CN103569088A - 路面相对应峰值滑移率自识别精修正和持续控制方法 - Google Patents

Abstract

路面相对应峰值滑移率自识别精修正和持续控制方法-B，先路试出平路实际峰值滑移率作比较量，再试验出平路减速度值S与上下坡路的减速度值S_D的差距S_B和修正值S_C，以路面制动力F的反作力-F作用滑件产生始滑移信号S′即转保压

时间来识别平路或上下坡，由滑件产生S′修正为S来识别附着系数

由制动过程1+X-X＝1或≠1的识别精修正S和相对应峰值滑移率S₀″的定值保值输出，减少成本来实现直控S₀″的防抱制动。

Description

路面相对应峰值滑移率自识别精修正和持续控制方法

路面相对应峰值滑移率自识别精修正和持续控制方法，应用于汽车、摩托车、电动车等机动车减小成本又提高性能的防抱死制动。 

现有ABS对各种路面相对应峰值滑移率S₀″的识别、车体速度的精确测定和修正还未突破，以致附着系数利用率ε仍处ε≥0.75即合格的水平： 

1、国内外资料例对直控滑移率，特别是控制相对应的峰值滑移率都认为相当困难或认为不可能摘载如下： 

1)日本《汽车防抱制动装置ABS构造与原理》ABS株式会社编，李朝绿译。机械工业出版社1995.9版： 

1.1)把滑移率控制在不同路面所要求的峰值上是相当困难的，因此避开……(原序第17-24行) 

1.2)现有技术还解决不了预测行车路面峰值滑移率……(第42页14-15行) 

1.3)还没有准确测定车速的手段……(第45页未4-46页前2行) 

1.4)控制的滑移率是特定值，在各种路面上不一定都与峰值相对应，所以要想准确地测出车轮的稳定界限是不可能的(第48页2-3行) 

2)中国《汽车电子技术及控制系统》何渝生主编。国防工业出版社，北京1997.41版： 

2.1)直接以滑移率作比较量的汽车防抱制动系统是一个时变调节系统，其处理难度较大，不适于工程应用，一般都采用以轮速作比较量的调节系统(第84页10-12行) 

3)中国《汽车电子控制技术》周云山主编。机械工业出版社，北京2004.8第1版： 

3.1)现有广泛应用的ABS的控制(逻辑控制法)不是最佳的控制法，国内外都在研究基于滑移率的控制法(第108页10-12行)。 

3.2)进一步缩短制动距离与方向稳定性是相互矛盾的，有相当多的路面制动距离与常规制动器对比无明显优势，甚至没有优势(第126页倒数1-7行) 

3.3)在车速传感技术没有突破的情况下，逻辑控制算法仍将普遍采用(第86页13-14行) 

4)新一代ABS新增加电子控制的ESP和EBD系统，仍不能从根本上解决3.2的问题。《汽车底盘电控原理与维修务实》刘映凯编，北京大学出版社，2012年1月第1版. 

2、没有认识到引出始滑移信号是直控滑移率的基础： 

车轮在路面上产生始滑移信号S′的实时条件和S′与车速的关系。 

产生S′的实时条件： 

产生S′信号时的轮速，就是计算始滑移率的车速参考值。 

式中：P-制动器的制动力； 

      F-路面制动力； 

-附着力； 

      Z-路面对车轮的垂直反力； 

-附着系数。 

3、没有突破随机计算的滑移率S_0V与实际滑移率S₀有差距的识别和修正难关。 

$S_{0V}=\frac{V_b-V_0}{V_b}\×100\%---\left(2\right)$

无滑移率时：V_b＝ωr 

式中：V_b-车速； 

      V₀-轮速； 

      ω-车轮旋转角速度； 

      r-车轮有效滚动半径。 

产生差距的原因：r随轮胎载荷(不同 

不同上下坡作用于前后轮有 不同载荷转移)、胎压、胎温、胎面磨损程度等的变化而变化，任一一项的变化都会产生相应的差距，再加车速不能精确测定的差距，合差距有时会较大，所以必然会影响实际效果。 

本发明的目的：控制相对应峰值滑移率，使制动力过量或不足所造成的侧滑或ε＜1所增加制动距离的安全问题得到主动解决，还能简化结构减少成本。 

本发明的目的由如下方法来实现：首先路试实际滑移率S₀，S₀的计算方法 

$S_0=\frac{S_A^{\′}-S_A}{S_A^{\′}}\×100\%.---\left(3\right)$

式中：S′_A-车轮有滑移的行车距离； 

      S_A-车轮纯滚动的行车距离。 

      S₀的试验方法见实施例4。 

侧滑值b的试验方法和计算方法 

计算方法： 

$b\sqrt{c^2-a^2}---\left(4\right)$

b的试验方法见实施例5。 

峰值滑移率S₀″定义 

式中：Fmax-路面最大制动力(即 

的合阻力)； 

      F_w-胎外圆周合理磨损量Q的磨损阻力； 

      S₀″-Fmax又无侧滑的峰值滑移率； 

      S_T″-峰值S₀″的制动距离(S_T是多次试验次数的S_T″平均值)。 

各种路面相对应S₀″的路试方法按式(5)的定义进行 

按滑动摩擦定律和式(1)：车轮纵向产生＞0的微滑率，即证明 制动力P＝路面附着力 能实现ε＝1，但还不能全面实现S_T″，因为：Fmax是附着力 

(轮胎的胎面嵌入凹凸不平路面的咬合阻力)加胎周合理匀磨损量Q的磨损阻力F_w的合阻力，Q值和摩擦发热温度随S₀的增加而增加，随摩擦速度增加而增加。所以不同路面、车速有不同Fmax的合理值和相对应的S₀″及ε＝1的S₀″的峰值范围，又以平路路试ε＝1的S₀″为基准值，试验出上下坡减速度值(S_D)与平路减速度值S的差距(S_B)及修正值(S_C)。 

平路 

的即时识别原理：减速度仪固定在车上的适当位置，紧急制动，只要制动器的功能正常，都会产生式(1) 

时：减速度仪的滑件(2)在导轨(1)的导向下，向左移动，克服弹簧(3)的弹力P_W，当-F与P_w平衡时即产生移动距离(S₁)或(S₂)……。解除制动：滑件(2)在P_W的作用下回到右边的限位，S值＝0。滑件移动距离S与减速度成正比。因为由 

的F的反作用力-F作用于产生S，所以 

由F与-F同时产生，同时增减，同时消失的同时性来完成即时识别 

紧急制动由-F作用于滑件(2)产生S′信号即时转保压时间 

计算S_0V先识别实时各类路面：算出S_0V＜S₀″超平路允差而S不变，是下坡；算出S_0V＞S₀″超平路允差而S不变，是上坡；算出S_0V≈S₀″而S也较稳定，是 

未变的平路，由实时值S_D直接转换为S_C或计算S_C来修正上下坡的S；制动过程依据 

所设定的或计算的减速度斜率，计算任一时刻S_0V增减来识别 

的增减：算出S_0V、S都在允差范围内变化，是 

未明显变化；算出S_0V增超允差 而S也变，是从高 进入低 

算出S_0V减超允差而S较稳定，是从低 进入高 

由增减压 时间使S₀″+S₀-S₀＝S₀″或≠S₀″(即1+X-X＝1或≠1)来识别ε＝1或≠1，当有1+X-X≠1超允差时，依据≠1之差的大小相应修正S值，直至得1+X-X≠1之差在允差内即转为S₀″值的定值保值输出，这样电子控制器依据S′自识别精修正S、S₀″和持续控制S₀″输出的汽车、摩托车、电动车防抱死制动即实现。各种路面、工况，检查S₀″是否超允差的间隔时间最大值tmax，应选定在不会发生侧滑的试验时间界限内或车轮转角度的最大值界限内，这样就能实现S₀″超允差的及时发现和修正的主动防侧滑的防抱死制动。由一侧的轮速＜另一侧的轮速减压修正无效来识别转向制动。因S′产生产于各轮 

的合力的-F，所以依据S′精修正S、S₀″对前、后、左、右轮处不同 

的平路和上下坡都能适用。与已公布的申请号：201110123021.9对比：增补从低 

进入高 

或从高 

进入低 

的识别修正方法，使平路、上下坡路、转弯路有更全面的精确识别、修正，持续控制S₀″输出。使普遍认为持续控制S₀″相当困难或不可能成为能。 

与新一代ABS对比，能简化结构、减少成本、又能提高性能：因依据≠1之差大小相应修正S值，在不会发生侧滑的时间界限内，能使S₀″超允差及时发现和修正，并控制S₀″持续输出，已能使附着力得到充分利用和不会发生侧滑的主动防侧滑，所以可相应省去电子制动力分配系统EBD的全部或大部份结构和相应程序、省去电子稳定系统ESP的全部或部份结构(例如：感知纠正侧滑的侧滑转感器和侧 向加速度传感器等)和修正程序，省去已侧滑的全部识别和修正程序。 

本发明由以下举例和实施例及附图作进一步说明 

不同路面、车速有不同的 的合阻力的合理值F_max和相对应的S₀″： 

例1：光滑的冰路面：咬合阻力和Q值都较微小，当摩擦温度随S₀增加到冰面溶化为有水层时， 

即相应降低，方向稳定性变差，制动距离S_T增加，所以S₀″的临界值较低，因此冰路的S₀″应选择略＞0的微滑移率就能实现峰值性能ε＝1的S_T″； 

例2：对于咬合阻力和Q值都较大的路面：摩擦温度需随S₀增加到把胎面磨损物从粉粒状溶化为粘胶状，粘贴在路面上，才能使胎、路接触面的粗糙度降低， 减少，S_T增加，胎面溶化临界值的S₀″远＞冰面溶化临界值的S₀″，所以S₀″的临界值较高，应选择较高的S₀″来实现峰值性能ε≥1的S_T″； 

例3，较湿的坭土路面：滑移率达到一定值，路面就会稀化成坭浆状的润滑剂，使 

降低，S_T增加，所以S₀″的临界值也不同。 

上述3例就是不同路面有不同S₀″的特性实例，任一路面都有它的合理值Q(F_W)的相对应的临界值S₀″和S_T″，超过临界值的滑移率越大，方向稳定性就越差，按式(5)方法试验出不同 V_b临界值S₀″的斜率进行控制，就能全面实现峰值性能的S_T″。 

实施例1是平路 

的即时识别原理。 

图1中虚线右是平路F的反作用力-F作用于滑件(2)产生 

原理图，虚线左边是现有技术例引用图。 

平路 的即时识别原理：紧急制动，只要制动器的功能正常，都会产生式(1) 

时：减速度仪的滑件(2)在导轨(1)的导向下向左移动，克服弹簧(3)的弹力P_W，当-F与P_w平衡时即产生移动距离(S₁)或(S₂)……。解除制动：滑件(2)在P_W的作用下回到右边的限位，S值＝0。滑件移动距离S与减速度成正比。因为由 

的F的反作用力-F作用于产生S，所以 

平路减速度值S的即时识别依据： 

作用力与反作用力同时产生，同时减增，同时消失的同时性来识别，其中路面制动力是作用力F；滑件(2)克服弹力P_W向左移动S₁或S₂……是反作用力-F。 

图1中：(A)箭头的方向是作用力F的方向，(B)箭头的方向是反作用力-F的方向(即行车方向)，-F是F的比例引出值： 

即 

式中：G-整车重量；    m-滑件重量。 

车体速度由 

的-F作用于产生S′值来实现即时识别： 

∵ $-F=\mathrm{ms}={\stackrel{\‾}{p}}_w---\left(7\right)$

∴ $-F=\mathrm{ms}={\stackrel{\‾}{p}}_w=s^{\′}---\left(8\right)$

式中： 

-作用于滑件m向左移动S₁或S₂…的-F与P_W的平衡力； 

S′-P与 

始平衡＝-F与P_w平衡始信号滑件移动的距离。 

产生S′始信号的即时V₀，就是实时路面计算S_0V的V_b参考值，即 

$S_{0V}=\frac{V_b-V_0}{V_b}\×100\%$

依据即时参考值的V_b，按 设定的减速度斜率，即可计算出任一时刻的S_0V。 

由F与-F的同时性来确保S′时的即时轮速作车速参考值的即时识别，对各种 

上下坡、左右轮处不同 

路面及转弯制动都适用。 

此时：S′≠S；S′≠S″； 

S″为S′的修正值。 

因S′是产生于平路与上下坡有差距未识别修正前的值，所以S′≠S； 

因S″是产生于各种路面经过识别修正的峰值S₀″的值，所以S″等于或优于S。因为持续控制S₀″等于持续控制Fmax等于控制S_T″ 

代入式(5)即 

实施例2是上下坡减速度值S与平路差距的识别、试验和修正方法 

图2是坡度i与坡道角换算图 

坡道角45°，相对应的i为100°，道路实际坡道角远＜45°。 

基本原理：坡路因重力分力P_i的作用，其S值与平路有差距(S_B)，其中：上坡会作用于S比平路有额外的虚减小；下坡会作用于S比平路有额外的虚增加，差距的增减与坡度i成正比。 

$i=\frac{h}{l}\×100---\left(10\right)$

式中：(h)是坡高，(i)是水平线长。 

图3：是上坡作用于S值从实线S_C虚减小到虚线S_D示意图 

图4：是下坡作用于S值从实线S_C虚增加到虚线S_D示意图 

差距(S_B)以平路的S与S₀″作比较量来识别和修正： 

上坡的识别和S值的修正方法 

设上坡₊i：重力作用于S值比平路有额外的虚减小值为(S_B)，相对应的应增加修正值为S_C。额外差距(S_B)即 

S_C-S_D＝S_B        (11) 

S_C＝S_D+S_B

上坡差距修正值的试验方法和确定 

按 

的₊i，路试或模拟台试：试验出例如5°……50°…的S_D对比平路S的应增修正值S_C，依据试验数据斜率计算、确定 

不同坡度相对应的应增修正值S_C1、S_C2……，制定S_D相对应S_C的增值修正表作软件，由电子控制器完成修正。 

上坡的识别方法 

上坡由式(2)计算出S_0V＞S₀″超平路允差来识别： 

当计算出S_0V＞S₀″超平路设定允差时，即证明是上坡，S_0V＞S₀″的值越大，上坡的坡度也越大，反之则越小，这样上坡的自识别即完成。 

上坡额外差距的修正方法 

当证明是上坡时：指令按S增值修正表直接把S_D1、S_D2……转换为相对应的S_C1、S_C2……，这样不同₊i的自识别自修正S值即完成。 

下坡的识别和S值的修正方法 

下坡的识别方法 

下坡由式(2)计算出S_0V＜S₀″超平路允差来识别： 

下坡-i：重力的分力作用于S值比平路有额外的虚增加值， 

当计算出S_0V＜S₀″超平路设定允差时，即证明是下坡，S_0V＜S₀″的值越大，下坡坡度也越大。反之：则越少，这样下坡的自识别即完成。 

设下坡作用于S值比平路有额外的虚增值为S_B，相对应的应减小修正值为S_C，额外差距S_B即： 

S_D-S_C＝S_B    (12) 

S_C+S_B＝S_D

下坡额外差距的修正方法： 

下坡的修正值与上坡相反，当证明是下坡时：指令按修正表直接把S_D1、S_D2……转换为S_C1、S_C2……，这样不同-i的自识别自修正S值即完成。 

下坡差距修正值的试验方法和确定与上坡相同。 

实施例3是直控ε＝1的S₀″防抱死制动方法和≠1的自识别自修正方法 

直控ε＝1的防抱死制动方法：采用《自记式制动仪》原理的重块移动距离S与减速度成正比的减速度仪，重块移动的导向可以是刚性导轨，也可以是弹簧平衡力悬架或磁力轨，减速度仪固定在车上的适当部位，以平路制动时减速度仪的重块克服弹力向前移动S为减速度 基准值，把不同 路面制动时成正比的前移距离(S₁)或(S₂)……用电信号输入电子控制器(5)，电子控制器(5)即依据实时的(S₁)或(S₂)……信号与 

或 

……对号入座，按ε＝1设定的减速度斜率计算、控制任一时刻的S₀″，指令压力(液压或气压)调节器按S₀″所需调节制动力： 

精识别精修正方法由如下ε≠1的自识别自修正方法给出 

平路ε≠1的自识别自修正方法：以各种平路按式(5)定义试验得S₀″作滑移率的基准值1，指令压力调节器(4)按设定时间增压，试验S₀″+X(S₀)值即转为减压-X(S₀)值，分别试验测定+X-X的时间 

又以 

为时间的基准值，在任一S值变值、定值后分别按设定间隔时间进行 

时间的增减压，验证S₀″相应增减X(S₀)值来识别S定值是否精确，此时：如S₀″+S₀-S₀＝S₀″即 

1+X-X＝1(13) 

即证明实时路面是平路、减速度自定值S精确，此后即转入S₀″的定值保值，这样平路得实际效果ε＝1的防抱死制动即实现； 

如1+X-X≠1(14) 

即说明S自定值偏大或偏小之差＞或＜超±允差，应进行相应增减S来修正，直至1+X-X＝1或≠1在允差内为止，此止：证明平路ε≠1的自识别自修正S值的防抱死制动即实现； 

如1+X-X＝1但S₀＜或＞S₀″超±允差时，说明是制动力偏大或偏小，应进行增减压来修正，直至S₀＝S₀″或≠S₀″在允差内为止，此止：证明ε≠1的制动力自识别自修正即实现； 

从低 

进入高 

的自识别自修正自验证方法 

从低 

进入高 

S₀必然超‘-’允差：例如从 

进入 

时，与此同时 

已从 

的 增加到 

的 

但P仍处于 

的相应控制值未增加，所以S也处在S₁的值位未增加，此时：因P未增加，所以 

S₀＜S₀″必然会超‘-’允差； 

相反：如S₀未超允差，即证明高、低 之差处在可忽略不计的允差范围之内。 

特性识别和调压、修正：当计算出S_0V＜S₀″超允差即指令增压，在增压的同时，如 

证明已处从低 

进入高 

的过程，应持续增压至出现相对应的S′₇即转为保压，与此同时：指令转入按 

的ε＝1设定的减速度斜率计算、控制任一时刻 

相对应的S₀″的核对和修正，至此从低 

进入高 

的自识别、自调压、自修正相对应的S₀″即完成； 

精修正和验证：检查此修正的S₀″与实时路面ε＝1的S₀″是否相符，再按平路的直控S₀″+S₀-S₀是否＝S₀″作比较量进行精识别、精修正，直至1+X-X＝1或≠1在允差内为止。 

这样从低 

进入高 

的精识别、精修正、自验证得ε＝1的防抱死制动即实现； 

从高 

进入低 

的自识别自修正自验证方法 

从高 

进入低 

S₀必然超‘+’允差：例如从 

进入 

时，与此同时 

即从 

的 

减小到 的 

S值也同时随 

减小而自动从S₇减小到S₁，但P仍处 

的相应控制值未减小，此时： 因P未减小，所以 

S₀＞S₀″必然会超‘+’允差； 

相反：如未超允差，即证明高、低 

之差处可忽略不计的允差范围之内。 

特性识别和调压、修正： 

证明已处从高 进入低 

过程，当S减小到出现S′₁时，即指令按 

进行减压，与此同时：指令转入按 

的ε＝1设定的减速度斜率计算、控制任一时刻 

相对应的S₀″的核对和修正，至此从高 

进入低 

的自识别、自调压、自修正相对应的S₀″已完成； 

精修正和验证：检查此调整的S₀″与实时路面ε＝1的S₀″是否相符，再按平路的直控S₀″+S₀-S₀是否＝S₀″作比较量进行精识别、精修正，直至1+X-X＝1或≠1在允差内为止。 

这样从高 

进入低 

的精识别、精修正、自验证得ε＝1的防抱死制动即实现； 

左右轮处不同 

路面ε≠1的自识别自修正自验证方法 

该路面的识别和修正方法分别与平路和平路的上下坡路相同。 

转向制动的识别与调压 

当产生S′或S″时，两侧的前后轮如有一侧的轮速小于另一侧的轮速进行减压修正无效时，即说明是转向制动，两侧轮速之差越大，转向半径越小，作用于侧滑和不安全隐患的离心力也越大。 

转向制动的峰值滑移率 

计算值：内轮＞外轮，应依照式(3)(4)(5)路试加推导来确定 

的最优范围。 

当识别是转向制动时，应按转向的 来调压控制保值输出，也 可转换为高频点刹来控制 

的保值输出，点刹频率由试验来确定。该点杀保值输出方法也可应用于控制S₀″的保值输出。 

实施例4是重块(滑件)移动距离与减速度成正比应用实例：<自记式制动仪>。 

实施例5、6分别由已公布的申请号：201110123021.9的实施例1、2给出。 

实际效果参考现行防抱死制动性能试验标准的Zmax来试验确定： 

路面最大制动力Fmax，参考无侧滑的最大制动因素Zmax法定试验次数平均值Zm来确定。 

峰值滑移率S₀″，为Zmax等动态等效无侧滑的实际滑移率法定试验次数的平均值，此平均值的最大值和最小值为S₀″±允差。 

峰值制动距离S_T″，为Zmax等动态等效的S₀″的初速度至停车的制动距离法定次数平均值，以S_T″为ε＝1的防抱死制动性能。 

全文所述的值不变是相对不变，而不是绝对值不变，各控制值1都是近似值，都以能实现峰值性能范围的要求为指标。 

Claims (8)

1.路面相对应峰值滑移率自识别精修正和持续控制方法-B，其特征在于先路试出平路

相对应的峰值滑移率S₀″作基准值；试验和导出上下坡不同坡度的减速度值S_D与平路S的差距S_B、应修正值S_C，紧急制动由F的反作用力-F作用于重块产生始滑移信号S′即时转保压

时间计算S_0V先识别实时各类路面：算出S_0V≈S₀″而S也较稳定，是

未变的平路；算出S_0V＜S₀″超平路允差而S不变，是下坡；算出S_0V＞S₀″超平路允差而S不变，是上坡；由实时值S_D直接转换为S_C或计算S_C来修正上下坡的S；制动过程依据

所设定的或计算的减速度斜率，计算任一时刻S_0V增减来识别

的增减：算出S_0V、S都在允差范围内变化，是

未明显变化；算出S_0V增超允差而S也变，是从高

进入低算出S_0V减超允差而S较稳定，是从低

进入高

由增减压

时间使S₀″+S₀-S₀＝S₀″或≠S₀″(即1+X-X＝1或≠1)来识别ε＝1或≠1，当有1+X-X≠1超±允差时，依据≠1之差的大小相应修正S值，直至得1+X-X≠1之差在±允差内即转为S₀″值的定值保值输出，这样电子控制器依据S′自识别精修正S、S₀″和持续控制S₀″输出的汽车、摩托车、电动车等机动车防抱死制动即实现。

2.按权利要求书1所述的路面相对应峰值滑移率自识别精修正和持续控制方法-B，其特征在于还可有主动防侧滑方法，可省去EBD系统的全部或大部份结构，省去ESP系统全部或部份结构(例如：侧滑传感器、侧向加速度传感器等)部份结构，省去已侧滑的全部识别结构和修正程序。

3.按权利要求书1所述的路面相对应峰值滑移率自识别精修正和持续控制方法-B，其特征在于依据S′修正S、S₀″还可应用于防抱死制动性能S₀″与S″_T的试验、相互验证和检测。

4.按权利要求书1所述的路面相对应峰值滑移率自识别精修正和持续控制方法-B，其特征在于信号S′还可应用于纪录器纪录交通事故是否及时进行紧急制动的始点时间推算，进一步提高定责任的精确度和处理事故的效率。

5.按权利要求书1所述的路面相对应峰值滑移率自识别精修正和持续控制方法-B，其特征在于依据S′修正S、S₀″还可有与车速相反：车速高S₀″低、车速低S₀″高的相对应增减S₀″的自动调节和控制。

6.按权利要求书1所述的路面相对应峰值滑移率自识别精修正和持续控制方法-B，其特征在于还可相对应试验出弯道制动的峰值滑移率

的相应调节和控制。

7.按权利要求书1所述的路面相对应峰值滑移率自识别精修正和持续控制方法-B，其特征在于产生信号S′还可即时转为设定的增压时间，依据该增压时间S_0V的大小变化来识别不同

8.按权利要求书1所述的路面相对应峰值滑移率自识别精修正和持续控制方法-B，其特征在于依据S′修正S、S₀″定值后也可转高频压变来控制S₀″的保值输出。

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