車輛穩(wěn)定性電控試驗平臺的開發(fā)

車輛穩(wěn)定性電控試驗平臺的開發(fā)

世界上第一個關于穩(wěn)定電腦化系統(tǒng)（電子staliantradingsystem）的法律法規(guī)，即sds126。2011年9月1日以來，全世界所有重量小于3836kg的汽車必須配備sd系統(tǒng)。在汽車控制領域，ec系統(tǒng)得到了廣泛的應用。對ESC研究的熱點集中在與其他電控系統(tǒng)的集成控制研究,以及傳統(tǒng)ESC系統(tǒng)的基礎問題研究中。基礎問題的研究包括ESC系統(tǒng)信號處理、狀態(tài)估計以及執(zhí)行器控制方式等。液壓調節(jié)器是ESC系統(tǒng)的執(zhí)行器,通過傳感器和CAN總線獲得車輛狀態(tài)信息,由控制器決策的制動力分配由液壓調節(jié)器對4個車輪獨立的增壓保壓減壓指令來實現(xiàn)。因此對液壓調節(jié)器動態(tài)特性的把握可以為ESC提供可靠的壓力估計,對液壓調節(jié)器進行開環(huán)壓力估計基礎上的控制,同時可以節(jié)省輪缸壓力傳感器的安裝,降低車輛制造成本。本文通過對液壓調節(jié)器液壓系統(tǒng)合理的假設和簡化,分別對其增壓減壓過程進行建模,并通過對液壓調節(jié)器特性試驗,對模型參數進行標定,作為開環(huán)壓力估計的理論基礎。在開環(huán)壓力估計研究的基礎上,對液壓調節(jié)器進行壓力調節(jié)控制。最后對開環(huán)壓力估計進行實車試驗,對壓力估計方法和液壓調節(jié)器的控制進行了驗證。1es開發(fā)環(huán)境和故障控制器性能1.1液壓控制器測量ESC硬件在環(huán)試驗臺的硬件在環(huán)部分包括原車制動系統(tǒng)和用于對輪缸壓力進行調節(jié)的ESC液壓調節(jié)器,在主缸和輪缸處安裝壓力傳感器對壓力狀態(tài)進行測量,以獲得液壓調節(jié)器工作過程中的動態(tài)響應特性?？刂浦噶?即輪缸需求壓力)通過xpc-target中實時運行的ve-DYNA車輛模型計算得到,并通過CAN總線與液壓調節(jié)器控制器進行通訊,液壓調節(jié)器控制器根據目標壓力對液壓調節(jié)器進行調節(jié)。輪缸壓力傳感器信號由控制器采集通過CAN總線送回上位機監(jiān)視界面,用于數據分析,如圖1所示。通過硬件在環(huán)試驗臺,對液壓調節(jié)器的基本特性進行測試,包括增壓特性和減壓特性。1.2液壓控制系統(tǒng)壓力調節(jié)過程ESC液壓調節(jié)器通過液壓系統(tǒng)的設計實現(xiàn)對輪缸的獨立控制,并具備主動建立主油道壓力和迅速減壓的能力。液壓系統(tǒng)使用交叉管路設計,即左前右后使用同一建壓通道,右前左后使用同一減壓通道。下面以任一輪缸液壓回路介紹液壓調節(jié)器壓力調節(jié)過程(見圖2)。建壓閥組1主閥常開,旁路溢流閥限制建壓最大壓力。建壓閥組2常閉。保壓閥組常開,旁路單向閥用來保證輪缸壓力小于建壓壓力。減壓閥常閉。電機帶動柱塞泵,抽取低壓蓄能器中的制動液,保證減壓迅速,同時抽取主缸壓力用于ESC工作時在主油道建立壓力,供液壓調節(jié)器對制動輪缸壓力進行調節(jié)。2建模和參數校正設備開口的特性2.1液壓機構特性建模根據ESC系統(tǒng)對執(zhí)行器響應的要求,液壓調節(jié)器本身是一個制造精度高、響應特性好、動態(tài)特性穩(wěn)定的機電液一體化系統(tǒng)。因此通過合理的標定和試驗,可以對調節(jié)器進行精確的建模,從而對液壓調節(jié)器的動態(tài)響應進行精確的描述,為開環(huán)壓力估計提供準確的模型。液壓調節(jié)器特性包括:電磁閥的響應延遲,液壓系統(tǒng)的慣性特性,液壓系統(tǒng)的傳遞特性以及調節(jié)器在壓力變化的不同階段表現(xiàn)出的壓力變化特性(見圖3)。對液壓調節(jié)器液壓系統(tǒng)進行適當簡化:不考慮溫度對制動液黏度的影響;考慮制動過程中制動液流量較小、液壓管路內壁光滑;忽略管路壓力損失和局部壓力損失;忽略電磁閥切換時制動液的瞬時沖擊;忽略制動管路、輪缸缸體的彈性變形;忽略溫度對制動黏度的影響。Pmax為制動輪缸提供壓力源的壓力值,在液壓調節(jié)器特性建模中,考慮其為ESC主動建壓過程中液壓調節(jié)器的主油路壓力,根據圖3所示的液壓調節(jié)器特性曲線峰值,確定Pmax=18.32MPa。Pw為輪缸壓力,Pγ為低壓蓄能器壓力,取Pγ=0。經過簡化分析和對液壓系統(tǒng)動態(tài)特性建模,分別對增壓和減壓過程中的壓力變化特性進行描述。(1)增壓等效液阻cedΡwdt=1CeRe(Ρmax-Ρw)φ(1)dPwdt=1CeRe(Pmax?Pw)φ(1)式中:Ce為增壓等效液容;Re為增壓等效液阻;φ為增壓節(jié)流指數。(2)dpwdt法dΡwdt=-1C′eR′e(Ρw-Ργ)φ′(2)dPwdt=?1C′eR′e(Pw?Pγ)φ′(2)式中:C′e為減壓等效液容;R′e為減壓等效液阻;φ′為減壓節(jié)流指數。2.2液壓調節(jié)器控制輪缸壓力采集制動輪缸壓力變化率數據,通過設置HCU(Hydrauliccontrolunit)模型的初始壓力及編寫相關電磁閥的控制程序,實現(xiàn)增壓、減壓狀態(tài)下制動輪缸入口處壓力的時間變化歷程,并從Pw-t曲線(見圖3)中分析得到輪缸的壓力變化率參數識別所需的仿真試驗數據。分別求解液壓調節(jié)器增減壓特性狀態(tài)方程,得到輪缸壓力Pw和t之間的關系為非線性相關關系。通過變量替換將此非線性回歸問題轉化為線性回歸問題進行系統(tǒng)參數辨識。(1)增壓特性的辨識[Ρmax-Ρw(t)]1-φ=[Ρmax-Ρw(t0)]1-φ-1CeRe(1-φ)(t-t0)(3)[Pmax?Pw(t)]1?φ=[Pmax?Pw(t0)]1?φ?1CeRe(1?φ)(t?t0)(3)由增壓過程的試驗數據求出不同φ值時(t-t0)與(Pm-Pw(t))1-φ之間的相關系數,并進行數據擬合,得到節(jié)流指數φ=0.5時,相關系數為0.9963,取此節(jié)流指數為辨識得到的增壓特性參數。根據線性最小二乘法辨識得到:1/(CeRe)=12.952。(2)負壓特性的辨識[Ρw(t)-Ργ]1-φ′=[Ρw(t0)-Ργ]1-φ′-1CeR′e(1-φ′)(t-t0)(4)[Pw(t)?Pγ]1?φ′=[Pw(t0)?Pγ]1?φ′?1CeR′e(1?φ′)(t?t0)(4)由減壓過程的試驗數據求出不同φ′值時(t-t0)與[Pw(t)-Pγ]1-φ′之間的相關系數,并進行數據擬合,通過對試驗數據的分析,節(jié)流指數φ′=0.9時,相關系數為0.9945,取此節(jié)流指數為辨識得到的減壓特性參數。根據線性最小二乘法辨識系統(tǒng)參數得到:1/(C′eR′e)=43.146。通過上述對液壓調節(jié)器增減壓特性模型的線性化以及對線性化后模型參數的標定,就可獲得液壓調節(jié)器的動態(tài)特性,為輪缸壓力估計提供理論基礎。3壓力估算3.1主缸壓力傳感器測量通過對ESC液壓調節(jié)器加工制造精度的控制,液壓調節(jié)器特性在很大程度上能夠保持一致性和精確性,因此可以通過對液壓調節(jié)器特性的試驗和把握,對液壓調節(jié)器特性模型參數進行標定,并以此作為開環(huán)壓力估計算法的理論基礎。根據增減壓特性曲線,獲得在增壓和減壓過程中壓力增量ΔP與輪缸壓力之間的關系。增壓過程包括ABS工況下通過制動主缸提供壓力源的過程和ESC工況下由液壓調節(jié)器主油路主動建壓提供壓力源的過程,ABS工況下,Pmax=Pm,Pm為主缸壓力,可由主缸壓力傳感器測量得到。增壓過程壓力變化特性為ΔΡincrease=ΔΡincrease(Ρw,Ρmax)(5)ΔPincrease=ΔPincrease(Pw,Pmax)(5)減壓過程壓力變化特性為ΔΡdecrease=ΔΡdecrease(Ρw,Ργ)(6)ΔPdecrease=ΔPdecrease(Pw,Pγ)(6)根據當前壓力Pw(k)和ESC系統(tǒng)的控制指令,對下一控制周期的輪缸壓力Pw(k+1)進行估計,壓力估計值由下式計算:{Ρw(k+1)=Ρw(k)+ΔΡincrease?增壓Ρw(k+1)=Ρw(k)?保壓Ρw(k+1)=Ρw(k)+ΔΡdecrease?減壓(7)?????Pw(k+1)=Pw(k)+ΔPincrease?增壓Pw(k+1)=Pw(k)?保壓Pw(k+1)=Pw(k)+ΔPdecrease?減壓(7)3.2系統(tǒng)控制器的控制通過壓力估計值與需求壓力之間的差值進行液壓調節(jié)器的控制,得到根據壓力估計算法對液壓調節(jié)器進行的閉環(huán)控制。ESC系統(tǒng)ECU通過對液壓調節(jié)器電磁閥和電機的控制實現(xiàn)壓力調節(jié),根據壓力估計得到的當前壓力值對調節(jié)器進行控制。輪缸壓力傳感器信號和開環(huán)壓力估計值信號由穩(wěn)定性控制研究平臺測試系統(tǒng)采集,通過CAN總線傳遞給上位機進行數據分析。4試驗系統(tǒng)及程序根據本文提出的液壓調節(jié)器開環(huán)壓力估計算法,在裝備電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)的車輛環(huán)境下進行ABS工況下的穩(wěn)定性試驗。試驗車使用裝備ESC系統(tǒng)和穩(wěn)定性研究相關測試設備的X121見圖4。ABS邏輯根據車輪滑移率對輪缸壓力進行增壓、保壓、減壓調節(jié),以保證車輛最大限度地利用路面附著,保持車輛穩(wěn)定性?？刂七壿嫴捎们拜啰毩⒖刂?后輪低選控制方式。使用試驗車在壓實雪地(路面摩擦因數為0.1~0.2)進行直線加速至35km/h,并制動。試驗中ABS邏輯工作,對HCU電磁閥進行開閉調節(jié),即對輪缸壓力進行增、保、減壓調節(jié),防止車輪抱死。開環(huán)壓力估計算法根據HCU電磁閥調節(jié)對輪缸壓力值進行估計,并通過輪缸壓力傳感器采集的實際壓力值對開環(huán)壓力估計算法的估計結果進行驗證。根據ABS工作時對HCU的控制指令,得到由ESC試驗車裝備的輪缸壓力傳感器測得的實際輪缸壓力和根據開環(huán)壓力估計得到的輪缸壓力估計值,結果如圖5所示。通過估計算法對液壓調節(jié)器的控制在一定程度上避免了傳感器故障對控制系統(tǒng)的影響,避免了由于傳感器信號噪聲造成的控制的頻繁切換,降低了ESC系統(tǒng)的安裝成本。5開環(huán)壓力估計算法仿真通過ESC硬件在環(huán)試驗臺對液壓調節(jié)器特性進行了測試,并對液壓調節(jié)器模型參數進行了標定,在此基礎上研究了開環(huán)壓力估計,并通過ESC試驗車對開環(huán)壓力估計進行