(tǒng)調(diào)用節(jié)氣門(mén)跟隨控制子系統(tǒng)，根據(jù)駕駛員的意圖控制節(jié)氣門(mén)開(kāi)度。如果驅(qū)動(dòng)輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)，則調(diào)用ASR子系統(tǒng)。由于磁電式傳感器具有測(cè)量閾值，只有當(dāng)轉(zhuǎn)速大于某一數(shù)值時(shí)，才能得到較為可信的轉(zhuǎn)速值［9］。當(dāng)車速較低時(shí)，計(jì)算得到的驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率誤差較大，可采用汽車滑轉(zhuǎn)側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪和非驅(qū)動(dòng)輪的輪速差作為控制量。當(dāng)車速較高時(shí)，則可以較準(zhǔn)確地得到驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率，采用驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率作為控制量.因此將ASR的控制算法分為2個(gè)模式：行駛加速ASR控制和起步加速ASR控制，當(dāng)ASR參考車速小于7.5 km·h－1時(shí)，采用起步加速控制，當(dāng)ASR 參考車速大于 7.5 km·h－1且小于 40 km·h－1時(shí)采用行駛加速控制。在2種控制模式下，ASR子系統(tǒng)會(huì)根據(jù)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)程度的差異判斷車輛行駛在單一附著路面還是分離附著系數(shù)路面.在單一附著路面上，ASR子系統(tǒng)通過(guò)節(jié)氣門(mén)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出力矩，控制驅(qū)動(dòng)輪的過(guò)度滑轉(zhuǎn)；在分離附著系數(shù)路面上，ASR子系統(tǒng)通過(guò)對(duì)滑轉(zhuǎn)側(cè)驅(qū)動(dòng)輪施加制動(dòng)的措施增加另外一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力，從而提高車輛的驅(qū)動(dòng)能力。當(dāng)ASR參考車速大于40km·h－1時(shí)，則認(rèn)為驅(qū)動(dòng)輪能夠提供足夠的驅(qū)動(dòng)力，集成系統(tǒng)此時(shí)根據(jù)駕駛員的意志進(jìn)行節(jié)氣門(mén)跟隨控制。

3 汽車ABS/ASR集成系統(tǒng)控制邏輯實(shí)車驗(yàn)證試驗(yàn)

為了驗(yàn)證ABS/ASR集成控制系統(tǒng)的控制邏輯與控制效果，用捷達(dá)GTX轎車進(jìn)行了實(shí)車試驗(yàn)。

3.1 制動(dòng)操作優(yōu)先級(jí)測(cè)試試驗(yàn)

將試驗(yàn)車輛直線加速至約27 km·h－1，不踩下離合器踏板，而是同時(shí)踩下電子加速踏板和制動(dòng)踏板，對(duì)試驗(yàn)車輛進(jìn)行常規(guī)輕微制動(dòng)。電子加速踏板與節(jié)氣門(mén)開(kāi)度如圖2所示。大約23.1 s處豎線用來(lái)標(biāo)記制動(dòng)開(kāi)始時(shí)刻。

從圖2中可以看出，在駕駛員進(jìn)行制動(dòng)之前，集成系統(tǒng)根據(jù)駕駛員的操作進(jìn)行節(jié)氣門(mén)跟隨控制，節(jié)氣門(mén)能夠及時(shí)跟隨電子加速踏板開(kāi)度的變化而進(jìn)行控制。當(dāng)駕駛員采取制動(dòng)操作后，雖然此時(shí)電子加速踏板仍然被踩下，但是由于制動(dòng)操作的優(yōu)先級(jí)最高，集成系統(tǒng)退出節(jié)氣門(mén)跟隨控制子程序，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度在怠速開(kāi)度附近波動(dòng)。

3.2 ABS子系統(tǒng)性能實(shí)車試驗(yàn)

為了驗(yàn)證ABS/ASR集成控制系統(tǒng)中ABS子系統(tǒng)的性能，分別進(jìn)行了高附著和低附著路面上的ABS實(shí)車試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3～4所示，圖中縱坐標(biāo)為車輪轉(zhuǎn)速v。

試驗(yàn)中，4個(gè)車輪均未抱死，在高附著路面上制動(dòng)時(shí)車身減速度約為6.25 m·s－2，在低附著路面上制動(dòng)時(shí)車身減速度約為1.39 m·s－2.由于附著系數(shù)的差異，在低附著路面上的制動(dòng)時(shí)間較在高附著路面上的制動(dòng)時(shí)間明顯變長(zhǎng)。

3.3 ASR子系統(tǒng)性能實(shí)車試驗(yàn)

為了驗(yàn)證ABS/ASR集成控制系統(tǒng)中ASR子系統(tǒng)的性能，分別進(jìn)行了單一低附著路面起步加速、行駛加速以及分離附著系數(shù)路面起步加速、行駛加速的ASR實(shí)車試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖5～6所示。試驗(yàn)車輛在低附著路面上起步加速與行駛加速時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)程度得到了較好的控制，平均車身加速度約為1 m·s－2，車輛的加速能力得到了一定程度的改善。

試驗(yàn)車輛在對(duì)開(kāi)路面上起步加速與行駛加速時(shí)，低附著一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)程度得到了較好的控制，平均車身加速度約為1.8 m·s－2，車輛的加速能力得到了一定程度的改善。

4 結(jié)論

文中基于成熟的ABS和ASR控制邏輯，設(shè)計(jì)了ABS/ASR集成控制系統(tǒng)的控制邏輯，并通過(guò)實(shí)車試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明：集成系統(tǒng)能夠根據(jù)各個(gè)相關(guān)傳感器信號(hào)判斷車輛的制動(dòng)與驅(qū)動(dòng)工況，在緊急制動(dòng)工況中調(diào)用ABS子程序，在低附著或者分離附著系數(shù)路面上急加速時(shí)調(diào)用ASR子程序，改善了車輛的制動(dòng)性能與加速性能；并在控制邏輯中將制動(dòng)操作的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為最高，提高了車輛的安全性。

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