低附著路面的彎道制動控制策略研究

汽車防抱死制動系統（ABS）在彎道工況工作時，需要考慮轉向對穩定性造成的影響。為了提高汽車在彎道制動的穩定性，傳統方法是通過制動減小離心力達到穩定車身的效果[1]；通過分配車輪制動力或采用主動轉向技術，實現對車輛穩定性控制[2-3]。但是，由于載荷轉移造成車輛失穩導致轉向制動過程中的穩定性不能得到有效解決。為此，本文從轉向過程中的整車力學特性分析著手，研究轉向與制動力之間的關系，綜合傳統方法，找出能夠解決上述問題的控制策略。

1 車輛失穩的原因分析

1.1 車輛轉向模型

考慮到汽車結構的復雜性，需要對其進行必要的簡化：

(1) 認為整車是由車身和4個輪胎組成，其中車身為一個剛體；

(2) 忽略側傾角對整車動力性能的影響；

(3) 認為汽車的初始狀態是在穩定圓周上勻速行駛。

以左轉彎為例建立7自由度汽車轉向模型,

式中m 為整車質量，νx為車體的縱向車速，νy為車體的側向車速，a、b 為車輛重心離前、后軸距離，c 為輪距，h為質心高度，δ 為轉向輪角度，ω 為車輪角速度，γ 為橫擺角速度，Iz為車輛繞坐標o 的轉動慣量，J 為車輪轉動慣量，Fx (1, 2, 3, 4)、Fy (1,2, 3,4)
為車輪對地的縱向和側向力，Fzi為車輪載荷，T 為制動力矩，μ 為地面摩擦系數，Fb
為制動力。

1.2 車輛失穩的原因

汽車轉向過程中， 由于前輪的側偏角導致汽車產生側向力，使得汽車產生橫擺角速度，進而使后輪產生側偏角和側向力。在整個過程中，可能影響汽車穩定性的因素有：
(1) 車輪抱死。根據單輪模型， 為防止車輪抱死， 制動器制動力必須小于地面給車輪的摩擦力[ 4]：
FbμFzi (11)
(2) 離心力引起側滑。車輛以速度Vx在半徑為r 的圓周上運動，一旦離心力大于輪胎提供的側向力Fy，就會造成車輛失穩。

(3) 汽車在某些行駛工況下造成的過度轉向。研究表明， 轉向不足的車輛具有一定高速穩定性，但一般情況下，車輛在彎道制動時會有向內側偏轉的趨勢[ 5]。造成這種趨勢的原因。是車輛制動時后輪載荷較大程度地向前輪轉移，使得正向力矩大于反向力矩。

2 控制邏輯設計

2.1 方案分析

根據對彎道制動的動態特性分析， 解決汽車穩定的關鍵在于設計合理的ABS 算法,實現汽車在彎道路面的穩定控制。當車輛在濕滑的彎道路面制動時，車輛更容易出現因車輪不能提供足夠的側向力而導致的側滑現象。通過制動降低車速減小離心力，但制動力過大，車輪滑移率將會超過輪胎穩定性范圍，車輪開始抱死，縱向力和側向力都會急劇減小。因此，要將車輪滑移率控制在穩定范圍內，防止車輪出現抱死。由式(11) 得到車輪不抱死的縱向最大制動力Fb1與垂直載荷的關系為：
Fb1≤μFz (12)

根據附著橢圓關系：

實線力產生的正向力矩為M1，虛線力產生的逆向力矩為M2。為了糾正汽車制動過程中的轉向過度，可以通過減小正向力矩來實現。然而減小Fx1的同時會增加Fy1,從一定程度上抵消了減小Fx1產生的作用；而減小Fx3的同時會增加Fy3，進一步糾正了轉向過度。因此減小Fx3是糾正轉向過度最有效的方法。

　為了滿足對各車輪不同制動壓力的控制，通過改進控制算法，采用以滑移率為主、輪加速度為輔的控制參數，針對參數設置合適的門限值完成對汽車的控制。

2.2 邏輯設計

根據制動壓力、車輪速度和地面附著力的關系，將每個ABS控制循環分為增、減和保壓3種狀態，增壓狀態又包含階梯增壓,為了區別把內側后輪定義為特殊輪，其余車輪為普通輪。
結合轉向過程分析， 設置Sr、S0、S1、S2、S2S、S3、S4 7 個滑移率門限值，A2、A3、A3S 3 個加速度門限值。根據方案分析得到的結論可知門限值之間關系為：S1≥Sr>S2>S3>S2S，Sr>S0>S4，A2A3A3S。控制策略流程如圖3 所示。