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汽车刹车系统仿真
杨 亚,陶红艳
（重庆理工大学机械工程学院,重庆 400054）
摘 要：文章描述了ABS防抱死系统在汽车制动中的工作过程与工作原理,阐述了模糊PID自动控制方法在ABS力学模型分析中的作用,并给出了电子控制系统在ABS刹车系统中的作用.利用电子控制单元对传感器的检测信息进行分析处理,从而指导制动系统的液压缸进行增压与降压动作,使得其制动效果达到最优,提高检测精度与行车安全系数.
关键词：电子控制；模糊PID；汽车；刹车系统
中图分类号：U463.5 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2017.03.117
1 研究背景
为了保证行车安全,必须对车速进行实时检测.面对道路突发情况,必须检测并控制好车辆轮速,以使汽车制动控制系统能够做出快速响应.ABS/ASR都可用来控制车辆的滑动,但是二者各有优劣,ASR系统用于控制车轮滑转,但在车速（80～120 km/h）较高情况下不起作用；而ABS系统用来控制车轮相对地面的滑动,但在车速较低（小于8 km/h）时不起作用.传统的ABS制动系统由于本身不具备路况自适应能力,难以对复杂路况做出实时制动要求.为了提高轮速检测与控制功能,可以将二者进行组合优化.在这其中,电子控制单元与自动控制算法起关键影响作用.电子化、智能化必将是ABS制动系统发展的趋势.目前,电控部分主要利用上位机对车轮的实时速度信息进行处理,进而控制制动系统的增压降压过程,从而达到自动化与智能化控制汽车速度的目的.而一种良好的自适应控制算法模型则有助于在刹车过程中保持良好的平稳性与较低的滑移率.
2 信号检测与处理
2.1 轮速检测
电子制动系统是利用传感器对汽车状态进行信号检测,进而决动系统是进行增压还是降压动作.对于汽车制动系统,制动力的方向与大小可以由上位机进行判断处理,因此对轮速的实时检测与反馈就显得尤为重要.如何提高非线性轮速检测的时效性,避免刹车滞后所带来的危害,是人们首要考虑的问题[1].利用霍尔轮速传感器进行轮速信号检测,由于其本身的非接触特性,使得它的灵敏度与有效性要比其他传感器好许多.
霍尔轮速传感器的工作原理见图1.工作过程中利用霍尔轮速传感器遇到强磁场高输出与弱磁场低输出的开关特性,在空间与数量上合理分布上面的永磁体,以此来提高霍尔轮速传感器的灵敏度,进而减小它的偏移,增大它的分辨率.利用微机系统检测单位时间的脉冲个数及强度,即可确定待测转动物体的转动周期及转速,但是最小脉冲计数周期不能小于控制周期.它的测量是非接触式的,对被测物理量影响很小,通过保留稳定的控制电流常数,霍尔轮速传感器具有较高的测量精度,而且输出电压和信号幅值与转速无关.
2.2 信号处理与制动力分配分析
总线电子技术在汽车领域应用越来越广.为了提高汽车刹车性能,现在的电子制动部分都偏向集成化方向发展.图2为ECU集成制动系统关键部分示意图.集成系统控制器根据霍尔元件的检测信号、制动踏板的开关信号及节气门开度传感器的检测信号等判断当前的车辆运行状态,进而对驱动力制动模块与液压制动执行机构发出控制指令[2].而ECU单元中的上位机有着强大数据处理运算能力.
在车轮发生转动前提下,上位机控制系统接收信号实时分析轮速信息,进而对执行机构发出动作指令,使得液压缸产生增压减压动作与驱动力减少动作.实际工作当中,电子控制单元根据霍尔轮速传感器发出的电压脉冲信号使执行机构的液压缸完成反复高频率增压减压动作.
只要得到较为精确的轮速信号,其他与轮速有关的参数,如加速度、滑移率等都可以利用微机系统快速运算得出[3],进而得出差异数值保障车辆刹车安全.设定上位机的控制周期为T1,周期内电压脉冲信号数[4]为n,轮速传感器测量脉冲周期为T2,标准脉冲信号周期为T3,由时间限制条件可以确定m2的上限值为
通过单轮模型、制动模型[7-8]与系统动力模型,建立了仿真模型并进行仿真（见图4）.
通过仿真分析,结合第120页图5与图6,我们可以看到,模糊PID在整个刹车过程中都比较平稳,滑移率也没有出现剧烈变动.说明整个仿真过程比较稳定.
4 制动技术展望
传感检测技术算法理论与模糊PID自适应算法模型作为ABS智能化、信息化、学习化、自适应化的发展必经阶段,在现在乃至未来很长一段时间,都将影响着制动系统.制动系统技术的发展有以下特征.
1）检测信息智能化.随着刹车安全性要求的提高,对传感技术的要求也逐渐提高,进而催生了智能传感器技术,它对信息的处理能力更为优越,为人们的乘车安全提供了更有利的保障.
2）模糊PID控制算法模型更加成熟.现在的制动系统控制模型主要还是基于经验分析.随着数学理论的发展,模糊PID算法对于汽车加减速的模糊控制将会进一步完善,而模糊规则也更加全面,进而使汽车刹车系统更具智能化与学习性.
5 结束语
鉴于目前的技术手段,现在的集成系统还存在诸如轮速传感器偏移过大,永磁体质量不良等集成系统在制造过程中本身所存在的一些问题,这就需要研发人员在轮速检测控制制动系统中引入电子稳定程序ESP,这也将是汽车速度控制系统的发展方向.同时,在制动压力分配算法中,现有的模糊PID算法尽管比其他模型算法有较好的稳定性,但还不够完善,还达不到智能化的要求.为了进一步提高行车安全,研究传感器信息处理与模糊PID算法这两种关键制动技术具有积极意义.
系统仿真论文范文结:
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