專(zhuān)利名稱(chēng)：提高車(chē)輛轉(zhuǎn)彎制動(dòng)側(cè)向穩(wěn)定性的汽車(chē)制動(dòng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高車(chē)輛轉(zhuǎn)彎制動(dòng)工況下的側(cè)向穩(wěn)定性的方法，特別是涉及一種一種提 高車(chē)輛轉(zhuǎn)彎制動(dòng)側(cè)向穩(wěn)定性的汽車(chē)制動(dòng)控制方法。
背景技術(shù)：
安全、環(huán)保、節(jié)能是當(dāng)今世界發(fā)展的三大主題，也是現(xiàn)代汽車(chē)的發(fā)展方向。其中在汽車(chē) 的"安全"方面，汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)擔(dān)當(dāng)至關(guān)重要的角色。近年來(lái)，隨著高速公路的發(fā)展，汽車(chē) 行駛速度的提高、車(chē)流密度及駕駛員非職業(yè)化趨勢(shì)的逐漸增大，這種重要性表現(xiàn)得越來(lái)越明 顯。
汽車(chē)的制動(dòng)過(guò)程是一種強(qiáng)非線性的復(fù)雜過(guò)程，而在彎道行駛時(shí)施加制動(dòng)更是一種危險(xiǎn)操 作，這是因?yàn)閺澋佬旭倳r(shí)施加制動(dòng)，輪胎與地面接觸印記內(nèi)同時(shí)作用有縱向力與側(cè)向力，當(dāng) 縱向力消耗掉大部分摩擦力時(shí)，側(cè)向力接近于零，在側(cè)向上車(chē)輛容易失去抵抗干擾的能力， 從而產(chǎn)生側(cè)滑、甩尾等危險(xiǎn)工況而引起交通事故發(fā)生。因此，汽車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)過(guò)程中， 一個(gè)很 重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)便是車(chē)輛制動(dòng)時(shí)的側(cè)向穩(wěn)定性。為了滿(mǎn)足側(cè)向穩(wěn)定性，就不得不犧牲一定的 制動(dòng)效果，車(chē)輛制動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)必須綜合考慮車(chē)輛的制動(dòng)性能與側(cè)向穩(wěn)定性能。
ABS系統(tǒng)僅通過(guò)控制車(chē)輛的縱向滑移率在最佳滑移率處，保證了車(chē)輛制動(dòng)的動(dòng)力學(xué)性能，
但側(cè)向穩(wěn)定性無(wú)法保證。ESP系統(tǒng)在這種主動(dòng)安全性提高的要求下應(yīng)運(yùn)而生，實(shí)際上單從ESP 系統(tǒng)控制的機(jī)理就是利用ABS對(duì)單個(gè)車(chē)輪的制動(dòng)力的控制來(lái)保證側(cè)向穩(wěn)定性能。但就國(guó)內(nèi)目 前發(fā)展現(xiàn)狀而言，ESP系統(tǒng)的裝車(chē)率尚非常低，而ABS系統(tǒng)已經(jīng)是所有車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)配置，如果 ABS能進(jìn)行改進(jìn)以提高車(chē)輛的側(cè)向穩(wěn)定性，那么就可以在大大降低車(chē)輛成本的同時(shí)，有效改 善交通安全。
眾所周知，ABS系統(tǒng)僅在駕駛員制動(dòng)時(shí)起作用，如果想改進(jìn)ABS系統(tǒng)以部分替代ESP系 統(tǒng)的作用，就需要分析在ESP起作用的行駛工況中，駕駛員是否進(jìn)行制動(dòng)的比例，如果在這 些工況中制動(dòng)的比例較低，ABS無(wú)法起作用，僅是ESP系統(tǒng)起作用，那么改進(jìn)ABS提高車(chē)輛 的穩(wěn)定性對(duì)改善交通安全所起的作用將會(huì)非常有限。通過(guò)對(duì)ESP起作用的工況中駕駛員的反 應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)在直線行駛中，68%的駕駛員在轉(zhuǎn)向之前制動(dòng)，彎道行駛工況中，有 57%的駕駛員在轉(zhuǎn)向之前或轉(zhuǎn)向過(guò)程中制動(dòng)?？梢?jiàn)通過(guò)改進(jìn)ABS系統(tǒng)提高車(chē)輛的穩(wěn)定性，將 在ESP系統(tǒng)起作用的大部分工況中有效改善交通安全。
根據(jù)ABS系統(tǒng)的工作原理，如圖l，如果將ABS系統(tǒng)的目標(biāo)滑移率向左移適當(dāng)距離，則有縱向附著系數(shù)略為減少，而側(cè)向附著系數(shù)有很大提高，反應(yīng)在車(chē)輪受力上，即為在犧牲一 點(diǎn)縱向制動(dòng)力的同時(shí)，大幅度提高了側(cè)向力，而側(cè)向力的提高就意味著增加了車(chē)輛抵抗側(cè)向 干擾得能力，提高了車(chē)輛的側(cè)向穩(wěn)定性能。因此，基于此原理，通過(guò)離線仿真和優(yōu)化技術(shù)限 制彎道外側(cè)車(chē)輪的ABS滑移率工作區(qū)間保持在車(chē)輪p-義曲線的高范圍內(nèi)變化，彎道內(nèi)側(cè)車(chē) 輪的ABS滑移率工作區(qū)間保持在車(chē)輪ju-A曲線的低范圍內(nèi)變化，從而標(biāo)定出ABS系統(tǒng)的"目 標(biāo)滑移率一轉(zhuǎn)向角一制動(dòng)初速度"曲面，在現(xiàn)有ABS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)基于此"目標(biāo)滑移 率一轉(zhuǎn)向角一制動(dòng)初速度"曲面實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整內(nèi)外側(cè)車(chē)輪的目標(biāo)滑移率，就能夠有效提高 車(chē)輛的側(cè)向穩(wěn)定性能，在不增加任何成本的情況下使ABS系統(tǒng)具有部分ESP系統(tǒng)的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高車(chē)輛轉(zhuǎn)彎制動(dòng)側(cè)向穩(wěn)定性的汽車(chē)制動(dòng)控制方法，根據(jù)以 上分析，在轉(zhuǎn)彎制動(dòng)工況時(shí)，基于綜合考慮車(chē)輛縱向制動(dòng)性能與側(cè)向穩(wěn)定性能，確定車(chē)輛內(nèi) 外側(cè)車(chē)輪的最優(yōu)滑移率工作區(qū)間，來(lái)重新分配車(chē)輪所受縱向制動(dòng)力和側(cè)向力，從而提高彎道 制動(dòng)時(shí)整車(chē)的側(cè)向穩(wěn)定性能。如何相對(duì)應(yīng)于不同的轉(zhuǎn)彎制動(dòng)工況下來(lái)確定此最優(yōu)目標(biāo)滑移率 工作區(qū)間，是本發(fā)明的關(guān)鍵。
本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 一種提高車(chē)輛轉(zhuǎn)彎制動(dòng)側(cè)向穩(wěn)定性的汽車(chē)制動(dòng)控制方法
a) 通過(guò)仿真環(huán)境，設(shè)置一定的轉(zhuǎn)彎制動(dòng)工況，包括路面附著系數(shù)、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角和制 動(dòng)初速度，即設(shè)置車(chē)輛在一定附著系數(shù)路面上，以一定的制動(dòng)初速度及轉(zhuǎn)向角進(jìn)行彎道制動(dòng)；
b) 選取彎道制動(dòng)過(guò)程中綜合考慮車(chē)輛制動(dòng)效能和側(cè)向穩(wěn)定性能的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)作為目 標(biāo)函數(shù)；
c) 選取彎道內(nèi)、外側(cè)車(chē)輪的目標(biāo)滑移率工作區(qū)間的上門(mén)限值作為自變量；
d) 運(yùn)行仿真得到不同自變量下的不同目標(biāo)函數(shù)值，采用優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化出最優(yōu)目標(biāo)函數(shù) 值，其所對(duì)應(yīng)的自變量即為此工況下彎道內(nèi)外側(cè)車(chē)輪的ABS系統(tǒng)的最優(yōu)目標(biāo)滑移率工作區(qū)間 的上門(mén)限值；
e) 插值擬合得到不同路面上ABS系統(tǒng)的"目標(biāo)滑移率一轉(zhuǎn)向角一制動(dòng)初速度"曲面；
f) 將"目標(biāo)滑移率一轉(zhuǎn)向角一制動(dòng)初速度"曲面提供給相應(yīng)實(shí)際工況下的在線ABS系 統(tǒng)，該系統(tǒng)以"目標(biāo)滑移率一轉(zhuǎn)向角一制動(dòng)初速度"曲面所確定的目標(biāo)滑移率來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整彎 道內(nèi)外側(cè)車(chē)輪的輪缸壓力，從新分配車(chē)輪所受的縱向制動(dòng)力和側(cè)向力，從而使整車(chē)產(chǎn)生抑制 車(chē)輛發(fā)生過(guò)度轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向的橫擺力矩，保持車(chē)輛在彎道上穩(wěn)定制動(dòng)，提高彎道制動(dòng)時(shí)車(chē) 輛穩(wěn)定性能。
所述的路面附著系數(shù)包括冰面U =0. 1、壓雪路面W =0. 3和混凝土路面U =0. 85三種常規(guī) 路面，所述的方向盤(pán)轉(zhuǎn)角的選取由零逐漸增大到車(chē)輛不制動(dòng)時(shí)保持穩(wěn)定所允許的最大轉(zhuǎn)向 角，所述的制動(dòng)初速度選取一個(gè)初始值，然后逐漸增大到車(chē)輛轉(zhuǎn)彎行駛不制動(dòng)時(shí)所允許的最大速度。
所述的目標(biāo)函數(shù)包括制動(dòng)效能由制動(dòng)距離體現(xiàn)，側(cè)向穩(wěn)定性能由實(shí)際橫擺角速度與名 義橫擺角速度的偏差和車(chē)輛質(zhì)心側(cè)偏角來(lái)衡量。
ESP系統(tǒng)可以精確地分配車(chē)輪的制動(dòng)力，保證車(chē)輛的側(cè)向穩(wěn)定性能，防止車(chē)輛極限工況 下的激轉(zhuǎn)、甩尾。但其成本太高，裝車(chē)率非常低，無(wú)法有效地提高車(chē)輛的主動(dòng)安全性能。ABS 系統(tǒng)已經(jīng)是所有車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)配置，但ABS系統(tǒng)僅考慮了車(chē)輛的縱向性能，無(wú)法從整車(chē)動(dòng)力學(xué)的 角度提高制動(dòng)時(shí)車(chē)輛的側(cè)向穩(wěn)定性能。CBC系統(tǒng)(彎道制動(dòng)系統(tǒng))是在ABS系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ) 上加了許多傳感器，并利用ESP的控制思想——利用ABS對(duì)每個(gè)車(chē)輪進(jìn)行獨(dú)立控制，來(lái)保證 車(chē)輛在彎道制動(dòng)時(shí)的側(cè)向穩(wěn)定性能。但同樣，由于傳感器的添加，增加其成本。EHB系統(tǒng)對(duì) 現(xiàn)有的ABS進(jìn)行了改進(jìn)，但其仍然只是從制動(dòng)效能最大出發(fā)，分配前后輪制動(dòng)壓力，使車(chē)輛 的制動(dòng)力分配曲線盡可能接近理想的制動(dòng)力分配曲線，最大限度的利用路面所能提供的最大 附著力，車(chē)輛的側(cè)向性能沒(méi)有顯著的提高，車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)更無(wú)法體現(xiàn)出駕駛員的駕駛意愿。
為此，我們希望在現(xiàn)有ABS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，基于離線仿真和優(yōu)化技術(shù)得到的"目標(biāo)滑移 率一轉(zhuǎn)向角一制動(dòng)初速度"曲面來(lái)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整彎道內(nèi)外側(cè)車(chē)輪的目標(biāo)滑移率來(lái)提高整車(chē) 的橫向穩(wěn)定性能。由前文分析，該控制方法的關(guān)鍵在于綜合車(chē)輛的制動(dòng)性能與側(cè)向穩(wěn)定性能 如何確定彎道制動(dòng)時(shí)ABS系統(tǒng)的目標(biāo)滑移率工作區(qū)間，并將確定好的目標(biāo)滑移率工作區(qū)間提 供給在線ABS系統(tǒng)，讓系統(tǒng)能適時(shí)地進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整各車(chē)輪輪缸的制動(dòng)壓力。本發(fā)明提出了一 種基于離線仿真和優(yōu)化技術(shù)來(lái)標(biāo)定彎道制動(dòng)工況下ABS系統(tǒng)目標(biāo)滑移率工作區(qū)間的方法。標(biāo) 定過(guò)程的邏輯框圖如圖2所示。
ABS系統(tǒng)目標(biāo)滑移率工作區(qū)間的標(biāo)定方法是先通過(guò)仿真環(huán)境(模擬實(shí)際路面工況)， 設(shè)置一定的轉(zhuǎn)彎制動(dòng)工況；根據(jù)汽車(chē)轉(zhuǎn)向來(lái)判斷車(chē)輛左右側(cè)車(chē)輪分別為彎道內(nèi)側(cè)還是外側(cè)車(chē) 輪；改變ABS控制算法中彎道內(nèi)、外側(cè)車(chē)輪的滑移率工作區(qū)間，使彎道內(nèi)外側(cè)車(chē)輪的ABS滑
移率工作區(qū)間分別以一定的步長(zhǎng)在車(chē)輪M-凡曲線上向左向右移動(dòng)，同時(shí)限制彎道外側(cè)車(chē)輪 的ABS滑移率工作區(qū)間保持在高范圍內(nèi)變化，彎道內(nèi)側(cè)車(chē)輪的ABS滑移率工作區(qū)間保持在低 范圍內(nèi)變化；選取綜合考慮車(chē)輛制動(dòng)效能和側(cè)向穩(wěn)定性能的目標(biāo)函數(shù)厶；當(dāng)每改變一次彎道 內(nèi)、外側(cè)車(chē)輪的滑移率工作區(qū)間，運(yùn)行仿真，就得到一個(gè)目標(biāo)函數(shù)值々，最后得到一組這 樣的目標(biāo)函數(shù)值{^};然后利用優(yōu)化算法，優(yōu)化出其中最小的目標(biāo)函數(shù)值，其所對(duì)應(yīng)的內(nèi)外 側(cè)車(chē)輪的ABS滑移率工作區(qū)間即為此工況下的綜合考慮車(chē)輛縱向制動(dòng)性能與側(cè)向穩(wěn)定性能 的ABS最優(yōu)目標(biāo)滑移率工作區(qū)間。然后改變工況，得到不同工況下的最優(yōu)目標(biāo)滑移率工作區(qū) 間，利用曲線擬合的方法標(biāo)定出"目標(biāo)滑移率一轉(zhuǎn)向角一制動(dòng)初速度"曲面。 本發(fā)明具有以下有益效果
1、發(fā)明了一種轉(zhuǎn)彎制動(dòng)工況下動(dòng)態(tài)調(diào)整車(chē)輪制動(dòng)輪缸壓力的車(chē)輛制動(dòng)控制方法基于 離線和優(yōu)化算法標(biāo)定出不同路面上車(chē)輛轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)ABS系統(tǒng)的"目標(biāo)滑移率一轉(zhuǎn)向角一制動(dòng) 初速度"曲面，將該曲面提高給在線ABS系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)此曲面重新確定各車(chē)輪目標(biāo)滑移率，從而動(dòng)態(tài)地調(diào)整各車(chē)輪制動(dòng)輪缸壓力，合理分配各車(chē)輪所受的縱向力和側(cè)向力，從而提高車(chē)輛的側(cè)向穩(wěn)定性能。
2、此目標(biāo)滑移率是從模擬實(shí)際工況中提取出來(lái)的，從整車(chē)動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā)，保證車(chē)輛制動(dòng)效能的前提下，兼顧駕駛員的行駛意圖，更為精確的分配了車(chē)輪的制動(dòng)力，提高轉(zhuǎn)彎制動(dòng)極限工況下的操縱穩(wěn)定性。


-
圖1為ABS工作原理圖。
圖2為彎道制動(dòng)時(shí)ABS目標(biāo)滑移率標(biāo)定的邏輯框圖。圖3為轉(zhuǎn)彎制動(dòng)車(chē)輛受力分析圖。
圖4 (a)和圖4 (b)分別為目標(biāo)函數(shù)中權(quán)值的選取圖。
圖5為"目標(biāo)滑移率一轉(zhuǎn)向角一制動(dòng)初速度"曲面示意圖，其中圖5 (a)是冰面上，圖5 (b)是混凝土路面。
圖6為彎道制動(dòng)時(shí)ABS系統(tǒng)目標(biāo)滑移率的標(biāo)定方案示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)和附圖所示實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體內(nèi)容及其實(shí)施方式-
1、 設(shè)置一定的轉(zhuǎn)彎制動(dòng)工況
車(chē)輛轉(zhuǎn)彎制動(dòng)工況的設(shè)定主要從以下幾個(gè)方面考慮(l)路面附著系數(shù)，(2)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角，(3)制動(dòng)初速度。針對(duì)路面附著系數(shù)，由于常規(guī)路面有冰面(y-O. 1)、壓雪路面("=0.3)和混凝土路面(ui.85)三種，因此本發(fā)明主要就針對(duì)這三種路面進(jìn)行標(biāo)定。方向盤(pán)轉(zhuǎn)角的選取由零逐漸增大到車(chē)輛不制動(dòng)時(shí)保持穩(wěn)定所允許的最大轉(zhuǎn)向角。制動(dòng)初速度選取一個(gè)初始值，然后逐漸增大到車(chē)輛轉(zhuǎn)彎行駛不制動(dòng)時(shí)所允許的最大速度。
2、 根據(jù)轉(zhuǎn)向角判斷彎道內(nèi)、外側(cè)車(chē)輪
采用IS0車(chē)輛坐標(biāo)系，汽車(chē)向左轉(zhuǎn)向?yàn)檎藭r(shí)車(chē)輛左側(cè)車(chē)輪為彎道內(nèi)側(cè)車(chē)輪，右側(cè)車(chē)輪為彎道外側(cè)車(chē)輪；相反，當(dāng)汽車(chē)向右轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向角為負(fù)，此時(shí)右側(cè)車(chē)輪為彎道內(nèi)側(cè)車(chē)輪，左側(cè)車(chē)輪為彎道外側(cè)車(chē)輪。
3、 重新分配彎道內(nèi)、外側(cè)車(chē)輪目標(biāo)滑移率
車(chē)輛轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)(假定向左轉(zhuǎn)向)，受力分析如圖3所示，圖中的力分別為各車(chē)輪所受的制動(dòng)力《,和側(cè)向力^,;其中力&2、 i^、 d和《3對(duì)車(chē)輛重心形成的轉(zhuǎn)矩為M《，使車(chē)輛產(chǎn)生正向的偏轉(zhuǎn)角速度，即使車(chē)輛向彎道內(nèi)側(cè)偏轉(zhuǎn)；力《2、《4、 F"和i^對(duì)車(chē)輛重心形成的轉(zhuǎn)矩為^1/&，使車(chē)輛產(chǎn)生反向的偏轉(zhuǎn)角速度，即使車(chē)輛向彎道外側(cè)偏轉(zhuǎn)。如果M^〉M^，則車(chē)輛向彎道內(nèi)側(cè)偏轉(zhuǎn)，車(chē)輛出現(xiàn)轉(zhuǎn)向過(guò)多；如果M《〈M^，則車(chē)輛向彎道外側(cè)偏轉(zhuǎn)，車(chē)輛出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足；如果^4/ =似&,則車(chē)輛保持在彎道的軌跡中，車(chē)輛呈現(xiàn)中性轉(zhuǎn)向。當(dāng)車(chē)輛在彎道中制動(dòng)時(shí)，在一般情況下，車(chē)輛會(huì)有向彎道內(nèi)側(cè)偏轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，即轉(zhuǎn)向過(guò)多的趨勢(shì)，造成這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，主要是以下原因
在轉(zhuǎn)向過(guò)程中，各個(gè)車(chē)輪都形成一定的側(cè)偏角，即一定側(cè)向滑移率，這便形成一定的側(cè)向附著系數(shù)和側(cè)向力，側(cè)向力可以保證車(chē)輛在彎道保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向。與此同時(shí)，由于車(chē)輛受到離心力的作用，使彎道內(nèi)側(cè)車(chē)輪的輪荷變小，外側(cè)車(chē)輪的輪荷變大。而當(dāng)車(chē)輛制動(dòng)之后，車(chē)輪產(chǎn)生縱向減速度，這導(dǎo)致前輪的輪荷增加，后輪輪荷減小，在同樣的車(chē)輪側(cè)偏角的大小下，前輪的側(cè)向力增大，后輪的側(cè)向力減小，即&2、 i^增大，F(xiàn)"、 &3減小，因此M《〉M^，車(chē)輛呈現(xiàn)轉(zhuǎn)向過(guò)多的趨勢(shì)。于是可歸納出造成車(chē)輛在彎道制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)向過(guò)多的原因是由于
因此，當(dāng)車(chē)輛出現(xiàn)過(guò)多轉(zhuǎn)向失穩(wěn)時(shí)，為了保持車(chē)輛在彎道中的行駛軌跡，可以通過(guò)減小M^來(lái)實(shí)現(xiàn)。而由彎道制動(dòng)時(shí)車(chē)輪的受力分析可知，減小M《可以通過(guò)減小&和i^ (內(nèi)側(cè)車(chē)輪縱向制動(dòng)力)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
又根據(jù)上文分析，如果減小彎道內(nèi)側(cè)車(chē)輪目標(biāo)滑移率(ABS系統(tǒng)的滑移率門(mén)限值)，有Fw、《3減小，&3增大，而i^和F^對(duì)車(chē)輛重心的力矩有相互抵消的作用，即&p &3的增大對(duì)M^的減小影響不大，因此通過(guò)減小內(nèi)側(cè)車(chē)輪的目標(biāo)滑移率就可以減小M《，從而有效抑制車(chē)輛發(fā)生過(guò)多轉(zhuǎn)向，同時(shí)i^、 i^的增大還提高車(chē)輛在側(cè)向抵抗干擾的能力，保證車(chē)輛的橫向穩(wěn)定性。此時(shí)，外側(cè)車(chē)輪仍保持在高的滑移率門(mén)限范圍內(nèi)，確保整車(chē)制動(dòng)效能。
綜上所述，要在保證制動(dòng)效能的同時(shí)，提高轉(zhuǎn)彎制動(dòng)車(chē)輛的側(cè)向穩(wěn)定性能，可通過(guò)重新分配彎道內(nèi)、外側(cè)車(chē)輪的目標(biāo)滑移率來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體是讓彎道外側(cè)車(chē)輪保持在高滑移率范圍內(nèi)，減少?gòu)澋纼?nèi)側(cè)車(chē)輪的目標(biāo)滑移率。
因此，整個(gè)分配邏輯如表l所示
表1 判斷邏輯
車(chē)輛行駛方向車(chē)輪控制
(5 >0 車(chē)輛向左行駛內(nèi)側(cè)車(chē)輪1、 3為低目標(biāo)滑移率
外側(cè)車(chē)輪2、 4為高目標(biāo)滑移率
S<0 車(chē)輛向右行駛內(nèi)側(cè)車(chē)輪2、 4為低目標(biāo)滑移率
外側(cè)車(chē)輪1、 3為高目標(biāo)滑移率
注1—車(chē)輛左前輪、2—車(chē)輛右前輪、3—車(chē)輛左后輪、4—車(chē)輛右后輪4、目標(biāo)函數(shù)的選取
汽車(chē)轉(zhuǎn)彎制動(dòng)過(guò)程中，很重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)便是制動(dòng)效能和制動(dòng)時(shí)車(chē)輛的側(cè)向穩(wěn)定性能，所以選取的評(píng)價(jià)制動(dòng)控制系統(tǒng)綜合性能的目標(biāo)函數(shù)應(yīng)包括這兩方面。制動(dòng)效能可由制動(dòng)距離體現(xiàn)，側(cè)向穩(wěn)定性能可由實(shí)際橫擺角速度與名義橫擺角速度的偏差和車(chē)輛質(zhì)心側(cè)偏角來(lái)衡
量。因此，得到如下誤差指標(biāo)
7(1)考慮側(cè)向穩(wěn)定性，包括橫擺角速度偏差和質(zhì)心側(cè)偏角-
f— 、2
橫擺角速度^ = j; &
、^證 J質(zhì)心側(cè)偏角々=f fP
其中，A為車(chē)輛實(shí)際橫擺角速度，A。為車(chē)輛名義橫擺角速度(見(jiàn)下一節(jié))，CO,為車(chē)輛
實(shí)際橫擺角速度的最大值，)3為車(chē)輛質(zhì)心側(cè)偏角，！^為質(zhì)心側(cè)偏角最大值。
因此，加權(quán)組合得到考慮側(cè)向穩(wěn)定性的誤差指標(biāo)為
^、『2為權(quán)重，由于橫擺角速度和質(zhì)心側(cè)偏角對(duì)汽車(chē)側(cè)向穩(wěn)定性的影響程度相當(dāng)，因此選取它們各自占的比重為1/2，所以有
其中，S為制動(dòng)距離，S為制動(dòng)距離最大值。
將以上兩誤差指標(biāo)加權(quán)組合得到轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)同時(shí)考慮制動(dòng)效能和側(cè)向穩(wěn)定性能的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)
其中，W,^分別為車(chē)輛制動(dòng)效能與側(cè)向穩(wěn)定性能在綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)中的權(quán)重，與駕駛員駕駛意圖、路面摩擦系數(shù)等有關(guān)，如圖4所示。5、車(chē)輛名義橫擺角速度的獲得
汽車(chē)本身是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，車(chē)輛二自由度模型由于忽略了懸架、轉(zhuǎn)向等系統(tǒng)的影響，直接以前輪轉(zhuǎn)角作為輸入，車(chē)輛二自由度模型的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)可以較好的反應(yīng)駕駛員期望的車(chē)輛行駛路徑，故有
(2)考慮制動(dòng)效能:
聯(lián)立上面兩式，可得:<formula>formula see original document page 9</formula>其中，^為汽車(chē)橫擺角速度，5為前輪轉(zhuǎn)角，"為汽車(chē)前進(jìn)速度，《為穩(wěn)定性因數(shù)，m為汽車(chē)質(zhì)量，fl、 6分別為質(zhì)心到前、后軸的距離，丄為汽車(chē)軸距，《、《2分別為前、后軸等效側(cè)偏剛度。
上式所描述的汽車(chē)?yán)硐霗M擺角速度必須受路面附著條件的限制，在輪胎附著極限下側(cè)向力必須滿(mǎn)足如下約束-<formula>formula see original document page 9</formula>
在汽車(chē)質(zhì)心側(cè)偏角很小時(shí)近似有<formula>formula see original document page 9</formula>
6、"目標(biāo)滑移率一轉(zhuǎn)向角一制動(dòng)初速度"曲面的標(biāo)定
設(shè)置運(yùn)行工況為在一定路面附著系數(shù)和制動(dòng)初速度下進(jìn)行彎道制動(dòng)；取轉(zhuǎn)向角為一個(gè)較小值，根據(jù)表l中的判斷邏輯改變ABS控制算法中各車(chē)輪的滑移率工作區(qū)間，使彎道內(nèi)外側(cè)車(chē)輪的ABS滑移率工作區(qū)間分別以一定的步長(zhǎng)在車(chē)輪p-義曲線上向左向右移動(dòng)，同時(shí)限制彎道外側(cè)車(chē)輪的ABS滑移率工作區(qū)間保持在高范圍內(nèi)變化，彎道內(nèi)側(cè)車(chē)輪的ABS滑移率工作區(qū)間保持在低范圍內(nèi)變化；選取綜合考慮車(chē)輛制動(dòng)效能和側(cè)向穩(wěn)定性能的目標(biāo)函數(shù),；當(dāng)每改變一次彎道內(nèi)、外側(cè)車(chē)輪的滑移率工作區(qū)間，運(yùn)行仿真，就得到一個(gè)目標(biāo)函數(shù)值人,，最后得到一組這樣的目標(biāo)函數(shù)值VJ;然后利用優(yōu)化算法，優(yōu)化出其中最小的目標(biāo)函數(shù)值，其所對(duì)應(yīng)的各車(chē)輪的ABS滑移率工作區(qū)間即為此路面附著系數(shù)、此制動(dòng)初速度和此轉(zhuǎn)向角下的綜合考慮車(chē)輛縱向制動(dòng)性能與側(cè)向穩(wěn)定性能的ABS最優(yōu)目標(biāo)滑移率工作區(qū)間。然后改變轉(zhuǎn)向角，同樣運(yùn)行優(yōu)化程序，得到此路面附著系數(shù)、此制動(dòng)初速度下的不同轉(zhuǎn)向角下的最優(yōu)目標(biāo)滑移率工作區(qū)間，利用曲線擬合的方法擬合出"目標(biāo)滑移率一轉(zhuǎn)向角"曲線。之后改變制動(dòng)初速度，重復(fù)以上操作，得到此附著系數(shù)路面下的不伺制動(dòng)初速度所對(duì)應(yīng)的不同"目標(biāo)滑移率一轉(zhuǎn)向角"曲線，再通過(guò)擬合就得到此路面附著系數(shù)下的"目標(biāo)滑移率一轉(zhuǎn)向角-制動(dòng)初速度"曲面。
改變路面附著系數(shù)，就得到不同路面附著系數(shù)下的"目標(biāo)滑移率一轉(zhuǎn)向角一制動(dòng)初速度"曲面，坐標(biāo)關(guān)系如圖5所示。
所以理想的橫擺角速度還應(yīng)滿(mǎn)足如下條件:
故駕駛員期望的橫擺角速度應(yīng)當(dāng)修正為:下面以針對(duì)于冰面上(H=0.1)的目標(biāo)滑移率標(biāo)定為例，具體步驟如下步驟一取制動(dòng)初速度V。-50^/; 。
步驟二取轉(zhuǎn)向角《=1°，固定車(chē)輪滑移率工作區(qū)間寬度為0.05，取彎道外側(cè)車(chē)輪目標(biāo)滑移率上門(mén)限為^，則下門(mén)限為(x「0.05);取彎道內(nèi)側(cè)車(chē)輪目標(biāo)滑移率上門(mén)限為^，則下門(mén)限為02-0.05); &在區(qū)間
內(nèi)取值，a在區(qū)間
內(nèi)取值；每取一個(gè)《、JC2，運(yùn)行仿真，就會(huì)得到一個(gè)目標(biāo)函數(shù)值人，最后得到數(shù)列{^};運(yùn)用優(yōu)化算法，就自動(dòng)優(yōu)化
出數(shù)列(JJ中的最小值A(chǔ)mm，則,皿對(duì)應(yīng)的X,、a就為最佳門(mén)限值，此時(shí)的彎道內(nèi)外側(cè)車(chē)
輪的滑移率區(qū)間即為即為轉(zhuǎn)向角《下的目標(biāo)滑移率。因此得到一個(gè)點(diǎn)(x。 a，《)。
步驟三依次取轉(zhuǎn)向角5=2°、 3°、 4°...，重復(fù)步驟二，得到一系列點(diǎn)(;^、 x2,， 5,)。步驟四對(duì)步驟三得到的點(diǎn)，利用曲線擬合，就得到在步驟一確定的制動(dòng)初速度下的
5-A,曲線，、代表彎道內(nèi)、外側(cè)車(chē)輪的滑移率上門(mén)限值。
步驟五改變步驟一中的制動(dòng)初速度，重復(fù)步驟二、三、四，得到在附著系數(shù)為0.1的
路面上不同制動(dòng)初速度下的5-、曲線，再通過(guò)擬合就得到此路面附著系數(shù)下的"目標(biāo)滑移率一轉(zhuǎn)向角一制動(dòng)初速度"曲面。
同理，可標(biāo)定出在壓雪路面(『0.3)和混泥土路面(^=0.85)上的"目標(biāo)滑移率一轉(zhuǎn)向角一制動(dòng)初速度"曲面。
權(quán)利要求
1、一種提高車(chē)輛轉(zhuǎn)彎制動(dòng)側(cè)向穩(wěn)定性的汽車(chē)制動(dòng)控制方法，其特征在于a)通過(guò)仿真環(huán)境，設(shè)置一定的轉(zhuǎn)彎制動(dòng)工況，包括路面附著系數(shù)、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角和制動(dòng)初速度，即設(shè)置車(chē)輛在一定附著系數(shù)路面上，以一定的制動(dòng)初速度及轉(zhuǎn)向角進(jìn)行彎道制動(dòng)；b)選取彎道制動(dòng)過(guò)程中綜合考慮車(chē)輛制動(dòng)效能和側(cè)向穩(wěn)定性能的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)作為目標(biāo)函數(shù)；c)選取彎道內(nèi)、外側(cè)車(chē)輪的目標(biāo)滑移率工作區(qū)間的上門(mén)限值作為自變量；d)運(yùn)行仿真得到不同自變量下的不同目標(biāo)函數(shù)值，采用優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化出最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值，其所對(duì)應(yīng)的自變量即為此工況下彎道內(nèi)外側(cè)車(chē)輪的ABS系統(tǒng)的最優(yōu)目標(biāo)滑移率工作區(qū)間的上門(mén)限值；e)插值擬合得到不同路面上ABS系統(tǒng)的“目標(biāo)滑移率-轉(zhuǎn)向角-制動(dòng)初速度”曲面；f)將“目標(biāo)滑移率-轉(zhuǎn)向角-制動(dòng)初速度”曲面提供給相應(yīng)實(shí)際工況下的在線ABS系統(tǒng)，該系統(tǒng)以“目標(biāo)滑移率-轉(zhuǎn)向角-制動(dòng)初速度”曲面所確定的目標(biāo)滑移率來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整彎道內(nèi)外側(cè)車(chē)輪的輪缸壓力，從新分配車(chē)輪所受的縱向制動(dòng)力和側(cè)向力，從而使整車(chē)產(chǎn)生抑制車(chē)輛發(fā)生過(guò)度轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向的橫擺力矩，保持車(chē)輛在彎道上穩(wěn)定制動(dòng)，提高彎道制動(dòng)時(shí)車(chē)輛穩(wěn)定性能。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高車(chē)輛轉(zhuǎn)彎制動(dòng)側(cè)向穩(wěn)定性的汽車(chē)制動(dòng)控制方法，其 特征在于，所述的路面附著系數(shù)包括冰面P =0. 1、壓雪路面!i =0. 3和混凝土路面u =0. 85三 種常規(guī)路面，所述的方向盤(pán)轉(zhuǎn)角的選取由零逐漸增大到車(chē)輛不制動(dòng)時(shí)保持穩(wěn)定所允許的最大 轉(zhuǎn)向角，所述的制動(dòng)初速度選取一個(gè)初始值，然后逐漸增大到車(chē)輛轉(zhuǎn)彎行駛不制動(dòng)時(shí)所允許 的最大速度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高車(chē)輛轉(zhuǎn)彎制動(dòng)側(cè)向穩(wěn)定性的汽車(chē)制動(dòng)控制方法，其 特征在于，所述的目標(biāo)函數(shù)包括制動(dòng)效能由制動(dòng)距離體現(xiàn)，側(cè)向穩(wěn)定性能由實(shí)際橫擺角速 度與名義橫擺角速度的偏差和車(chē)輛質(zhì)心側(cè)偏角來(lái)衡量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高車(chē)輛轉(zhuǎn)彎制動(dòng)工況下的側(cè)向穩(wěn)定性的方法，特別是涉及一種一種提高車(chē)輛轉(zhuǎn)彎制動(dòng)側(cè)向穩(wěn)定性的汽車(chē)制動(dòng)控制方法。本發(fā)明通過(guò)離線仿真的方法，從整車(chē)動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā)，基于優(yōu)化技術(shù)標(biāo)定出轉(zhuǎn)彎制動(dòng)工況下綜合考慮縱向制動(dòng)性能與側(cè)向穩(wěn)定性能的汽車(chē)ABS系統(tǒng)的最優(yōu)目標(biāo)滑移率工作區(qū)間，并形成“目標(biāo)滑移率—轉(zhuǎn)向角—制動(dòng)初速度”曲面，然后提供給在線ABS系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)整彎道內(nèi)外側(cè)車(chē)輪的目標(biāo)滑移率，從而調(diào)整其制動(dòng)輪輪缸壓力來(lái)合理分配車(chē)輛轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)各車(chē)輪所受的縱向力和側(cè)向力，從而提高車(chē)輛的側(cè)向穩(wěn)定性能。本發(fā)明在現(xiàn)有ABS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在不增加任何成本的情況下使ABS系統(tǒng)具有部分ESP系統(tǒng)的功能。
文檔編號(hào)B60T8/1755GK101559764SQ20091006702
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月31日
發(fā)明者欣 管, 董益亮, 袁昌碧, 譙艷娟, 鄧國(guó)輝, 健 郭, 高鎮(zhèn)海 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)