基于电液制动系统的车辆稳定性控制_麦莉

第40卷　第3期吉林大学学报(工学版)　Vol.40　No.32010年5月Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition )　May 2010收稿日期:2008210217.基金项目:国家自然科学基金项目(50775096).作者简介:麦莉(1962),女,副教授.研究方向:汽车动态仿真与控制.E 2mail :maili @通信作者:宗长富(1962),男,教授,博士生导师.研究方向:汽车动态仿真与控制.E 2mail :cfzong @基于电液制动系统的车辆稳定性控制麦　莉1,张继红2,宗长富2,郑宏宇2,郭立书3(1.吉林大学机械科学与工程学院,长春130022;2.吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室,长春130022;3.浙江亚太机电股份有限公司,杭州311203)摘　要:简述了电液制动系统(EHB )的基本结构,建立了EHB 正常工作时制动回路的液压系统模型。

提出了基于单控制变量横摆角速度的稳定性控制策略。

最后进行了典型工况下的稳定性控制仿真。

仿真结果表明,EHB 稳定性控制算法能有效控制车辆在高速低附着路面工况下的稳定性。

关键词:车辆工程;电液制动系统;稳定性控制;车辆稳定性中图分类号:U461.6 文献标志码:A 文章编号:167125497(2010)0320607207V ehicle stability control based on electronic hydraulic brake systemMA I Li 1,ZHAN G Ji 2hong 2,ZON G Chang 2f u 2,ZH EN G Hong 2yu 2,GUO Li 2shu 3(1.College of Mechanical S cience and Engineering ,J ilin Universit y ,Changchun 130022,China;2.S tate Key L aboratory of A utomobile D y namic S im ulation ,J ilin Universit y ,Changchun 130022,China;3.Zhej iang A sia 2Paci f ic Mechanical and Elect ronic Co.L t d.,H angz hou 311203,China )Abstract :The basic st ruct ure of t he elect ronic hydraulic brake system (EHB )was briefly int roduced and a hydraulic system model was built for t he brake circuit when t he EHB works normally.A cont rol st rategy based on a single variable —t he vehicle yaw rate —control was propo sed to control t he vehicle stability.The simulatio ns for t he vehicle stability co nt rol wit h EHB were performed under typical conditions.The result s showed t hat t he p roposed vehicle stability cont rol algorit hm of EHB can ensure t he vehicle stability effectively under t he high vehicle speed and low road adhesion factor conditions.K ey w ords :vehicle engineering ;elect ronic hydraulic brake system (EHB );stability cont rol ;vehicle stability 目前国外对EHB 系统[122]的研究大多处于产品开发阶段,利用EHB 系统进行汽车稳定性控制的研究还很少[3]。

国内关于EHB 的研究则刚刚起步,只有少数的高等学校和科研单位做了一些初步的研究工作[4],仅限于结构方案的提出和简单的液压特性的研究。

本文介绍了EHB 系统的基本结构,在仿真软件AM Esim 环境下建立起了EHB 制动回路的液压系统结构模型。

提出了基于单控制变量横摆角速度的稳定性控制策略,并通过典型工况仿真评价了控制效果。

吉林大学学报(工学版)第40卷1　E HB系统的结构和工作原理EHB系统主要包括:制动操作单元BOU,压力控制单元HCU(电控单元ECU液压泵,高压蓄能器,进、出液电磁阀等)控制单元及一系列的传感器。

图1中,制动踏板与踏板感觉模拟器2和踏板行程及压力传感器做成一体,组成制动操作单元。

踏板感觉模拟器提供给驾驶者与传统制动系统类似的踏板感觉[5],即与传统制动系统类似的踏板力2踏板行程的关系。

踏板传感器通过探知制动踏板的动作情况了解驾驶者的制动意图,并将此信息以电信号的形式传给电控单元ECU。

EHB系统压力控制单元置于发动机前端。

电控单元ECU除了接收踏板行程及力传感器的信号外,还能通过CAN总线网络接收来自于ABS、ASR、ESP的汽车动态数据,经过对这些数据分析计算后,将控制指令发送到控制单元,实现对汽车的主动控制。

高压液压蓄能器3能够快速提供系统所需的制动压力,所储存的高压制动液是由电动液压泵m1产生,高压蓄能器可以为制动系统提供16～18M Pa的多次连续制动。

液压泵和蓄能器共同构成EHB系统的压力源。

当EHB系统正常工作时,隔离阀y1和y2通电闭合,主缸与轮缸的通路被隔离,主缸中的回路用做生成踏板模拟器,反馈给驾驶员制动信息。

高压蓄能器中的压力油通过各轮缸的电磁阀通断电来调节轮缸压力,实现驾驶员的意图或在极限、紧急工况下的主动控制。

当EHB系统失效时,隔离阀y1和y2断电导通,主缸与轮缸的通路打开,车辆的制动靠驾驶员踩下制动踏板,推动主缸中的制动液到轮缸形成制动压力实现。

12制动操作单元;22踏板感觉模拟器;32高压蓄能器;42左前隔离活塞;52右前隔离活塞;b12前轴预压传感;b22高压蓄能器压力传感器;y12左前轮隔离阀;y22右前轮隔离阀;y32前轴平衡阀;y42后轴平衡阀;b3～b62各轮缸压力传感器;m12高压泵;y5～y122各轮缸进出液电磁阀图1　EHB液压系统基本结构Fig.1　The structure of EHB2　E HB液压系统建模本文基于AM Esim[6]建立了EHB系统正常工作时的制动回路液压系统模型,包括高压蓄能器、电机泵、两位两通电磁阀、制动轮缸等[7]。

(1)高压蓄能器蓄能器容量V A和充气压力p A是根据它在工作中需要输送出去的油液体积V0、系统最高压力p1和所要维持的最低工作压力p2来决定的,由气体定律可知p A V n A=p1V n1=p2V n2=常数(1)制动过程为绝热过程,因此n=1.4。

作为制动辅助压力源,p A还需满足:0.25p1<p A<0.9p2。

(2)电机泵电机泵在高压蓄能器的压力降低至某一限值时开始工作,待其压力达到设定压力值时停止工作。

高压蓄能器在此起到辅助动力源的作用,故可以选择一个流量较小的泵。

油泵的数学模型为q b=V b・S m EE-[α・p bin+(1-α)・p bout](2)・86・第3期麦　莉,等:基于电液制动系统的车辆稳定性控制式中:q b为油泵输出流量;V b为油泵排量;S m为电机转速;P bin、P bout分别为油泵入口、出口端压力;E为液压油体积弹性模量;α为油泵压力因子。

(3)进、出液电磁阀前后轴每个盘式制动器的压力分别由一对由PWM信号控制的进液阀和出液阀来调节,均为常闭式。

增压时,进液阀打开,出液阀关闭,制动液经进液阀由高压蓄能器流向各轮缸,阀口流量方程为d p w d t =CA TEV(p acc-p w)(3)减压时,进液阀关闭,出液阀打开,制动液经出液阀由轮缸流向储液器,阀口流量方程为d p w d t =C′A′TEVpφ′w(4)式中:C、C′分别为进、出液阀口流量系数;A T、A′T分别为进、出液阀口通流截面积;φ、φ′分别为进、出液阀的节流阀指数;p w为主缸压力;V 为进出液电磁阀之间制动管路及轮缸总容积。

保压过程中进、出液电磁阀均关闭,轮缸制动液的流量为零。

(4)进液阀的节流器由于EHB系统中的压力源是高压蓄能器,具有较高的压力,为了减少增压过程中系统中的压力脉动和冲击,必须在进液阀之前安装合适的节流器,以减少制动压力对轮缸和电磁阀的压力冲击,延长电磁阀的寿命,使轮缸制动压力调节更平顺。

其制动液流量方程为Q=C q max A 2Δpρtanh8Aχηλc2Δpρ(5)式中:C q max为最大流量系数;η为制动液动力黏度;A为节流孔截面积;Δp为节流孔两端压差;ρ为制动液密度;χ为节流孔湿周长度;λc为制动液流动雷诺数。

(5)制动轮缸本文将制动轮缸简化为弹簧阻尼模型,输入为轮缸制动压力,输出为制动器制动力,其模型如图2所示。

在制动压力作用下,制动钳体需克服钳体和制动盘直接接触所产生的等效弹簧阻尼影响,制动钳体的运动微分方程为m c d2x cd t2=-p cyl A p+C ecd x cd t+k ec x c(6)图2　制动器模型Fig.2　B rake model式中:m c为钳体质量;x c为制动钳体相对制动盘的位移;C ec为制动钳等效阻尼;p cyl为轮缸压力;A p为轮缸活塞面积;k ec为制动钳等效弹簧刚度。

3　E HB液压系统模型验证及分析EHB的HCU与ABS/ASR/ESP的HCU的结构有较强的相似性,因此本文所建的EHB液压系统模型的精度可通过M K202I型ABS液压系统制动轮缸压力变化公式来验证。

带有ABS的传统液压制动系统在轮缸增减压时的轮缸压力变化率可通过以下公式[7]表示。

增压时:d p cyld t=35.7418(p m-p cyl)0.58(7)减压时:d p cyld t=-36.3714(p cyl-p r)0.92(8)式中:p m为主缸压力;p r为低压蓄能器压力。

由于EHB系统的压力源由初始压力为18M Pa的高压蓄能器提供,轮缸压力的建立也以此为源值,假设传统制动踏板在多次强力踩下后可使传统制动系统的主缸压力达到18M Pa,分别设置液压系统各元件的结构及特征参数,使EHB系统中轮缸的仿真增压过程与ABS系统中轮缸的试验增压过程基本一致,如图3所示。