CN102120446A

CN102120446A - 一种适应多种路况的汽车abs控制方法

Info

Publication number: CN102120446A
Application number: CN2011100489832A
Authority: CN
Inventors: 郑太雄; 李银国; 蒋国英; 马付雷; 杨勇; 李炯球; 马红星
Original assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Current assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2031-03-02
Also published as: CN102120446B

Abstract

本发明请求保护一种适应多种路面情况的汽车防抱死制动***（ABS）控制方法，涉及汽车电子控制技术领域。该方法将ABS的控制过程分为首次控制循环和常规控制循环，在首次控制循环时，利用轮速差来辨识路面，在常规控制循环，利用轮速峰值斜率、减压段中的轮速降值和增压次数来辨识路面。针对对开路面，两个前轮采用修正的低选控制，两个后轮根据辨识出的所处路面采用相应路面的控制策略进行独立控制，针对单一的高附着和低附着路面，前轮采用增压同步控制，后轮采用单一路面的控制方法。根据车辆附着路面采用相应路面的控制策略。该方法可解决汽车在各种路面下的制动的方向稳定性和制动距离问题。

Description

一种适应多种路况的汽车ABS控制方法

技术领域

本发明涉及汽车中防抱死制动***（ABS）中的控制方法。

背景技术

ABS（Antilock Braking System）制动***，即防抱死制动***，能够在汽车制动过程中自动调节制动力的大小，有效防止车轮抱死、侧滑、甩尾等现象，提高了汽车制动的安全性。汽车在高速行驶过程中进行紧急制动时，若前轮被抱死，汽车将失去转向能力，若后轮被抱死，汽车可能发生侧滑或甩尾等安全事故。为了解决这个问题，近年来，国内外公司和学者对ABS控制方法进行了大量的研究，现有的成熟方法是基于加减速度辅助参考滑移率门限的控制方法，该控制方法原理简单，但逻辑复杂，涉及的关键技术较多，国外公司经过长期的研究，已经掌握了包括路面辨识方法、控制策略在内许多关键技术，其产品可以适应多种路面情况，制动时的方向稳定性较好，制动距离较短，占有较广阔的市场份额。而国内成熟的产品也都是基于加减速度辅助参考滑移率门限的控制方法，但由于对某些关键技术理解不够透彻，其产品的路面适应性差，不能很好的解决制动距离和方向稳定性的问题，因此市场占有率低。另外，国内外科研院所和学者也进行了大量理论研究，包括：PID控制方法、模糊控制方法、神经网络控制方法、滑模变结构控制方法、自适应控制方法及等。然而纵观以上方法，PID的控制方法和模糊控制方法基于经验规则的控制，调试整定参数比较困难；神经网络控制方法依赖于大量的学习样本和复杂的数学运算；滑模变结构控制方法最大的缺点是它的“抖振”；自适应控制方法的缺点是易受外部扰动和未建模动态的影响，并且自适应的瞬间特性无法保证。

发明内容

本发明针对现有的基于加减速度辅助参考滑移率门限的控制方法不能很好解决制动距离和方向稳定性问题。提出一种基于以轮加速度为主、参考滑移率为辅的防抱死制动***控制方法，适应多种路况的汽车ABS控制方法。轮速传感器在线提取制动过程中的轮速v，当车辆处于紧急制动时，启用ABS功能，即ABS控制单元根据两前车轮的轮加速度及速度判断车辆所处路面，利用首次减压至减压结束时的前轮轮速差值变化，辨识两侧车轮所处的路面附着系数，根据不同路面对汽车前轮和后轮采用不同的制动方式。

所述判断车辆所处路面具体为：当汽车紧急制动时，若一个前轮的轮加速度达到首次减压的减速度门限af，ABS控制单元对比同轴的另一前轮的轮速，若两个车轮的轮速差大于第一阈值d1，则汽车在对开路面行驶，若轮速差不大于d1，则在单一附着系数路面行驶，当前轮产生加速度开始保压时，对比前轮开始减压和减压结束时的轮速，若轮速降值大于第二阈值d2，则汽车在低附着系数路面行驶，若轮速降值不大于d2，则汽车在高附着系数路面。不同的制动方式具体包括，ABS控制单元采取修正的低选控制策略和前轮增压同步控制策略，所述修正的低选控制策略包括：当低附着一侧的车轮加速度达到减压的减速度门限，开始减压时，处于高附着一侧的车轮开始保压；当低附着一侧车轮的产生正的加速度时，控制低附着一侧的车轮开始保压，高附着一侧车轮开始减压，减压时间为低附着侧车轮减压时间的50%，然后进行保压；当低附着侧车轮的参考滑移率达到增压的滑移率门限时，低附着侧车轮按照一定的频率进行小步增压，而高附着侧车轮按同样的频率进行小步增压，所述前轮增压同步控制策略具体为：当1个前轮加速度达到减压的减速度门限时该前轮开始减压，如另一前轮加速度未达到减压的减速度门限值，且两前轮的轮速差值大于轮速阈值d₃则前轮进入保压状态，否则进入减压状态；在保压过程中只要有一个车轮达到增压的门限值，则控制两个前轮同时进入小步增压状态。

制动过程中根据轮速峰值斜率K_p、减压段中的轮速降值和增压次数辨识路面，当参考车速处于低速时，对4个车轮采取长增压的控制方式，直到停车。

上述适应多种路况的汽车ABS控制方法，包括首次控制循环和常规控制循环，车轮从紧急制动开始，首次控制循环经过首次增压状态、首次减压状态，之后保压状态到小步增压状态再到减压状态控制称为常规控制循环。

上述适应多种路况的汽车ABS控制方法，控制过程包括如下步骤：首次控制循环中，若滑移率S大于滑移率门限值S_f，分析轮加速度a，若a小于轮加速度门限值a_f（a_f<0），则表明车轮进入不稳定趋势，此时应减小制动压力，因此由首次增压状态进入首次减压状态；制动压力在减小过程中，车轮逐渐由不稳定趋势转为稳定趋势，车轮加速度若满足a>a_b（a_b>=0）则进入常规控制循环的保压状态；保压过程中，车轮速度逐渐开始回升，若满足S<S_z与a>a_z则进入小步增压状态；随着制动压力的逐渐增大，车轮再次进入不稳定趋势，若满足S>S_j与a<a_j（a_j<0）则进入减压状态。

上述适应多种路况的汽车ABS控制方法，控制过程中的滑移率和轮加速度门限值a_f通过实验统计得出。首次控制循环为了能让防抱死的功能充分发挥，应该有较大的轮速差，同时又有利于不同路面下首次路面辨识所需轮速差值可比性，但又不能有过强的制动，太强及太弱的防抱死循环都给后续的防抱死循环带来不利，所以首次增压状态要有较大的滑移率门限值和较小的减速度门限值。一般首次进入减压的滑移率门限S_f要比后面进入减压的大5%～10%，轮加速度门限值a_f（a_f<0）要比后面的小10%～15%。

上述适应多种路况的汽车ABS控制方法，控制过程中的门限参数值采用滑移率和轮加速度的组合值，可以避免单个参数值异常，触发门限值造成ABS的误动作。

上述适应多种路况的汽车ABS控制方法，前轮修正低选控制，低附着一侧进入减压时，高附着一侧进入保压，且高附着一侧减压为低附着一侧的50%，因此可在两个前轮之间经过每次ABS控制循环之后形成一个压力差，可避免对开路面下制动时车辆的跑偏现象，因此前轮修正低选控制可用于左右附着系数不同路面的控制，即对开路面下的控制。

上述适应多种路况的汽车ABS控制方法，前轮增压同步控制策略，当一个前轮满足减压门限值进入减压，判断与另一个前轮之间的轮速差，由差值的大小决定另一个前轮进入保压或者减压状态，另外两个前轮中有一个前轮满足进入小步增压的门限值，便同时进入小步增压状态，在单一附着系数路面下可避免两个前轮之间产生较大的压力差，因此采用前轮增压同步控制策略，可以保证单一附着系数路面的制动方向稳定性。

本发明中路面辨识的方法利用减压段中轮速下降值来对路面进行辨识，该方法的提出主要基于路面附着系数不同，低附着下路面附着系数较小，相同的制动压力下，轮速在短时间内的下降程度要比高附着路面下大的多，另外由于压力滞后性等因素，减压状态结束进入保压状态后，车轮的减速度才开始由负值变为正值，此时轮速值处于波谷，因此利用此时刻的轮速下降值能够准确的对路面信息进行辨识。

附图说明

图1：ABS***结构示意图，

图2：首次循环中首次路面辨识流程示意图，

图3：制动过程中路面辨识流程示意图，

图4：常规控制循环控制流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述.

本发明中ABS ECU主控芯片可采用英飞凌16位单片机XC164CS对整个控制过程进行处理，***的结构示意图如图1所示，轮速传感器采集汽车车轮轮速，输入主控单元进行参考车速估计，计算轮加速度和参考滑移率，根据不同路面设置不同的轮加速度和参考滑移率门限，通过ABS控制单元输出电磁阀控制信号到ABS执行单元控制调节制动轮缸压力，控制汽车车轮。

主控单元主要包括轮速采集与处理模块、参考车速估算模块、路面辨识模块和控制逻辑模块。

（1）利用轮速传感器在线提取汽车制动过程中的轮速v，并根据轮速计算轮加速度a和参考车速V，进而计算参考滑移率S。

轮速采集与处理模块通过磁电式轮速传感器对车轮的速度进行采集，根据当前时刻的轮速

，及前一时刻的轮速，调用公式计算轮加速度a；然后根据公式

计算参考滑移率S，由公式

计算参考车速V，由公式

计算轮速峰值斜率 K_p，其中

为当前时刻的峰值轮速，

为前一时刻的峰值轮速；根据以上步骤得出的轮加速度a和参考滑移率S对车轮的制动状态进行评估，如果轮减加速度小于a（负值）时，则认为车辆在紧急制动，启用ABS功能。

（2）启用ABS功能，进入首次控制循环之后要对路面进行首次辨识，如图2所示，首次辨识的步骤如下：（a）单个前轮的轮加速度小于设定门限值a_f时，进入首次减压状态，同时对比同轴的另一个车轮的速度，若两个车轮的速度差值大于阈值d₁，则车辆处于对开路面。若轮速差不大于d₁，则认为汽车在单一附着系数路面；（b）在单一附着系数路面，当前轮减速度a>a_b（a_b>=0）开始保压时，对比前轮开始减压和减压结束时的轮速值，若轮速差大于d₂，则认为是低附着系数路面，若轮速差不大于d₂，则认为是在高附着系数路面。

若两个前轮中的任何一个车轮的轮加速度达到设定门限值a_f（轮加速度门限值），则控制该车轮进行减压，同时对比同轴的另一个车轮的速度，若两个车轮的速度差值大于d₁，则认为车辆处于对开附着系数路面。

（3）经过上述步骤后，首次路面辨识的结果即可得出，首次控制循环结束，进入常规控制循环。之后的控制按照首次路面辨识结果的不同而有所区别；对开附着系数路面下前轮采用修正低选控制，后轮按照不同路面附着系数分开控制；单一附着系数路面下，前轮采用增压同步控制策略，后轮按照单一附着系数路面进行控制。

（4）首次路面辨识结束之后，进入常规控制循环，并根据首次路面辨识的结果，对开路面下前轮采用修正低选控制策略，后轮按照辨识的路面独立控制；单一路面下前轮采用同步增压控制策略，后轮采用单一路面下的独立控制。常规控制循环的控制流程图如图4所示。

修正的低选控制策略具体为：

（a）当低附着一侧的车轮加速度达到减压的减速度门限，开始减压时，ABS控制单元控制处于高附着一侧的车轮开始保压；

（b）当低附着一侧车轮的车速产生正加速度时，ABS控制单元控制低附着一侧的车轮开始保压，而高附着一侧车轮开始减压；减压时间为低附着侧车轮减压时间的50%，然后进行保压；

（c）当低附着侧车轮的参考滑移率达到增压的滑移率门限时，此时ABS控制单元控制低附着侧车轮按照一定的频率进行小步增压，而高附着侧车轮按照同样的频率进行小步增压。

前轮增压同步控制策略包括：

（a）当一个前轮（标记为1轮）加速度达到减压的减速度门限，控制其开始减压，并判断另一个前轮（标记为2轮）是否满足进入减压的减速度门限值，如果满足则控制其开始减压，如果不满足进一步判断两个前轮的轮速差值，如果差值大于设定值则进入保压，否则进入减压；

（b）两个前轮保压过程中逐渐达到进入减压的减速度门限，开始减压，1轮与2轮减压过程中分别达到设定的门限值进入保压，在保压过程中只要有一个车轮达到增压的门限值，两个前轮同时进入小步增压。

独立控制策略具体包括：

（a）首次减压过程中，若车轮减速度满足a>a_b（a_b>=0），说明此时车轮轮速下降逐渐变缓，车轮的状态也由不稳定趋势逐渐转为稳定趋势，因此退出首次减压状态，进入常规制动的保压状态。

（b）由于气体滞后性等因素，车轮轮速在保压过程中开始回升，滑移率变小，轮加速度也逐渐变大，若满足S<S_z与a>a_z则进入小步增压状态；

（c）小步增压状态中，随着制动压力的逐渐增大，车轮轮速开始急剧下降，滑移率也逐渐增大，车轮再次进入不稳定趋势，若满足S>S_j与a<a_j（a_j<0）则进入减压状态。

常规控制循环中，若参考车速处于低速时，则退出常规控制循环，进入长增压状态，长增压状态中增压频率要大于小步增压中的频率，直到参考车速为零退出ABS控制。

（5）当常规控制循环中发生路面变化时，便涉及到制动过程中的路面的辨识，如图3所示，制动过程中的路面的辨识包括如下三种情况：

（a）低附着路面下，减压结束时，如果两前轮轮速差值大于设定值d₁，表明此时有一侧车轮进入了高附着路面，即，进入了对开路面；另外，低附着路面下制动压力较小，所以小步增压的次数也较少，因此，当增压次数大于m次，并且轮速峰值的斜率K_p大于p时，则认为进入了高附着路面。

（b）高附着路面下，减压结束时，如果两前轮轮速差值大于设定值d₁，表明此时有一侧车轮进入了低附着路面，即进入对开路面；另外，高附着路面下，路面附着系数较大，车轮轮速波动较小，因此，当两前轮减压结束时的轮速降平均值大于设定值d₂时，则认为进入了低附着路面。

（c）对开路面下，当高附着一侧轮速降值大于设定值d₂时，认为此时车轮进入了低附着路面；当低附着一侧小步增压的次数大于n次时，认为此时车轮进入了高附着路面。

对于单一路面的控制，前轮采用增压同步控制，后轮采用单一路面的控制方法。利用轮速峰值斜率Kp、减压段中的轮速降值和增压次数辨识路面，当参考车速处于低速时，对4个车轮采取长增压的控制方式，直到停车。

上述控制步骤中的增压次数m、n和轮速差值阈值d₁、d₂是通过台架和道路试验得出的经验值，其值由车速确定，与车速成正比。

上述车轮加速度和滑移率门限值，是通过大量的台架和道路试验根据路面情况的不同而得出的经验值。进入保压状态的轮加速度值a_b的优选范围是0~1.5m/s²之间；进入增压状态的滑移率门限值S_z的优选范围是10%~15%之间，轮加速度门限值a_z的优选范围是4m/s²~6 m/s²之间；进入减压状态的滑移率门限值S_j的优选范围是25%~35%之间，轮加速度门限值a_j的优选范围是-18 m/s²~-25 m/s²之间。

本发明中所采用的控制方法中，门限参数值采用滑移率和轮加速度的组合值，这样避免单个参数值异常，触发门限值造成ABS的误动作。路面辨识采用轮速峰值斜率、减压段中的轮速降值和增压次数进行综合考虑，大大的提高了路面辨识的准确性，另外在控制策略中前轮采用修正低选控制和同步控制策略，很好的解决了制动方向稳定性和制动距离较长的问题。

Claims

1.一种适应多种路况的汽车ABS控制方法，其特征在于，包括以下步骤：轮速传感器在线提取制动过程中的轮速v，当车辆处于紧急制动时，启用ABS功能，即ABS控制单元根据前车轮的轮加速度及速度判断车辆所处路面，利用首次减压至减压结束时的前车轮轮速差值变化，辨识两侧车轮所处的路面附着系数，根据路面附着系数针对不同路面对前轮和后轮采用相应的制动方式。

2.根据权利要求1所述的汽车ABS控制方法，其特征在于，所述判断车辆所处路面具体为：当汽车紧急制动时，若一个前轮的轮加速度达到首次减压的减速度门限af，ABS控制单元对比同轴的另一前轮的轮速，若两个前轮的轮速差大于第一阈值d1，则汽车在对开路面行驶，若轮速差不大于d1，则汽车在单一附着系数路面行驶，当前轮产生加速度开始保压时，对比前轮开始减压和减压结束时的轮速，若轮速降值大于第二阈值d2，则汽车在低附着系数路面行驶，若轮速降值不大于d2，则汽车在在高附着系数路面行驶。

3.根据权利要求1所述的汽车ABS控制方法，其特征在于，ABS控制单元利用轮速峰值斜率Kp、减压段中的轮速降值和增压次数辨识路面，当参考车速处于低速时，对4个车轮采取长增压的控制方式，直到停车。

4.根据权利要求2所述的汽车ABS控制方法，其特征在于，当汽车在单一附着系数路面行驶，前轮采用增压同步控制，后轮采用单一附着系数路面的控制方法。

5.根据权利要求2所述的汽车ABS控制方法，其特征在于，所述轮速差值阈值d₁、d₂的值与车速成正比。

6.根据权利要求1—3其中之一所述的汽车ABS控制方法，其特征在于，所述制动方式具体包括，ABS控制单元采取修正的低选控制策略和前轮增压同步控制策略，所述修正的低选控制策略包括：当低附着系数路面一侧车轮加速度达到减压的减速度门限，开始减压，处于高附着系数路面一侧车轮开始保压；当低附着系数路面一侧车轮产生正的加速度时，控制低附着系数路面一侧的车轮开始保压，高附着系数路面一侧车轮开始减压，然后进行保压；当低附着系数路面侧车轮的参考滑移率达到增压的滑移率门限时，低附着系数路面侧车轮进行小步增压，而高附着系数路面侧车轮按同样的频率进行小步增压，所述前轮增压同步控制策略具体为：当1个前轮加速度达到减压的减速度门限时该前轮开始减压，如另一前轮加速度未达到减压的减速度门限值，且两前轮的轮速差值大于轮速阈值时前轮进入保压状态，否则进入减压状态；在保压过程中如有一个车轮达到增压门限值，则控制两个前轮同时进入小步增压状态。

7.根据权利要求2—3其中之一所述的汽车ABS控制方法，其特征在于，首次减压的减速度门限af满足首次大制动强度的原则，设置为负值。

8.根据权利要求3所述的汽车ABS控制方法，其特征在于，根据

计算所述轮速峰值斜率，其中

为当前时刻的轮速峰值，

为前一时刻的轮速峰值，为时间差。