汽車電子液壓制動系統跟隨特性的實驗研究 ----EHB系統跟隨特性的實驗研究（一）

　　第4章EHB系統跟隨特性的實驗研究

　　4.1引言

　　EHB系統由于取消了傳統制動系統的制動踏板與制動卡鉗間直接的液壓鏈接，與傳統液壓制動系統在性能以及時間響應上存在巨大差異。因此EHB的成功研制需要大量的實車試驗，才能得到系統的最佳性能時的工作狀態。僅僅通過經驗值的摸索方式調試會造成可信度的降低，并且導致在短時間內無法完成。而過長的開發周期會消耗大量的財力，人力和物力。因此在其設計開發過程中，臺架試驗是一個非常重要的手段，也是十分必要的。EHB試驗臺可以實現臺架上制動負載的變化趨勢與路面行駛一致。能夠對傳統制動系統的ABS、ESP、TCS等控制算法進行實驗研究和驗證，實際輪缸壓力穩定快速對給定的目標壓力進行跟隨是更好實現這些功能的前提，良好的輪缸壓力跟隨可以為后續實車試驗獲得某些基本參數和算法打下堅實的基礎，下面對EHB系統的跟隨特性進行試驗研究。

　　4.2 EHB制動壓力跟隨控制算法

　　4.2.1 PID控制原理

　　PID控制器一種是應用非常廣泛的工業控制器。PID控制器是一種線性調節器，參數整定容易，其控制系統結構如圖4.1所示，使用中通過設定調節三個參數(Kp，Ki和KD)，即可調節系統的響應。PID的這三個參數Kp，KI和KD可以根據過程的動態特性及時整定，當使用中得不到精確的系統數學模型等條件，必須現場調試和依靠經驗確定，這時最適合用PID控制技術。

　　PID控制器的微分方程如式4.1所示：

　　其傳遞函數為：

　　其中u(t)為系統輸出，e(t)為系統目標值與實際輸出值的偏差，Kp為比例系數，TI為積分時間常數。TD為微分時間常數。

　　PID控制器是一種線性調節器，這種調節器是將系統的給定r與實際輸出值y構成的控制偏差e =y- r的比例、積分、微分，通過線性組合構成控制量輸入給控制對象。

　　PID控制器各校正環節的作用

　　比例環節：快速減小偏差，加快響應速度，但是過大會使系統超調量增大，影響系統穩定性。

　　積分環節：主要用于減小穩態誤差，但會使系統響應速度減慢。

　　微分環節：在系統中偏差信號變得太大之前引入一個修正信號，從而加快系統的動作速度，減小了調節時間，減少了系統的超調量。

　　4.2.2 EHB液壓系統制動壓力的控制策略

　　PID控制器的控制量主要有目標信號和反饋信號兩種信號：目標信號亦稱目標值或給定值，即系統直接給定的輪缸壓力值;反饋信號是指將壓力控制信號輸入到液壓系統通過壓力變換傳感器測量到的系統輸出的實際值，亦稱反饋量或當前值。

　　圖4.2為輪缸壓力的PID控制策略，欲使EHB系統中的某一個輪缸的制動力穩定在預期的目標值上，控制器中的PID必須將反饋信號與目標信號不斷地進行比較，并根據比較結果來實時地調整輸出的電磁閥的PWM值，以調整管路中的制動液的流量，最終使輪缸的壓力值達到預期的目標值上。

　　EHB系統的液壓回路中采用PWM方式調節兩位兩通的進液閥和出液閥開啟關閉的時間，控制液壓缸中的進油和出油的平均流量，以實現對液壓缸中的壓力的控制。PWM控制信號由軟件編程的方式產生，為了使高速開關閥有較好的線性調制范圍和較快的響應速度，本文確定PWM調制信號的頻率為25Hz.根據所確定的調制信號的周期。我們對MC9S12XE/S中的PWM模塊進行編輯，具體步驟如圖4.2

　　在EHB系統輪缸壓力進行跟隨控制時，以單端導通方式對高速開關閥進行控制。一個調制周期內當一個高速開關閥開啟則另一個高速開關閥關閉。輸入目標值與系統反饋值差值的正負決定了閥的開啟與關閉，而差值的大小決定了調制信號的占空比。當目標值與反饋值之差為正時，系統需要進油增壓，此時進液閥導通，出液閥關閉。當目標值與反饋值之差為負時，系統需要回油減壓，此時進液閥關閉，出液閥導通。當差值很很小時，每個調制周期內的脈寬值都很小。當差值很大時，每個調制周期內的脈寬值都很小。

　　理想的開關閥，調制信號作用下，電磁閥做完全響應。在一個調制周期內，閥口流量方程為：

　　而在實際過程中，計算流量特性時應采用閥芯的平均位移Xv來表征方程中的閥芯最大位移xm，如下式：

　　Q：由出油口流出的液體流量( L /s ) P1：進油口壓力( Pa )

　　P2：出油口壓力( Pa ) ρ：液體密度(kg /m3 )

　　Cd：流量系數 w：閥口面積梯度(㎡)

　　從上式我們可以看出，通過改調制信號的占空比D可以控制通過閥的平均流量，最后實現對輸出壓力的控制。以進油閥為例，PWM信號的占空比按下式計算：

　　式中，D(t)為PWM信號的占空比，e(t)為輪缸的目標壓力與實際壓力之差，Pd(t)為輪缸的目標壓力，P(t)為輪缸的實際壓力，Kp、KI、KD分別為PID調節器中比例系數、積分系數及微分系數，E為壓力偏差的門限值。

　　以左前輪制動輪缸為例，其壓力跟隨的流程圖如圖4.4所示。其中Pd(t)為左前輪輪缸目標壓力，P(t)為左前輪輪缸的實際壓力。當輸入的目標壓力值與反饋壓力值之差大于門限值E，此時進液閥開啟、出液閥關閉，從進液閥流入到液壓缸的流量大于出液閥流出制動缸的流量，制動缸壓力增大，當輸入的目標壓力值與反饋壓力值之差在±E之間時，進液閥和出液閥均關閉，液壓缸壓力保持不變;當輸入的目標壓力值與反饋壓力值之差小于-E時，此時進液閥關閉、出液閥開啟，進液閥輸入液壓缸的流量小于出液閥流出制動缸的流量，系統減壓。通過PWM模塊輸出的脈沖調制信號對高速開關閥各的控制，實現對制動壓力的控制。