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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 用程序驱动模型在分裂道路上进行 ABS 滑动模式掌握器的制动性能评判DukSun Yun 1, HeungSeob Kim 2,3and KwangSuck Boo 2,#1 智能系统争论试验室,韩国汽车技术争论院,第中 心,711 洞 Hosan,达 西 区931 号,大邱, Gyungbuk 的 RD,大 邱,韩 国,704-948 2 汽车高安全性的核心技术争论中心,韩国,庆尚南道金海州市,仁济高校,607621-749 3 汽车零部件的技术创新中心,韩国,庆尚南道金海州市,仁济高校,607621-749 关键词：车辆动力学模型,防抱死制
2、动系统,滑模掌握,硬件在环系统在本文中,提出了滑模掌握器 SMC ）,以提高防抱死制动系统 ABS ）的性能；为了验证 SMC 的性能,液压刹车线已创建在环仿真实时硬件；因此,应正确设置液压制动模型和车辆模型,以获得精确的模拟结果；此外,只与 ECU 的 ABS 相比,试验结果来验证性能改善多少；掌握策略是遵循目标滑移率的滑模掌握器的手段,并确保车辆在各种路况,如干燥路面、道路湿滑、结冰的路面、甚至分裂的道路上车辆制动条件稳固；驱动模型是无用的统一滑移率的直线道路上；然而,在分裂的道路,实行驱动程序模型；在分裂的道路状况在每个车轮上有不同的滑移率,导致车辆旋转；测试结果显示ABS 滑模掌握器比
3、现有的ABS 具有更好的性能,并确保提高车辆稳固性；此外,在分裂的道路上的测试结果说明程序模型将如何驱动车辆依据所需的路径并保持目标滑移率；命名 A=一个主缸面积 m2）=滚动阻力系数=气动阻力 N）=轮惯性的时刻 kgm 2）=制动扭矩 Nm）=轮胎牵引扭矩 Nm ）=轮胎滚动阻力扭矩 Nm）=变速箱输出扭矩 Nm）=车轮半径 m）=车轮中心至刹车路径的距离=一个总泵的驱动压力 N/m2）=在以前的采样步的 压力 N/m2） =车轮角速度 弧度/秒） =所需路径车辆的横向偏移量 =前轮转向角 =轮角 弧度） =车身偏航角=所需的轮胎滑移率1 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -
4、第 1 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - =当前轮胎滑移率 =边界层的厚度 b=制动 t =轮胎 x,y,z = 纵向,横向,正常 1 介绍 防抱死制动系统 ABS）已应用于乘用车,并答应司机掌控车辆,改善其制动性 能,防止车轮抱死； ABS 的基本客观情形仍未转变,很多争论者们探讨如何改善现有的 系统；已经有很多争论尝试各种适用于 ABS 的掌握方法和算法,但商业的 ABS 在充分减 速时不能持有目标滑移率,常常产生偏航和滚转运动；ABS 失败的缘由就在于它依靠ECU 的映射,保持抱负的滑移率数据来掌握策略；此外,很多争论人员争论了如何以 测绘数据为基础的记过
5、处分掌握策略；罗德里克等人争论了滑模掌握 SMC）,它适用 于汽车转向不匀称摩擦条件和向观看员建议测量参数的,但是他们实行了 3 D.O.F. 4 轮转向的车型系统； Patel 等采纳滑模观测与LuGre 摩擦模型和简洁的的车辆模型；简洁的车辆模型具有快速运算时间的优点,但很多条款被省略,因而这是不精确的；ABS的争论领域已演化,但是,设计一个可以保持正确定期滑移率的 ABS掌握器 是很难的；这是由于有这么多非线性的和不确定性的东西,如液压油、摩擦胶、热转换 等等；依此类推仍有 Semmler 等；通过反馈线性化,以削减干扰；同时应用模糊规律 将非线性策略削减的不确定性等；为 ABS 掌握方
6、法等；提出了参考滑移率生成方法为 自适应滑动模式掌握的 ABS 铁路系统；在硬件系统争论领域,如 ABS ,各种方式和测 试方法,已经试图理论方法和实地测试；理论方法通常是指实施软件仿真；系统仿真的结果不能显示硬件系统完善的运动,由于硬件通常,系统具有非线性和不确定性；因此,真正的硬件测试补偿不完善模拟的 结果是必要的,但这就需要很多的时间和成本,以及 性能分析的各种试验数据；硬件在环仿真 半实物仿真）系统可以解决这些薄弱环节的理论方法和试验方式；半实 物仿真,使测试比同期现场测试成本降低；结果,甚至有可能超过模拟精度；“ 半实物 仿真系统是基于模拟的方法,但半实物仿真与模拟又不同,由于有一些
7、实际的硬件例如 一个液压装置等；半实物仿真结果的牢靠性能可通过使用实际的硬件和知名商业软件得到,如在车辆动力学的争论领域；CarSim 等人设计一个实时硬件在环仿真器和转向性能的测试结果说明驾驶员在环模拟,以提高偏航稳固性；检查掌握策略的争论基于争论方式的基础上,为提高性能,在很多试验室使用滑模掌握器 SMC ）模拟方法已增加；这主要是由于 性；SMC 的掌握规范有非线性和不确定本文着重介绍了为了 ABS 成为一个真正的 ABS 硬件, SMC 的实施；一个半实物 仿真系统也已组成实际的液压装置,ABS-ECU 的商业和实时为验证所设计的滑模掌握 器 ABS 的系统；所设计的掌握器的性能与商业
8、 ABS 的 ECU 在各种路况的表现；干,湿和结冰的路面突然停止测试的结果是可接受的,但在分裂的道路试验时由于驱动程序 有一种引导倾向,有一个驱动程序模型另一个方向的车辆方式；这种趋势可能导致车辆 失去掌握,使得它从抱负的道路上的路径偏转；2 车辆动力学模型和掌握器的设计 在 SMC 设计过程的第一步是为了猜测动态规范而建立车辆动力学模型；然而,作出全2 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 面的非线性车型和零件变形实在是太难了,所以车型为了仍靠近动力的现实使用了各种简化假设模型；在本文中,实时系统的半实物
9、仿真 掌握算法 SMC 的制定和评判；CarSim 车辆模型已建成,同时2.1 参考车辆模型和 CarSim 车辆模型 本文所设计的参考车型有 15 自由度和子系统模型,如轮胎、制动系统、转向系统、悬 架模型和轮胎和道路间的交互模型,电力火车模型；特殊是,在滑轮胎和路面之间的 滑移率是 ABS 里特别重要的参数,所以 SMC 是旨在提高制动性能,掌握滑移率保持 在所需的区域；图 1显示了15自由度的参考车型；CarSim 车辆模型支持 27 自由度的车辆模型,它可以运算出车辆动态方面,在实际使 用 OPAL-RT 实时主机掌握器时间； CarSim 有很多车辆动态掌握,它的输入和输出参数很简洁
10、得到参数的整定掌握器或算法；与 MATLAB/Simulink ；CarSim 也可以被用于实时运算,可直接连接在本文中, CarSim 已应用到半实物仿真系统和与实时运行系统的液压线；车辆 在 CarSim 中使用的参数如表 1 所示；2.1.1 轮胎模型图 115 自由度的车辆模型表 1 CarSim 输入和输出变量3 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 轮胎模型应考虑轮胎和道路彼此之间的相互作用,它可以用下面的表达式模拟；但是,发动机的输出扭矩）和空气阻力 FD）可以忽视不计； 3）其中 mtotal
11、 是该车辆的总质量,其中包括簧载质量 Ms ）,前簧下质量 MUF）和后簧质 量Mur）；从方程 2）和 3）可以运算出车辆的纵向速度 Vx；然后,依据轮胎模型可 以得到指数和数据；也可以通过防滑系数 s运算下面的公式 4） 4）2.1.2 驱动程序模型为了纵向和横向运动近年来车辆驾驶员环境模型已被考虑和进展；图 2 所需的路径追求的战略 然而,驱动模型不能完全仿照人类真正的驱动程序并且无法预见的道路和环境条件；描 述的驱动程序的数学功能,驱动程序模型应削减到几个简洁的参数模型；车辆在笔直的大路上驱动的条件下,车型的转向输入不是必需的,由于在本文的仿真历 史不包括意外道路轮廓上的障碍；当车辆在
12、分裂的道路上突然停止,车辆的转向必需保4 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 持在需要的路径并逐步施加安全性；图 2 显示了从驾驶员的期望路径基础上横向驱动模型估量转向角的动态特性的战略司机和车辆；方程 5）描述了从前瞻的距离 L）、偏航角 ）的几何关系；本文所需的航向角 ）为 0.12,通过假定驱动程序依据所需的路径,以削减航向误差与时间常数 sd）所表示驾驶员模型的数学公式 6）； 5） 6 ）其中 a1 和 a2 是常数,它代表司机的特点,V 是车速；模型2.1.3液压制动由于 ABS 具有液压电路和
13、电磁阀系统生成所需的制动压力,建立ABS 的数学模型是很难的；在本文中,有着真实的液压回路的半实物仿真系统,电磁阀系统和一个实际的ECU 已 经 被 用 来 模 拟 车 辆 的 实 际 制 动 操 作；在 ECU SMC 得到方向盘和刹车踏板操作的驱动程序作为输入,在半实物仿真系统的电磁阀系统产生液压命令作为输出；因此,SMC 需要电磁阀表示在图 3 中的操作算法；用 ABS 功能产生停止车辆要求的液压；一般来说, ABS 不具有轿车 ECU 监视的液压制动压力的功能；因此,电磁阀系统和液压系统的输出压力的关系应当被定义为确定半实物仿真系统中阀门的位置；液压模型有表 2 中的三种模式,这是确定
14、有阀条件下,NO常开）与NC 常闭）；此外,每种模式都有其自己的数学模型所示的压力方程,分别有7）, 8）, 9）；图 3 电磁阀操作规律的方案 表 2 电磁阀掌握模式增加 7 ）5 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 降低 8）稳固 9）PM 是主缸压力, P0 是以前的压力；抽样步骤 1 1是流淌的时间常数和只用于初始值减少模式；每个液压模式都有其自己的阀门条件,可以切换到其他模式,在 SMC输出和实际的液压输出之间的差异；图 4 显示的图模式切换策略和电磁阀掌握方案以便从 SMC 产生正确的制动压力；
15、在两个输出之间的差异,在指定的边界上 它被设置为上下0.2Mpa ）的条件下,液压模型转移到另一个在适当的阀门条件的模式；2.2 滑模掌握器的设计SMC 已受聘争论 ABS 掌握器； SMC 的优点之一是,它并不需要一个精确的模型,它具有很强的鲁棒性；此外,它对不确定性和干扰不敏锐；然而,SMC 不得不考虑滑动面的设计,以保证滑动模式的存在和掌握器的设计；在以前的争论中,SMC 为制动力矩与滑移率掌握有两种类型的滑动面设计,即 和这些设计有一个相同的策略,追求跟踪误差来掌握滑移率；HUR 等设计了一个滑动面,从 .1= 0 的条件打算和相应的bang-bang 掌握；然而,系统之间的误差动态跟
16、踪误差和衍生产品是不成立的；对于其次个滑动表面 S2,SONG 等设计相同的条件控制；然 而,控 制 器,指 数 误 差 收 敛 可发觉在；最近, Lyapunov 稳固性方法应用于确定开关掌握滑移率误差的大小域； SHIM 等 al. 19 比较设计常用的 ABS 两种类型的滑动面,并提出了替代滑动面设计可以提高收敛速度和振荡目标四周的防滑减震的 代滑动面发生相当长的时间来运算实时半实物仿真系统；图 4 电磁阀掌握图 方程 1）可以改写为如下方程 10）6 / 12 Lyapunov 稳固的条件；然而,替名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 12 页精选学习资料 - - -
17、 - - - - - - 10 ）其中 在方程 1）中 P 被定义为掌握输入；发 动 机 的 扭 矩 只 在 1 ） 中 考 虑 , 不 在 方 程 10 ） 中 考 虑 ； 滑 动 面 设 计 滑模掌握器被定义为 11 ）其中 是一个严格的常数, R= si - di, di被定义为 0.2,N = 2 ；依据道路条件正确滑移率是 0.15 和0.25 之间,可以设置抱负的滑移率为 . =0的条件五 通过连续掌握的方法得到；0.2；正确数值可以在 S = + 12 ）由于 的精确值可以不知道,他们可估量为 . ；方程 12）介绍假设制动力矩的估量错 误是零； x 的估量误差 和 r 假设为在
18、已知值范畴内,但这假设是不正确的,一个离散 函数 定义为方程13）被添加到方程 12）,以满意滑动条件； 13）其中 是严格正的常数；掌握输入U 可以从下面的方程 12）和 13）得到；使用薄边界层的厚度 下的切换面可以排除方程 14 ）13）存在的问题；引起的间断的抖振可以调整转变 SGNS ）,在方程 ；2.3 仿真环境和条件 在本文中, SMC 的设计应通过忠实和经济的方法验证；因此,半实物仿真与液压制动线闭环系统的建议和JASO 测试环境和特殊条件应在图具体规定；表5 显示的半实物仿真液压刹车线和刹车部件,卡尺、磁盘、机架系统、转向柱和外表板等,此外,半实物 仿真系统有一个 PC 主机
19、,两个目标 PC 和 ABS 刹车系统；在环仿真系统的 ECU 包含 对 ESP 的 MK25 的 ECU 大陆 TEVES 作为参考的数据,这是现有的用于 ABS 掌握器；对于实时运算,半实物仿真系统构建了MATLAB ,CarSim 软件, OPAL-RT 主机控 7 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 制器；掌握器的输出经过电磁阀,然后由此产生制动压力；设计的 SMC 提出的模型和 战略通过 MATLAB / Simulink 可以安装这种半实物仿真的系统,并与车辆的接口在CarSim 的动力学模型；
20、CarSim 是主要的模拟环境,在本文验证了各种结果,在其他文件 8,14,22 要精确 模拟道路状况和车辆动力学,输入和输出系统变量应定义如表 1；在模拟的历史,为各种摩擦的路况 SMC 的绩效评判应当设置的标准JASO ABS 检验规章,如表 3 所示；此外,掌握目标SMC 是保持抱负的滑移率,为0.2 ,由于这个比例是在不论路况时轮胎垂直的最大刹车力；图 5 半实物仿真系统的模拟试验表3 标准 JASO ABS 试验条件3 结果与争论 3.1 干燥路面测试 干沥青供应了车辆制动的正确状态下的摩擦系数,约为 0.8；图 6 显示模拟设计的 SMC 突然停止的结果与现有的 ABS 结果比较；
21、虽然汽车初始速度是 120Km / h ,车辆实际 减速开头为 110km / h ,由于制动突然刹车踏板开头后的驱程序步骤；图 6a）, c）显示的跟踪车辆时间响应滑移率；图 慢；6b）,d）表示车辆由于 ABS 和 SMC 速度减图 6a）表示,当汽车突然停止,车辆商业滑移率和现有的 ABS 的比只有一个彻底的倾向；图 6b ）即使显示了车轮速度耗尽为零约 2.3 秒；这意味着,在大滑移率的振荡,导致车辆之间的大差异和车轮的速度；其实,这是车辆不稳固的根源；然而,车辆的滑移率与SMC 设计局限在抱负的滑移率内,在0.2 左右； 在图 6c）中；8 / 12 名师归纳总结 - - - - -
22、 - -第 8 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 6 干燥路面上 ABS 制动试验因此,图 6d）显示,车辆速度 差异了；SMC 和车轮缓慢的速度减速匀称,没有相当大的3.2 湿路实验湿滑路面的摩擦系数是 下,车辆初步的速度为0.5,如表 3 所示；对于一个同样的缘由在干燥路面的情形80km / h,但车辆实际的减速从 75km / h 开头；图 7a）表明,相比图 6a）车辆滑比例有一种大约倾向；图 7c）证明,在同样的仿真下 SMC比 ABS 有 更 好 的 性 能,滑 移 率 保 持 在 0.2 左 右；车辆突然停止的界线是最小制动距离；图 7b ）所
23、示,车辆需要 5.5 秒后趋缓到 20 公里/小时,但图 7d）显示,它所需的时间缩短到4.5 秒；这意味着更短的时间减速获得了更短的制动距离；因此,相比单纯的 ABS 来说 SMC 有更高的安全性和舒服性；3.3 结 冰 的对于制动来说,结冰的道路是一个特别糟糕的情形,在表路 面 测 试3 标准 JASO 的基础上它的摩擦系数为 0.2；通常情形下,在结冰的路面上车辆速度低于 10 公里 /小时是稳固的速度,由于几乎车辆停止没有滑移量；图 8a）说明, ABS 未经 SMC 的,突然停止会有一 个 大 的 滑 移 量 , 造 成 车 辆 不 稳 定 , 即 俯 仰 和 滚 动 运 动 ；9
24、/ 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 7 湿滑路面上 ABS 制动试验因此,它需要较长时间才能达到一个稳固的速度 10 公 里/小时）,大约是 10 秒钟,如图 8b）；然而,滑 SMC 的比例在图 8c）验证,车辆在结冰的路面上的性能进行了改进；在除了这种改善,到达稳固的速度的时间被稳固在 7 秒如图 8d）中所示；它同样表示,制动距离的缩短；3.4 分流道路试验 在分裂的道路上,从司机和乘客双方考虑有两种不同的的轮胎摩擦系数；在分裂的道路上半实物仿真突然停止需要在 2.1.2 节的驱动程序模型；由于驱
25、动程序用于引导车辆到 所需的方式,而不是一个滑动；图 9c）显示没有 SMC 的 ABS 滑移率会有一个大的振 荡,特殊是约 5.6 秒；它也造成车辆如图 9a）的投球动作； 5.6 秒左右在图 9c）和 图 9e）条,车辆的速度稳固下降到 0,轮胎与路面摩擦增高,导致偏航和俯仰运动；因此,车轮速度与车辆完全停止时的速度在图 9e）中；否就,图 9d）看起来像一个不稳固的现象,但是,从方程4）中的纵向速度 vx 被降低到零；这仅仅是数值振荡；它证明, SMC 掌握滑移率和车轮的轮速依据车辆抱负的速度；因此,图 9f）同时显示车轮用最有效的方法追求车辆的速度；此外,性,如图 9b）；SMC 提高
26、了车辆在的俯仰运动的稳固10 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - a）商业滑移率 b） 商业速度c）拟设系统的滑移率 d） 拟设系统的速度 图 8 结冰的路面上 ABS 制动测试4结论本文,防抱死滑模掌握器制动系统的开发,稳固了目标滑移率；车辆的仿真结果与半实物仿真系统验证比仅由ABS 掌握的有更好的性能；（一）商业间距议案 b）拟设系统的俯仰运动11 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - （三）商业滑移率 d）拟设系
27、统的滑移率e）商业速度 f） 拟设系统的速度图 9 分裂的道路上 ABS 制动测试本次调查的主要结果归纳如下：1；在本文考虑了建立模拟车辆模型和司机半实物仿真系统模型及液压制动模型；2；为了验证本文设计的 擦情形中；SMC 的性能,在 JASO 监制下使用在各种路况具有不同的摩3； SMC 是由商业和现有的 ABS 半实物仿真系统的电控单元组成的,结果证明 SMC比单独的 ABS-ECU 具有更好的性能；4； SMC 可以掌握滑移率保持在所需的范畴内,提高车辆的制动和转向稳固性；“ 车辆突然制动比商业 ABS-ECU 更加稳固和较短的刹车距离的；12 / 12 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 12 页