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现代控制理论在汽车防
抱制动系统中的应用
提纲
汽车防抱制动系统
防抱制动系统结构原理
现代控制理论在其中的应用
举例
(一)汽车防抱制动系统
车防抱制动系统 Antilock Braking System简称ABS系统)实质上是一种
制力的自动调节装置
这种装置使汽制动系统的结构发生了质的变化,它不仅能充分发挥制动器
的制动性能·提高制动减速度和
缩短制动距离,并能有效的提高汽车制动时的方向稳定性,从而大大提高
了汽车的行驶安全性
有A+EBD
汽车在制动过程中,车轮制动器产生的摩擦阻力。会使车轮
转速减慢,而车轮与地面间产生的摩擦力会使汽车减速,前者
称为制动器制动力,后者称为地面制动力
在车轮未抱死前,地面制动力始终等于制动器制动力,此时
制动器动力全部转化为地面制动力;在车抱死后制动力等于地
面附着力,它不再随制动器制动力的增加而增加。由汽车理论
知;地面附着力FΦ为
F中=Z*d(1
式中:Z一地面对轮胎的法向反作用力Φ-附着系数
由试验得知,汽车车轮的滑动率在15%~20%时,轮胎与路面间有
最大的附着系数,另外侧向附着系数则随着滑动率的增加而减
在车轮抱死时,侧向附着系数将下降为零。
汽车装防抱死裝置的目的就是要达到能自动调节制动嚣的制动
力,使车轮滑动率保持在20%的最佳以充分利用峰值附着系数,提
高汽车的制动效能,并且汽车还要具有较好的转向和抵抗侧向力的
作用,以提高汽率制动对的方向稳定性。
(二)汽车防抱制动系统的结构原理
汽车防抱制动装置是在汽车原有的液压和气压制动系统中
上传感器电子控制器ECU)和电磁调节阀而形成的防抱系
统。
ABS系统对常规制动系统没有任何影响,如果ABS系统本
身或与ABS相关的系统发生故障,在进种情况下ABS系统就停
止工作
因此在讨论汽车防拖制动系统时,一般只分析原汽车制动
系统以外的三个部分,主要是由传感器、电子控制器和压力调
节阀等三个部分组成。
制动过程中,ABS电控单元不断地从传感器1和5获取车轮速度
信号,并加以处理,分析是否有车轮即将抱死拖滑。
如果没有车轮即将抱死拖滑,制动压力调节装置不参与工作,
制动主缸和各制动轮缸相通,制动轮缸中的压力继续增大,此即
ABS制动过程中的增压状态。
如果电控单元判断出某个车轮(假设为左前轮)即将抱死拖滑,
它即向制动压力调节装置发出命令,关闭制动主缸与左前制动轮
缸的通道,使左前制动轮缸的压力不再增大,此即ABS制动过程
中的保压状态。
如果电控单元判断出左前轮仍趋于抱死拖滑状态,它即向制动
压力调节装置发出命令,打开左前制动轮缸与储液室或储能器的
通道,使左前制动轮缸中的油压降低,此即ABS制动过程中的减
压状态。
(三)现代控制理论在汽车制动防抱系统中的应用
最优控制是基于状态空间法的现代控制理论方
~地面系统的数学模型。用
状态空间的概念,在时间域内研究汽车防抱制动
,
这种控制系统方法是根据防抱系统和各项要求,
按最优化原理来求得控制系统最优控制指标
汽车制动过程中车轮做平面运动的运动微分方程
MV=F+F.
Jw=RF,M,Mb
或
一-等
式中M—分配到车轮上的汽车质量
车轮的转动质量
V一车体的速度
W一车轮的角速皮
M—地面对车轮的滚动阻力矩
MB—制动器制动力矩
F-z4()—地面对车轮的水平作用力图8制动时车轮受力图
Z—车轮的法向反力
中(S)—附著系数,它是滑动率S的函数
F—车体受到的迎风阻力
R一车轮半径
为了便于分析,在研究制动防拖系统时,一般要作如下的简化
(1车轮承受的载荷为常数(2)不计迎风阻力和滚动阻力,即假
FvMr=0(3)附着系数Φ随滑移率变化如右图所示
当<S时
*s
h
当S>Sr时
式中《—最大附奢系数
Sr—最大附系数对应的滑移率
一车轮完全抱死时S=)的附睿系数
S=1-RW/一滑移率
根据以上假设可将(2)、(4)式简化为
图11.-S近似曲线
M=-z*空(S)
r=-M+2*(S)*R
般可把制动力炬表示为如下的时间函数关系
010)