CN100590010C - 一种自适应abs控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应ABS控制方法，实时监测车轮轮速，根据采集的轮速计算相关参数，包括车速、滑移率、加速度值，根据相关参数得到制动阀体开关参数，实现调节四轮制动压力、防抱死制动功能。由于使用一种控制策略，避免了由于路面切换或是障碍之类的物体导致的控制模式频繁切换造成控制混乱和失效，控制过程形成闭环控制，鲁棒性良好，对于路面状况突变引起的轮速变化不敏感，抗干扰性好，可靠性高，适应性好。

Description

一种自适应ABS控制方法

【技术领域】

本发明涉及汽车中的防抱死刹车系统(ABS)控制方法。

【背景技术】

目前，ABS成为乘用车标准配置，现有的ABS控制器在使用上基本是采用路面识别+模式控制的方法开发的，通过加速度、滑移率和加速度变化量、滑移率变化量分析车辆当前所处的路面状况和变化情况，然后决定控制策略。这种控制策略存在有几项风险，在ABS的实际应用中已经出现过：1)在光滑的冰面上，加速度和滑移率回升变化率往往差别很大，细微的路面状况变化也容易造成车轮运动状况的巨大变化，容易导致判断出现错误从而控制模式错误。2)在普通路面上，如路面有石子、沟坎、凹坑等情况容易造成车轮运动状况变化，同时车速预测也容易受到干扰，导致控制模式选择受到干扰。3)在凹凸不平的搓板路面、鱼鳞坑路面等路面状况下，由于车轮变化波动大，会严重干扰路面识别以至于控制模式频繁切换，导致控制状态不稳。4)从低附着过渡到高附着路面的过程中，由于路面识别需要时间，并且由于路面干扰的因素会存在有误判导致车速计算出错，容易导致以低附着控制策略控制高附着路面下的车辆运行，出错概率很高而且风险很大。5)车辆载荷的大幅变化可能会造成车轮的加速度情况出现变化，也是控制模式切换的隐患。

对于路面识别+模式控制方法而言，其控制过程是非独立的、相互影响的连续性控制，如果中间某一环节出现问题或者故障，则整个控制过程失效的概率很高。对于汽车核心安全件而言，这种不足在路面状况多变的地区显得隐患较大。

【发明内容】

本发明的目的主要就是为了克服现有技术的不足之处，提供一种自适应的ABS控制方法，提高对路面状况的适应性，消除由于路面状况变化而带来的隐患和控制缺陷，提高ABS控制的安全性。

为实现上述目的，本发明提出一种自适应ABS控制方法，包括以下步骤：

1)ABS控制器得到刹车指令时，采集轮速数据，进行滤波；根据滤波后的轮速v，计算出模拟车速V；2)根据轮速v、模拟车速V计算出轮速加速度a和滑移率μ；3)根据加速度a和滑移率μ计算出复合参数Z；4)判断复合参数Z值超过给定的最低门限值Z_L，且加速度a大于加速度门限值a_L时，则控制制动阀保持ABS高频制动的制动压力，使车轮轮速恢复到正常范围，使车轮运动状态稳定；若最低门限值Z_L＜复合参数Z＜复合参数紧急门限值Z_H，且加速度a小于给定的加速度门限值a_L时，控制制动阀平缓减少ABS高频制动的制动压力，使车轮恢复到稳定状态。

上述的自适应ABS控制方法，所述复合参数Z根据Z＝a+δμ取得，其中δ为自定义参数。

上述的自适应ABS控制方法，所述步骤4)的具体步骤进一步包括：若复合参数Z值超过给定的最低门限值Z_L时，分析加速度参数a；若加速度参数a＞0，表明车轮运行状态是由不稳定转为稳定的趋势，采取保持ABS高频制动的制动压力的动作；若加速度参数a＜0，表明车轮不稳定的运行状态正在加剧，进一步判断加速度参数，若加速度门限值a_L＜a＜0，则仍采取保持制动压力的动作。

上述的自适应ABS控制方法，所述步骤3)、步骤4)之间还包括步骤3`)：判断复合参数Z值，当其超过给定的ABS功能启动门限Z_start时，启动ABS功能，进入步骤4)；否则采取普通制动。

上述的自适应ABS控制方法，若复合参数Z超过给定的复合参数紧急门限值Z_H时，控制制动阀大幅快速减少ABS高频制动的制动压力，此后保持制动压力稳定车轮运动状态。当判断到复合参数Z小于复合参数最低门限值Z_L时，表明当前车轮处于稳定的运动状态之中，则控制制动阀采取逐步阶增的方法平稳增加ABS高频制动的制动压力。

上述的自适应ABS控制方法中，所述自定义参数δ主要求根据车轮惯性和运动特点，并结合车辆载荷分布，通过实验统计取得，优选范围为2～4之间。所述加速度门限值a_L优选范围在-10m/s²到-30m/s²之间。

上述的自适应ABS控制方法，在步骤1)中，采用FIR滤波方法去除高频干扰，具体的通过带宽设置在100Hz～300Hz之间，滤掉高频干扰并保留有效部分。所述步骤2)中，采用移位平均法计算轮速加速度a和滑移率μ。在所述步骤1)中，采用跟随法计算模拟车速V。

由于采用了以上的方案，采用滑移率和加速度的复合参数Z评判车轮的运动状态，即实质上只采样轮速数据并根据轮速数据进行控制，取代了复杂的路面识别和模式判断，减少了众多环节中的空隙和缺陷，可实现以下有益效果：1)可靠性高，由于使用一种控制策略，避免了由于路面切换或是障碍之类的物体导致的控制模式频繁切换造成控制混乱和失效。2)适应性好，由于采用自适应控制策略，针对车轮运动状态进行控制而不追究车辆的运行情况，因此该本发明的方法在车辆负载发生变化时并不敏感，能获得较一致的控制效果。3)控制过程形成闭环控制，鲁棒性良好，对于路面状况突变引起的轮速变化不敏感，抗干扰性好，同时能够迅速捕捉车轮有运动不稳定趋势时的加速度和滑移率变化特征，控制迅速。4)舒适性强，在各种路面均使用同一套自适应控制策略，在路面切换的过程中不存在频繁的控制模式切换，过渡平滑，舒适度高。

本发明在具体的实施中，采用FIR信号处理方法对轮速进行滤波，大幅减少了由于路面障碍或是粗糙路面对控制参数的影响；采用跟随法计算车速，取代了传统的路面识别计算的方法，减少了车速计算的不确定性和误差累积的风险。

【附图说明】

图1：系统功能模块结构图；

图2：FIR轮速滤波算法过程示意图；

图3：FIR轮速滤波效果示意图；

图4：跟随法车速计算算法效果示意图；

图5：控制流程图。

【具体实施方式】

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

本例的ABS控制器是基于Motorola Freescale 16位单片机MC68HC12D64基础来实现自适应控制的。其主要解决的技术问题是：1)提高了ABS控制器的可靠性。改变了传统ABS在光滑路面、路面障碍、复杂粗糙路面、路面切换等复杂情况下由于判断错误而导致控制模式选择有误，从而造成的控制失效；2)提高了ABS控制器的适应性。改变了传统ABS在车辆载荷分布发生变动情况下容易导致ABS判断有误，控制失效的情况；3)提高了ABS控制器的舒适性。控制模式简化，在各路面切换、复杂路面等情况下更加舒适。

根据上述构思，本例的系统功能模块结构图请参考图1所示，其步骤描述如下：1)对轮速信号处理电路传送的轮速信号进行FIR滤波，具体的通过带宽设置在100Hz～300Hz之间，表达式为：其中：N为FIR滤波器的抽头数，h(k)为第k级抽头系数(单位脉冲响应)，v(n-k)为延时k个抽头的输入信号。目的在于消除轮速信号的高频干扰，减少各种因素带来的轮速误差影响控制效果。FIR滤波原理如图2所示，滤波效果如图3所示；2)对滤波后的轮速v进行处理，用跟随法得到模拟车速V，表达式为：

目的在于得到具有良好鲁棒效果的车速信号，减小由于路面变化致使轮速突变造成的车速信号的突变，提高了系统的抗干扰性。跟随法车速计算的效果如图4所示；3)根据上述两步得到的数据计算车轮加速度a和滑移率μ，加速度计算公式为：

$a\left(k\right)=\frac{\underset{N-k}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}v\left(n\right)-\underset{N-k}{\overset{N-2k}{\mathrm{\Σ}}}v\left(n\right)}{\underset{N-2k}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}t\left(n\right)}$

滑移率计算公式为：

$\mathrm{\μ}=\frac{V\left(n\right)-v\left(n\right)}{V\left(n\right)}\×100\%$

其中

为时间采样累计值，为前段速度采样累加值，

为后段速度采样累加值。总体达到波形平稳变化的效果。

并得到复合控制参数Z，Z值计算式为：Z＝a+δμ；4)根据上述三步得到的参数，对车轮的运动状态进行评估，如果复合参数Z值未超过ABS启动门限Z_start，则不启动ABS刹车功能，而采取普通制动方式；若Z值超过ABS启动门限Z_start，ABS启动，ABS启动门限Z_start为车轮出现抱死趋势时的Z值，不同车辆所对应的Z_start不同，按照车轮动力分析，在车轮滑移率大于20％，加速度超过-10m/s²的范围内优化选择。其后的自适应控制逻辑如图5所示，其控制步骤描述如下：

A)判断复合参数Z是否超过最低门限值Z_L，如果没有则表明车轮当前运行状态稳定，ABS控制器控制制动阀以阶增(慢增压)的方式增加车轮的ABS高频制动的制动力；即通过少量多次的增压缓慢平稳的提高车轮制动压力。以满足车轮的惯性变化规律，实现平稳控制。

B)若复合参数Z超过了最低门限值Z_L，表明车轮当前运行状态有转向不稳定的趋势，此时分析加速度参数a。若加速度参数a＞0，表明车轮运行状态是由不稳定转为稳定的趋势，采取保持ABS高频制动的制动压力的动作(保压)维持这一趋势；若加速度参数a＜0，表明车轮不稳定的运行状态正在加剧，进行下一步判断。ABS是通过控制控制阀的进出阀门的开关来间接控制压力的。

C)若加速度参数加速度门限值a_L＜a＜0，则仍采取保持制动压力的动作(保压)；若加速度参数a＜0，且加速度a＜加速度门限值a_L，说明车轮减速度过大，在最低门限值Z_L＜复合参数Z＜复合参数紧急门限值Z_H情况下，车轮运动状态已处于不稳定状态，此时采取平缓降低ABS高频制动的制动压力的办法(普通减压)减小车轮制动力，使车轮恢复到稳定状态。

D)车辆如果处在附着系数较低的路面或是路面状况有特殊情况，可能出现复合参数Z＞复合参数紧急门限值Z_H(Z_H＞Z_L)的情况，说明车轮运动状态已处于非常不稳定的情况，需要快速降低制动压力。此时不论加速度如何，均采取快速降低ABS高频制动的制动压力的方式(紧急减压)大幅减少车轮制动力，恢复车轮转速至稳定区域。

E)判断汽车是否已停止，若汽车已停止，则本次ABS控制流程结束；否则判断制动信号是否消失，若制动信号消失，则本次ABS控制流程结束；否则，进入下一个制动的控制流程。

其中，紧急门限值Z_H和Z_L分别对应车辆严重失稳和车辆在ABS控制过程中出现初步失稳迹象时的相关参数值。加速度门限值a_L主要根据车轮惯性特点分析得到的，车身加速度不能超过-10m/s²，a_L一般在-10m/s²到-30m/s²之间变动。自定义参数δ需要考虑车轮惯性和运动特点，并结合车辆载荷分布匹配得到，δ在2～4之间变动，相当于将滑移率μ用参数修正到与加速度a相同的量级。自定义参数β值在0.2～0.9之间变动，作为平滑修正参数。具体值为根据实际轮速曲线，优化得到。

以上各参数的具体值需要在多次实验中选取最好效果值匹配。试验方法为首先在无ABS车辆上进行多次制动试验，使用算术平均统计方法统计在车轮出现不可逆转抱死趋势时所对应的平均加速度和平均滑移率值，统计加速度和滑移率值得相关度，并结合五轮仪测试的车速，首先得到δ和β值，并可以得到Z值的计算方法。Z_start和Z_H、Z_L的匹配方法需要实车匹配，分别在水泥、沥青、冰雪、砂石等路面反复试验，以满足防抱死制动国家标准的试验为有效试验，统计其参数，选取出现次数最多、一致性最好的数据为优选有效数据，即为Z_start和Z_H、Z_L的匹配值。

传统的ABS中，通过滑移率和加速度两个参数对车辆运行的路面和行驶状态进行评估，在复杂路面和路面转换时的模式切换时容易出现控制失效。而本例中在各种情况下均针对采样轮速数据并根据轮速数据进行控制，采取同一种控制策略，实现了控制过程的无缝对接，可有效提高系统的可靠性和适应性，对于车辆载荷的变化也不敏感。控制过程形成闭环控制，鲁棒性良好，对于路面状况突变引起的轮速变化不敏感，抗干扰性好，同时能够迅速捕捉车轮有运动不稳定趋势时的加速度和滑移率变化特征，控制迅速。

此方法发明在以往的系统设计上进行了改进，系统操作简单方便，性能可靠，彻底解决了以往通过模式识别的ABS控制方式在路面状况突然变化时的种种不良反应和隐患。控制过程大大简化，移植性良好，可以迅速大规模应用于众多车型和车辆。

Claims (10)

1、一种自适应ABS控制方法，包括以下步骤：

1)ABS控制器得到刹车指令时，采集轮速数据，进行滤波；根据滤波后的轮速v，计算出模拟车速V；2)根据轮速v、模拟车速V计算出轮速加速度a和滑移率μ；3)根据加速度a和滑移率μ计算出复合参数Z；4)判断复合参数Z值超过给定的最低门限值Z_L，且加速度大于加速度门限值a_L时，则控制制动阀保持ABS高频制动的制动压力，使车轮轮速恢复到正常范围，使车轮运动状态稳定，其中，所述复合参数Z根据Z＝a+δμ取得，其中δ为自定义参数；若最低门限值Z_L＜复合参数Z＜复合参数紧急门限值Z_H，且加速度a小于给定的加速度门限值a_L时，控制制动阀平缓减少ABS高频制动的制动压力，使车轮恢复到稳定状态。

2、如权利要求1所述的自适应ABS控制方法，其特征是，所述步骤4)的具体步骤进一步包括：若复合参数Z值超过给定的最低门限值Z_L时，分析加速度参数a；若加速度参数a＞0，表明车轮运行状态是由不稳定转为稳定的趋势，采取保持ABS高频制动的制动压力的动作；若加速度参数a＜0，表明车轮不稳定的运行状态正在加剧，进一步判断加速度参数，若加速度门限值a_L＜a＜0，则仍采取保持制动压力的动作。

3、如权利要求2所述的自适应ABS控制方法，其特征是：所述步骤3)、步骤4)之间还包括步骤3`)：判断复合参数Z值，当其超过给定的ABS功能启动门限Z_start时，启动ABS功能，进入步骤4)；否则采取普通制动。

4、如权利要求3所述的自适应ABS控制方法，其特征是：若复合参数Z超过给定的复合参数紧急门限值Z_H时，控制制动阀大幅快速减少ABS高频制动的制动压力，此后保持制动压力，稳定车轮运动状态。

5、如权利要求3所述的自适应ABS控制方法，其特征是：当判断到复合参数Z小于复合参数最低门限值Z_L时，表明当前车轮处于稳定的运动状态之中，则控制制动阀采取逐步阶增的方法平稳增加ABS高频制动的制动压力。

6、如权利要求1-5中任一项所述的自适应ABS控制方法，其特征是：在步骤1)中，采用FIR滤波方法去除高频干扰，具体的通过带宽设置在100Hz～300Hz之间，滤掉高频干扰并保留有效部分。

7、如权利要求1-5中任一项所述的自适应ABS控制方法，其特征是：所述步骤2)中，采用移位平均法计算轮速加速度a和滑移率μ。

8、如权利要求1-5中任一项所述的自适应ABS控制方法，其特征是：在所述步骤1)中，采用跟随法计算模拟车速V。

9、如权利要求1-5中任一项所述的自适应ABS控制方法，其特征是：所述自定义参数δ主要根据车轮惯性和运动特点，并结合车辆载荷分布，通过实验统计取得，优选范围为2～4之间。

10、如权利要求1-5中任一项所述的自适应ABS控制方法，其特征是：所述加速度门限值a_L优选范围在-10m/s²到-30m/s²之间。

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