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

　　第4章EHB系統(tǒng)跟隨特性的實驗研究

　　4.1引言

　　EHB系統(tǒng)由于取消了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的制動踏板與制動卡鉗間直接的液壓鏈接，與傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)在性能以及時間響應(yīng)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(tǒng)的最佳性能時的工作狀態(tài)。僅僅通過經(jīng)驗值的摸索方式調(diào)試會造成可信度的降低，并且導(dǎo)致在短時間內(nèi)無法完成。而過長的開發(fā)周期會消耗大量的財力，人力和物力。因此在其設(shè)計開發(fā)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(xiàn)臺架上制動負載的變化趨勢與路面行駛一致。能夠?qū)鹘y(tǒng)制動系統(tǒng)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(wěn)定快速對給定的目標壓力進行跟隨是更好實現(xiàn)這些功能的前提，良好的輪缸壓力跟隨可以為后續(xù)實車試驗獲得某些基本參數(shù)和算法打下堅實的基礎(chǔ)，下面對EHB系統(tǒng)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(yīng)用非常廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器是一種線性調(diào)節(jié)器，參數(shù)整定容易，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4.1所示，使用中通過設(shè)定調(diào)節(jié)三個參數(shù)(Kp，Ki和KD)，即可調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)。PID的這三個參數(shù)Kp，KI和KD可以根據(jù)過程的動態(tài)特性及時整定，當(dāng)使用中得不到精確的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型等條件，必須現(xiàn)場調(diào)試和依靠經(jīng)驗確定，這時最適合用PID控制技術(shù)。

　　PID控制器的微分方程如式4.1所示：

　　其傳遞函數(shù)為：

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

　　PID控制器是一種線性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將系統(tǒng)的給定r與實際輸出值y構(gòu)成的控制偏差e =y- r的比例、積分、微分，通過線性組合構(gòu)成控制量輸入給控制對象。

　　PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用

　　比例環(huán)節(jié)：快速減小偏差，加快響應(yīng)速度，但是過大會使系統(tǒng)超調(diào)量增大，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。

　　積分環(huán)節(jié)：主要用于減小穩(wěn)態(tài)誤差，但會使系統(tǒng)響應(yīng)速度減慢。

　　微分環(huán)節(jié)：在系統(tǒng)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(tǒng)的動作速度，減小了調(diào)節(jié)時間，減少了系統(tǒng)的超調(diào)量。

　　4.2.2 EHB液壓系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)通過壓力變換傳感器測量到的系統(tǒng)輸出的實際值，亦稱反饋量或當(dāng)前值。

　　圖4.2為輪缸壓力的PID控制策略，欲使EHB系統(tǒng)中的某一個輪缸的制動力穩(wěn)定在預(yù)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(jù)比較結(jié)果來實時地調(diào)整輸出的電磁閥的PWM值，以調(diào)整管路中的制動液的流量，最終使輪缸的壓力值達到預(yù)期的目標值上。

　　EHB系統(tǒng)的液壓回路中采用PWM方式調(diào)節(jié)兩位兩通的進液閥和出液閥開啟關(guān)閉的時間，控制液壓缸中的進油和出油的平均流量，以實現(xiàn)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(chǎn)生，為了使高速開關(guān)閥有較好的線性調(diào)制范圍和較快的響應(yīng)速度，本文確定PWM調(diào)制信號的頻率為25Hz.根據(jù)所確定的調(diào)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(tǒng)輪缸壓力進行跟隨控制時，以單端導(dǎo)通方式對高速開關(guān)閥進行控制。一個調(diào)制周期內(nèi)當(dāng)一個高速開關(guān)閥開啟則另一個高速開關(guān)閥關(guān)閉。輸入目標值與系統(tǒng)反饋值差值的正負決定了閥的開啟與關(guān)閉，而差值的大小決定了調(diào)制信號的占空比。當(dāng)目標值與反饋值之差為正時，系統(tǒng)需要進油增壓，此時進液閥導(dǎo)通，出液閥關(guān)閉。當(dāng)目標值與反饋值之差為負時，系統(tǒng)需要回油減壓，此時進液閥關(guān)閉，出液閥導(dǎo)通。當(dāng)差值很很小時，每個調(diào)制周期內(nèi)的脈寬值都很小。當(dāng)差值很大時，每個調(diào)制周期內(nèi)的脈寬值都很小。

　　理想的開關(guān)閥，調(diào)制信號作用下，電磁閥做完全響應(yīng)。在一個調(diào)制周期內(nèi)，閥口流量方程為：

　　而在實際過程中，計算流量特性時應(yīng)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(shù) w：閥口面積梯度(㎡)

　　從上式我們可以看出，通過改調(diào)制信號的占空比D可以控制通過閥的平均流量，最后實現(xiàn)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(diào)節(jié)器中比例系數(shù)、積分系數(shù)及微分系數(shù)，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(dāng)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(guān)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(dāng)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(guān)閉，液壓缸壓力保持不變;當(dāng)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(guān)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(tǒng)減壓。通過PWM模塊輸出的脈沖調(diào)制信號對高速開關(guān)閥各的控制，實現(xiàn)對制動壓力的控制。