车辆制动系统设计方案的发展 毕业设计翻译

1、用程序驱动模型在分裂道路上进行ABS滑动模式控制器的制动性能评价 DukSun Yun1, HeungSeob Kim2,3 and KwangSuck Boo2,#1智能系统研究实验室，韩国汽车技术研究院，第931号，大邱，Gyungbuk的RD中心，711洞Hosan，达西区，大邱，韩国，704-9482汽车高安全性的核心技术研究中心，韩国，庆尚南道金海州市，仁济大学，607621-7493汽车零部件的技术创新中心，韩国，庆尚南道金海州市，仁济大学，607621-749关键词：车辆动力学模型，防抱死制动系统，滑模控制，硬件在环系统在本文中，提出了滑模控制器（SMC），以提高防抱死制动系统（

2、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，实验结果来验证性能改善多少。控制策略是遵循目标滑移率的滑模控制器的手段，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定。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，采取驱动程序模型。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滑模控制器比现有的ABS具有更好的性能，并确保提高车辆稳定性。此外，在分裂的道路上的测试结果表明程序模型将如何驱动车辆按

3、照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（kgm2）=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=轮角（弧度）=前轮转向角=车身偏航角=所需的轮胎滑移率=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，并允许司机掌控车辆，改善其制动性能，防止车轮抱死。AB

4、S的基本客观情况仍未改变，许多研究者们探讨如何改善现有的系统。已经有许多研究尝试各种适用于ABS的控制方法和算法，但商业的ABS在充分减速时不能持有目标滑移率，经常产生偏航和滚转运动。ABS失败的原因就在于它依赖ECU的映射，保持理想的滑移率数据来控制策略。此外，许多研究人员研究了如何以测绘数据为基础的记过处分控制策略。罗德里克等人研究了滑模控制（SMC），它适用于汽车转向不均匀摩擦条件和向观察员建议测量参数的，但是他们采取了3 D.O.F. 4轮转向的车型系统。 Patel等采用滑模观测与LuGre摩擦模型和简单的的车辆模型。简单的车辆模型具有快速计算时间的优点，但许多条款被省略，因而这是不

5、准确的。ABS的研究领域已演变，但是，设计一个可以保持最佳定期滑移率的ABS控制器是很难的。这是因为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。依此类推还有Semmler等。通过反馈线性化，以减少干扰。同时应用模糊逻辑将非线性策略减少的不确定性等。为ABS控制方法等。提出了参考滑移率生成方法为自适应滑动模式控制的ABS铁路系统。 在硬件系统研究领域，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美的运动，因为硬件通常，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

6、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实验方式。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，因为有一些实际的硬件例如一个液压装置等。半实物仿真结果的可靠性能可通过使用实际的硬件和知名商业软件得到，如在车辆动力学的研究领域。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表明驾驶员在环模拟，以提高偏航稳定性。检查控制策略的研究基于研究方式的基础上，为提高性能，在许多实验室使用滑模控制器（SMC）模拟方法已增加。这主要是因为

7、SMC的控制规范有非线性和不确定性。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控制器ABS的系统。所设计的控制器的性能与商业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因为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控制，使得它从理想的道路上的路径偏转。2 车辆动力学模型和控制器的设计在SMC设计过程的第一步是为了预测动态规范而建立车辆动力学模型。然而，作出全面的非线性车型和零件变形实在是

8、太难了，所以车型为了仍逼近动力的现实使用了各种简化假设模型。在本文中，实时系统的半实物仿真CarSim车辆模型已建成，同时控制算法SMC的制定和评价。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。特别是，在滑轮胎和路面之间的滑移率是ABS里非常重要的参数，所以SMC是旨在提高制动性能，控制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，它可以计算出车辆动态方面，在实际使用OPAL-RT实时主机控制器时间。CarSim有许多

9、车辆动态控制，它的输入和输出参数很容易得到参数的整定控制器或算法。CarSim也可以被用于实时计算，可直接连接与MATLAB/Simulink。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。图115 自由度的车辆模型表1 CarSim输入和输出变量2.1.1 轮胎模型 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）可以忽略不计。 （1）其中标'i '是数字1、2、3、4，每个数字分别意味着左前方车轮、右前轮、左前轮后方、后方右轮。滚动阻力和Pb代

10、表每个车轮的刹车压力。为计算车辆的纵向速度，牛顿第二定律可应用于车辆模型。 (2) （3）其中mtotal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）可以计算出车辆的纵向速度Vx。然后，根据轮胎模型可以得到指数和数据。也可以通过防滑系数s计算下面的公式（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发展。图2 所需的路径追求的战略然而，驱动模型不能完全模仿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，驱动程序模型应减少到几个简单的参数模型。车辆在笔直的公路上驱动的

11、条件下，车型的转向输入不是必需的，因为在本文的仿真历史不包括意外道路轮廓上的障碍。当车辆在分裂的道路上突然停止，车辆的转向必须保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计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，通过假定驱动程序按照所需的路径，以减少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。2.1.3 液压制动模型由于ABS具有液压电路和电磁阀系统生成所需的制动压力，建立ABS的数学模型是很

12、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该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），

13、（9）。 图3 电磁阀操作逻辑的计划表2 电磁阀控制模式增加 （7）降低 （8）稳定 （9）PM是主缸压力，P0是以前的压力。抽样步骤11是流动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控制计划以便从SMC产生最佳的制动压力。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 滑模控制器的设计SMC已受聘研究ABS控制器。SMC的优点之一是，它并不需要一个准确的模型，它具有很强的鲁棒性。此外，它对不确定

14、性和干扰不敏感。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控制器的设计。在以前的研究中，SMC为制动力矩与滑移率控制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，追求跟踪误差来控制滑移率。HUR等设计了一个滑动面，从1= 0的条件决定和相应的bang-bang控制。然而，系统之间的误差动态跟踪误差和衍生产品是不成立的。对于第二个滑动表面S2，SONG等设计相同的条件控制。然而，控制器，指数误差收敛可发现在。最近，Lyapunov稳定性方法应用于确定开关控制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

15、度和振荡目标周围的防滑减震的Lyapunov稳定的条件。然而，替代滑动面发生相当长的时间来计算实时半实物仿真系统。图4 电磁阀控制图方程（1）可以改写为如下方程（10） （10）其中在方程（1）中P被定义为控制输入。发动机的扭矩只在（1）中考虑，不在方程（10）中考虑。滑动面设计滑模控制器被定义为 （11）其中是一个严格的常数，R=si - di，di被定义为0.2，N = 2。根据道路条件最佳滑移率是0.15和0.25之间，可以设置理想的滑移率为0.2。最佳数值可以在S = + =0的条件五通过连续控制的方法得到。 （12）由于的精确值可以不知道，他们可估计为。方程（12）介绍假设制动力矩的

16、估计错误是零。 x的估计误差和r假设为在已知值范围内，但这假设是不正确的，一个离散函数ü定义为方程（13）被添加到方程（12），以满足滑动条件。 （13）其中是严格正的常数。控制输入U可以从下面的方程（12）和（13）得到。 （14） 使用薄边界层的厚度下的切换面可以消除方程（13）存在的问题。引起的间断的抖振可以调整改变SGN（S），在方程（14）中的sat(S/)。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详细规定。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

17、系统、转向柱和仪表板等，此外，半实物仿真系统有一个PC主机，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控制器。对于实时计算，半实物仿真系统构建了MATLAB，CarSim软件，OPAL-RT主机控制器。控制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。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要准确模拟道路状况和车辆动力学，输入和输出系统变量

18、应定义如表1。在模拟的历史，为各种摩擦的路况SMC的绩效评价应该设置的标准JASO ABS检验规则，如表3所示。此外，控制目标SMC是保持理想的滑移率，为0.2，因为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 结果与讨论3.1 干燥路面测试 干沥青提供了车辆制动的最佳状态下的摩擦系数，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。虽然汽车初始速度是120Km / h，车辆实际减速开始为110km / h，因为制动突然刹车踏板开始后的驱程序步骤。图6（a），（c）显示的跟踪车辆时间响应滑移率。图6（b）

19、，（d）表示车辆由于ABS和SMC速度减慢。图6（a）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6（b）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，这是车辆不稳定的根源。 然而，车辆的滑移率与SMC设计局限在理想的滑移率内，在0.2左右。 在图6（c）中。图6 干燥路面上ABS制动试验因此，图6（d）显示，车辆速度SMC和车轮缓慢的速度减速均匀，没有相当大的差异了。3.2 湿路试验 湿滑路面的摩擦系数是0.5，如表3所示。对于一个同样的原因在干燥路面的情况下，车辆初步的速度为80km / h，但车辆

20、实际的减速从75km / h开始。图7（a）表明，相比图6（a）车辆滑比例有一种大约倾向。图7（c）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7（b）所示，车辆需要5.5秒后趋缓到20公里/小时，但图7（d）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适性。3.3 结冰的路面测试对于制动来说，结冰的道路是一个非常糟糕的情况，在表3标准JASO的基础上它的摩擦系数为0.2。通常情况下，在结冰的路面上车辆速度低于10公里/小时是稳定的速度，因为几乎车

21、辆停止没有滑移量。图8（a）表明，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。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定的速度（10公里/小时），大约是10秒钟，如图8（b）。然而，滑SMC的比例在图8（c）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，到达稳定的速度的时间被稳定在7秒如图 8（d）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。因为驱动程序用于引导车辆到所需的方式，而不是一个滑动