专利名称：基于减速度的车辆最优制动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及车辆防抱死制动技术，具体的说是车辆制动过程最优控制技术，属汽车附件领域。
背景技术：
汽车防抱死制动系统(ABS)是在常规制动装置的基础上发展起来的一种高效制动系统。未装ABS的汽车在紧急制动时，汽车车轮会产生抱死现象，使制动距离延长，方向失控而侧滑，跑偏，甚至掉头，极易产生交通事故，在湿滑路的条件下，上述现象更为严重。装有ABS的汽车在紧急制动时，在相同的条件下，车轮不会抱死，从而缩短了制动距离，提高了行驶方向的稳定性，减少了交通事故的发生。
现以目前采用最多的滑移率控制方法来阐述ABS的基本工作原理。车辆在制动时，在惯性力所产生的力矩和由地面摩擦力所产生的力矩相互作用下，轮胎相对于地面的运动由纯滚动变为滚动加滑动。我们用滑移率来表征轮胎的滑动程度。有研究表明，随着车轮滑移率增大，纵向路面附着系数急剧增大，侧向路面附着系数减小，当滑移率增大到一定的数值后，纵向路面附着系数达到最大值(雪路面除外)而侧向路面附着系数在减小到一定程度后便基本保持不变(冰路面除外)。
最佳的制动方式，是让车辆在各种路面条件下，都能保持最大纵向路面附着系数，并保持一定的侧向路面附着系数。在这一情况下的滑移率称为最佳滑移率。根据路面条件的不同，最佳滑移率从8％到18％不等。
目前车辆防抱死制动系统控制方法，主要有四种。见附表1。
由附表1可见，理想的控制方法应是“以制动器耗散功率最大为目标的ABS控制方法”，但是由该法所组成的防抱死制动系统，需要速度，制动压力等传感器，控制方法复杂，计算量大，通用性一般，安装麻烦，价格昂贵，不利于普及。
发明内容
本发明的目的是提供一种价格低廉，安装简便，采用最优控制方法，制动效能突出的车辆最优制动系统，从而为降低交通事故作出贡献。
为达到上述目的，本发明提出了基于减速度的最优控制方法。以减速度为控制对象，在整个制动过程中，设法使减速度始终保持在最大值附近，并同时兼顾侧向附着力，从而间接地把制动距离自动地向该路面条件下可能的最短稳定制动距离无限逼近。
具体的系统工作原理如附图1所示，当嵌入式微处理器系统[1]在检测到制动信号后，延时若干毫秒，对纵向减速度传感器[6]及侧向加速度[7]进行采样，经计算后得纵向减速度ah及其导数h，侧向加速度ay及其导数y。微处理器根据ah、h和ay、y的符号和大小，通过内置最优控制方法，计算出一个新的控制量，以PMW的形式输出，经驱动电路[2]驱动后，去控制电磁阀[3]的开口状态，从而控制了作用在制动器[4]上的制动力矩，而制动力矩作用在车身[5]上后，令车身的制动状态产生变化，该变化再通过纵向减速度传感器[6]及侧向加速度传感器[7]反馈到微处理器系统[1]内，使微处理器开始进行新一轮控制周期的工作。如此反复，使车身的纵向减速度的值始终保持在最大值附近，并同时兼顾侧向附着力，以防止侧滑和保证有转向能力，实现最优制动的目的。为避免系统产生震荡，须人为地设定一个响应死区。
若要求不高的话，本系统也可去掉侧向加速度传感器，从而形成除纵向减速度传感器外，没有其他任何传感器的简易车辆最优制动系统。
本发明与现有技术相比，由于以减速度为直接控制对象，以纵向减速度和侧向加速度有机结合后的值为控制目标，因而具有以下优点1、价格低廉。因为本发明除用减(加)速度传感器外，没有其他任何传感器，省了车速传感器、车轮传感器这二个一般ABS系统中必不可少，但又价格较贵的传感器，而相对于以“最大制动器耗散功率最大为目标的ABS”，还省了压力传感器。另外，传感器的减少，也带来了采样通道的减少及计算量的减少，从而可以采用廉价的微处理器。
2、有充分的理论依。由式S＝v0t-(aht2)/2可知，S反比于ah，故当ah取最大值时，S取最小值(式中，S制动距离。v0制动时车辆初速。t制动过程所用的时间。ah车身瞬时纵向减速度)。而在制动过程中，由于综合考虑了侧向加速度的影响，故能保证稳定的行驶方向。
3、路面条件自适应。系统采用最优控制方法，在每个控制周期中，根据ah、h和ay、y的符号和大小，自动进行最优解的搜索，故有路面自适应能力。
4、通用性好。理论上，控制效果与被控制车辆的车型无关。
5、安装维护方便。目前一般的ABS系统，除要加刹车控制器和ECU外，还需要装车速传感器、轮速传感器和齿圈，安装不方便，特别是在改装的情况下，本发明只要减(加)速度传感器即可。
6、控制实时性好，工作可靠。由于取消了大量传感器，并采用了运算量相对较少的方法后，缩短了控制周期，提高了系统的实时性，使系统能更好地跟踪控制车身的减速度。传感器的减少还使外界串入的电磁干扰信号减少，使微处理器工作更可靠。
附表1目前主要四种车辆防抱死制动系统控制方法及其优缺点；附图1为本发明的工作原理框图；附图2为利用本发明组成的最简摩托车智能防抱制动系统的原理框图。
附图3为利用本发明组成的汽车智能防抱制动系统的原理框图。
实施案例以下是本发明的实施案例，但本发明不限于该三个案例。
应用案例1标准摩托车智能防抱制动系统。为实现本发明的目的，系统工作原理框图如附图1所示。主要设计思想是当嵌入式微处理器系统[1]在检测到制动信号后，延时若干毫秒，对纵向减速度传感器[6]及侧向加速度[7]进行采样，经计算后得纵向减速度ah及其导数h，侧向加速度ay及其导数y。微处理器根据ah、h和ay、y的符号和大小，对现有的控制量进行调整，通过内置最优控制方法的计算出一个新的控制量，以PMW的形式输出，经驱动电路[2]驱动后，去控制电磁阀[3]的开口状态，从而控制了作用在制动器[4]上的制动力矩，而制动力矩作用在车身[5]上后，令车身的制动状态产生变化，该变化再通过纵向减速度传感器[6]及侧向加速度传感器[7]反馈到微处理器系统[1]内，使微处理器开始进行新一轮控制周期的工作。如此反复，使车身的纵向减速度的值始终保持在最大值附近，并同时兼顾侧向附着力，以防止侧滑和保证有转向能力，实现最优制动的目的。为避免系统产生震荡，须人为地设定一个响应死区。
嵌入式微处理器系统[1]采用PIC 16C63作为微处理器；减、加速度传感器[6]、[7]采用电感式减(加)速度传感器；微处理器经光电隔离器控制驱动电路；驱动电磁阀[3]的电路采用IRF640场效应管作为功率驱动管；电磁阀[3]为自行设计的简易电磁阀，能实现开口大小可调，自动回油等功能。
应用案例2最简摩托车智能防抱制动系统。为进一步降低价格，可把侧向加速度传感器[7]省略，组成最简摩托车智能防抱制动系统。在这种情况下，除最优控制方法部分有所改变外，其余部分不变。
为实现本发明的目的，系统工作原理框图如附图2所示。主要设计思想是当微处理器系统[2.1]在检测到制动信号后，延时若干毫秒，对纵向减速度传感器[2.6]进行采样，经计算后得纵向减速度ah及其导数h。微处理器根据ah、h的符号和大小，对现有的控制量进行调整，通过内置最优控制方法的计算出一个新的控制量，以PMW的形式输出，经驱动电路[2.2]驱动后，去控制电磁阀[2.3]的开口状态，从而控制了作用在制动器[2.4]上的制动力矩，而制动力矩作用在车身[2.5]上后，令车身的制动状态产生变化，该变化再通过纵向减速度传感器[2.6]反馈到微处理器系统[2.1]内，使微处理器开始进行新一轮控制周期的工作。如此反复，使车身的纵向减速度的值始终保持在最大值附近，实现最优制动的目的。为同时兼顾侧向附着力，防止侧滑和保证有转向能力，应当尽量把纵向减速度控制在最大值以下。为避免系统产生震荡，须人为地设定一个响应死区。
嵌入式微处理器系统[2.1]采用PIC 16C63作为微处理器；减速度传感器[2.6]采用电感式减速度传感器；微处理器经光电隔离器控制驱动电路[2.2]；驱动电磁阀[2.3]的电路采用IRF640场效应管作为功率驱动管；电磁阀[3]为了自行设计的简易电磁阀，能实现开口大小可调，自动回油等功能。
应用案例3汽车上的应用。为实现本发明的目的，系统工作原理框图如附图3所示。主要设计思想是当嵌入式微处理器系统[3.1]在检测到制动信号后，延时若干毫秒，对纵向减速度传感器左[3.6]、纵向减速度传感器右[3.7]、方向盘转角传感器[3.9]及侧向加速度[3.8]进行采样，经计算后得各自的数据及其导数。微处理器根据数据及其导数的符号和大小，通过内置最优控制方法，计算出一组新的控制量，以PMW的形式输出，分别经驱动电路组[3.2]驱动后，去控制电磁阀组[3.3]的开口状态，从而控制了作用在制动器组[3.4]上的制动力矩，而制动力矩作用在车身[3.5]上后，令车身[3.5]的制动状态产生变化，该变化再通过纵向减速度传感器[3.6]、[3.7]及侧向加速度传感器[3.8]反馈到微处理器系统[3.1]内，使微处理器[3.1]开始进行新一轮控制周期的工作。如此反复，使车身[3.5]的纵向减速度的值始终保持在最大值附近，并同时兼顾侧向附着力，以防止侧滑和保证有转向能力，实现最优制动的目的。为避免系统产生震荡，须人为地设定一个响应死区。
嵌入式微处理器系统[3.1]的MCU采用TI的DSP芯片TMS320F240。
权利要求
1.一种车辆防抱死制动系统，其特征在于以车身减速度(或加速度)作为直接控制对象。
2.根据权利要求1所述的汽车防抱死制动系统，其特征在于采用最优控制方法，在整个制动过程中，在兼顾侧向加速度的前提下，以获得最大纵向减速度为目标。
3.根据权利要求1或2所述的汽车防抱死制动系统，其特征在于整个系统除了减速度(或加速度)传感器外，没有另外类型的传感器。
4.根据权利要求1或2所述的汽车防抱死制动系统，其特征在于嵌入式微处理器系统[1]在检测到制动信号后，经适当延时，对纵向减速度传感器[6]和侧向加速度传感器[7]进行采样，计算出相应的减速度及加速度，然后根据它们的符号及大小，经内置最优控制方法运算后，对现有的控制量进行调整，以PWM的形式输出，经驱动电路[2]去控制电磁阀[3]的开口的状态，从而控制作用在制动器[4]上的制动力矩，以达到把车身[5]控制在最优制动状态的目的。
5.根据权利要求1或2所述的汽车防抱死制动系统，其特征在于整个防抱死制动系统可采用除一个纵向减速度传感器之外没有其他任何传感器的方法，来实现一个独立的廉价ABS系统；也可以采用一个或几个纵向减速度传感器和一个或几个侧向加速度传感器来组成一个传感器组，从而实现一个复杂的ABS系统。
全文摘要
本发明是一种车辆防抱死制动系统，属车辆附件。本发明的目的是提供一种价格低廉，安装简便，采用最优控制方法，制动效能突出的车辆最优制动系统。提出了基于车身减速度作为直接控制对象的最优控制方法。整个系统除一个或几个减(加)速度传感器外，没有另外类型的传感器，从而大大地节约了成本，同时性能却获得了一定的提高。本发明用于改善具有液压制动系统的交通工具的制动性能。
文档编号B60T8/00GK1562682SQ20041001773
公开日2005年1月12日 申请日期2004年4月14日 优先权日2004年4月14日
发明者颜幸尧, 胡美君 申请人:颜幸尧