利用只装有车轮速度传感器的制动防抱死系统做路面情况鉴定-中文翻译

利用只装有车轮速度传感器的制动防抱死系统做路面情况鉴定摘要：制动防抱死系统(ABS),是目前在汽车上得到广泛使用的设备。 为了降低制造成本，并利用现有可用的技术，标准 ABS 系统仅使用车轮速度传感器检测车轮转速,这是不能够直接获取控制单元需要的车轮滑移率，但可以利用计算所得的车轮角速度和估计的车速间的关系来计算参考滑移率。因此，道路摩擦系数,它决定了车辆在紧急刹车时的减速度, 是一个估算汽车速度的重要参数。本文分析了在不同路面情况下模拟紧急制动时车轮的加速度，并选择一对特殊的点来确定车轮加速曲线在每个不同的操纵情况下，比如路面情况,制动扭矩和车轮的垂直载荷。它是建立在每个用试点做出的针对不同路面的曲线明显不同于其他路面。 因此，不同的路面可以用这些点来区分，这些点反映了他们所代表的路面情况。分析假设只有车轮速度传感器是可利用的仪器并且道路附着情况可以在紧急制动的开始初期阶段确定。关键字： 制动防抱死系统(ABS)；路面情况鉴定； 车轮角加速； 轮胎特性介绍 对制动防抱死系统(ABS)来说，道路附着情况是最重要的因素之一。 标准ABS 系统可以在制动时确定道路附着情况，并且确定道路摩擦力是高 (沥青路面)、或低( 雪、冰路面)，然后由控制单元激活相应的逻辑控制系统。 只有车轮速度传感器在标准 ABS 系统中可以确定路面情况，不需要其他需要传感器的帮助。 道路情况鉴定是当前汽车控制研究领域的一个热门主题，但研究人员通常采用额外的除车轮速度传感器以外的可用的设备来测量汽车运动及其他国家参数来持续监测道路状况。但是标准 ABS 系统只需要在制动初期阶段确定道路状况，并获得路面信息，以确定其控制单元的必需操作。 显然，标准 ABS 系统不要求太精确的鉴定，因此只需要较少的仪器和费用。但是，这种道路情况鉴定方法并不明确。 本文正是研究在标准 ABS 系统下的道路情况鉴定方法。 分析的依据是通过测量车轮角速度所得的车轮角加速度。 因为轮胎与路面在不同路面上的磨擦特性不同，所以,，在不同道路表面上车轮制动时的反应也不同，因此车轮制动反应研究必须包括路面附着信息。所以我们模拟车轮制动情况，并在车轮加速曲线上选择两个典型数据作为标准来区分不同的路面。并讨论了测量中的不确定因素的影响。1 建模 四分之一的汽车模型(表 1)使用的是 Dugoff 轮胎模型。轮胎滑动摩擦力的最大值 (即附着系数 )对不同的路面是不同的，如干燥沥青路面 0.8-0.9，湿沥青路面0.5-0.7，积雪路面约 0.2%,冰面 0.1。此外，当滑移率从零开始增大时，摩擦系数随之增加的速度是不同的。特别是在冰雪路面上的摩擦系数增加速度远低于在沥青路面上。在路面摩擦系数达到最大前控制单元对路面情况作反映之时，这一特点是很重要的。当摩擦系数接近最大值时，控制单元开始调节制动压力。一般而言,摩擦系数随着滑移率增加的速度在沥青路面上至少是在雪或冰路面上的两倍。 为了反映此差异，在沥青路面上的曲线的初始阶段的斜率应该为雪地路面上的两倍。如果此差异更大，以此假设得出的结果将会更加可信。图一 四分之一汽车模型 一阶制动模型为： dTp/dt=(Tp-Tb)/ (1)其中 TP 是施加的制动扭矩 ,Tb 是.实际的制动扭矩，是制动常量。2 结果和讨论 四分之一汽车模型的满载重量是 400 公斤。最大的制动扭矩为 1000nm，在理论上可以产生足够的车辆减速度为 1g。 在雪地路面上 (0.2)，最大的地面制动扭矩是200nm，所以若施加制动扭矩超过 200nm，车轮将抱死。在湿沥青路面上(0.5)，最大的地面制动扭矩是 500nm，所以车路将在施加制动扭矩超过 500nm 时抱死。图二表示的是在湿沥青路面(0.5)和雪地路面(0.2)上不同制动扭矩下的车轮减速度曲线。在每种情况下，施加的制动扭矩都高到足以抱死车轮。在任何路面条件下，增加制动扭矩都导致车轮减速度快速增大，并使滑移率增大。 在雪地路面上，当制动扭矩很大时，车轮速度降低比在沥青路面上更快。因此当道路上有雪覆盖时，该系统可以很容易判断出。但是，当制动扭矩不是很高但足以引起车轮抱死时，车轮减速的过程就类似于在沥青面上，控制单元就不能判断出遇到的是何种路面。这时需要作进一步分析。 -雪地路面 湿沥青路面图二：在沥青路面和雪地路面上不同制动扭矩下的车轮减速度。在图 2 上的每一条减速度曲线上都可以用两个点来描述该曲线。第一个是减速度在 0.05s 时，另一个是减速度达到 50 rad/s2 时。(制动从 0 时开始) 我们提到的这些是加速度时间曲线确定的标准用这些点做出曲线定义为加速度时间曲线。图三是最大地面的制动力矩为 900,700,500 和 200 时，在沥青路面(0.9,0.7 和 0.5)和雪地路面(0.2)上做出的加速时间曲线 。曲线之间没有相交表明加速度时间曲线确定的标准符合特殊的路面情况或最大的地面制动力矩。 前面的分析是假设的一辆满载汽车。如果车轮垂直载荷变化，车轮运动情况也会有所不同,所以会产生不同的加速度时间曲线。 图四中是半载的车轮在沥青路面(0.9和 0.5)和雪地路面(0.5)上做出的三条加速度时间曲线和满载时的曲线。他们的最大地面制动力矩为 450，250 和 100Nm。 假设一条加速度时间曲线是在车轮局部负荷即在半载和满载之间在沥青路面(0.9)上做出的那么它将位于制动力矩为 900NM 和450NM 的曲线之间，那么部分负荷曲线将与制动力矩 700nm 和 500nm 的曲线相似。因此，加速度时间曲线的标准不符合的路面情况但符合最大地面制动力矩。 由此可以看出,车轮反映取决于施加的制动扭矩和道路摩擦潜力(地面制动力矩) 。如果车轮负载变化并不大，如轿车,满载的车重不等于空载车重的两倍，这时在沥青路面和雪地路面上的加速度时间曲线无论在任何操作情况下都将不会相交。 在这种情况下,可以用加速度时间曲线的标准来分辨出沥青路面和雪地路面。 图三：在四中路面情况下的车轮加速度时间曲线t: 时间 在 0.05s 时 a: 加速度 在 -50rad/s2图四：满载和半载情况下的车轮加速度时间曲线t: 时间 在 0.05s 时 a: 加速度 在 -50rad/s23 结论 本文分析了车轮加速度与路面情况以及车轮负荷之间的关系。 建议采用的车轮加速时间标准，可以用一个带有控制单元的车轮速度传感器来测出。可以反映出由路面情况和车轮负载决定的道路摩擦潜力。对轿车来说,，标准甚至可以确定路面情况，即确定车轮是与沥青路面还是雪地路面相接触。