ABS路面识别中车轮保压时刻的选择

1.路面识别

在不同路面附着下车轮对应的最佳滑移率范围不同，从而导致ABS控制策略和控制目标有所不同，因此，路面识别是ABS非常关键的一个环节。

路面识别通常采用两种方法，一种是通过外加光学传感器，对采自特定路面的数字图像进行分析处理并从中抽取路面特征的方法。但是由于光学传感器对工作环境的要求较为苛刻，受外部影响的因素也较多，而且会增加ABS系统的成本，因此限制了该方法的实际应用。另一种方法是利用车辆动力学参数间接识别路面附着状况。通过轮速变化规律估计车身减速度，从而匹配相应的路面类型，因此无须附加轮速传感器之外的任何设备，从而降低了系统的复杂程度和成本，目前是ABS路面识别中的一种有效方法。

通过对比高附着路面、中附着路面、低附着路面等三种典型路面工况，试验发现控制器对车轮进行保压控制时，同种路面上车身减速度几乎为常量；同种路面上车轮减速度几乎为常量；车轮速度的斜率和车身速度的斜率几乎相等。因此，ABS路面识别的关键在于对车轮进行保压时刻的选择。

在紧急制动过程中车轮抱死，车轮纵向滑移率会由0增大至100%，此过程中地面制动力矩从零增大至峰值地面制动力矩，而后地面制动力矩略有减小，与峰值地面制动力矩对应的车轮滑移率即为最佳滑移率，与峰值地面制动力矩对应的制动力系数即为峰值附着系数，此时的制动力系数变化率为零，此时的车轮减速度的导数值（车轮减速度变化率）就是保压时刻。同时为了不使车轮在保压过程中抱死，应该适当将保压时刻提前，但是过于提前会导致可利用地面制动力矩偏小而影响制动效果。因此，保压时刻的选择既要做到在任何路面上不能抱死，又要保证较大的制动力矩。

2.车速估计

ABS由于成本、布置和信号通信等，不安装车身速度传感器，因此，对于ABS控制十分重要的车身速度信号和车轮滑移率无法直接测得，而需要根据轮速信号估计得到。参考车速估计的准确度直接影响到ABS控制效果的优劣，目前主要的车速估计方法有以下几种：

1）最大轮速法

汽车在行驶过程中施加制动时，由于车轮滑移率的存在，车轮速度小于车身速度，但四个车轮轮速的最大值最接近于实际车身速度，故将其作为车身速度的估计值。

该方法的优点是无须路面识别，且不考虑驾驶员的操作行为。缺点是所确定的参考车速由于受到轮速调节的影响，与实际车速偏差较大，导致滑移率计算误差较大；另外，在弯道行驶工况下进行制动时，内外侧车轮的速度同车身速度差别较大，利用此方法确定的参考车速偏差较大，低速时更加显著。(www.xing528.com)

2）斜率法

随着路面附着状况不同，紧急汽车制动时的平均车身减速度也不同，但在同一路面上进行紧急制动时，车身速度几乎均匀变化。通过确定初始制动速度以及车身减速度值来确定每一时刻的参考车速。

汽车在直线行驶过程中施加紧急制动，制动过程可以分为两个阶段：第一阶段为制动踏板空行程消除和制动管路压力初始建立阶段，在此阶段制动器制动力矩较小，地面制动力也较小，导致车身和车轮角减速度较小。第二阶段制动器制动力矩和地面制动力都较大，导致车身速度快速下降，但在此阶段由于地面制动力稳定，车身减速度变化较小。因此在两阶段分界点处，车轮减速度发生突变，此时的车轮速度较接近车身速度，而后车身速度几乎按直线规律减小，故可将此时的车轮速度作为初始制动速度。

该方法的优点是车身参考车速算法简单，不受弯道制动的影响。缺点是需要对路面状况进行准确识别，以确定车身的减速度值，此算法受驾驶员对制动踏板操作的影响较大，车身减速度值不易准确确定，此外在对接路面上应用该算法计算参考车速将会产生误差。

3）综合法

综合法是用最大轮速法和斜率法分别实时计算车身参考速度，选取两者的较大者作为最终的参考车速。最大轮速法和斜率法的算法都比较简单，在某些情况下，计算的结果都是很好的，但是最大的缺点就是很不稳定，适应各种制动工况和驾驶员操作行为的能力较差，所以不能单独地运用于实际控制中。但是如果能把两种方法结合起来，综合利用各自的优点，在常见路面上可以达到较好的效果。

综合法的思想是在运算过程中，综合处理最大轮速法和斜率法所计算的结果。如果当前的最大轮速大于由斜率法求得的参考车速，就把当前的最大轮速作为当前的参考车速，否则就以斜率法计算的结果作为参考车速。因为在ABS调节过程中四个车轮同时趋于抱死的几率不是很大，即使四个车轮同时趋于抱死，采用斜率法计算的车身参考速度也不会随着轮速的波动而改变。而且在制动过程中，斜率法的初始速度可以随着车轮速度的变化而不断调整，不会出现初始条件选择错误而造成后面误差的累积。该方法具有斜率法和最大轮速法的优点，不用设定制动初始速度，具有很好的稳定性和精度。但仍存在着需要路面识别，确定车身减速度的缺点，对附着系数突变路面和驾驶员操作行为的自适应能力较差。

4）自适应斜率法

自适应斜率法是根据制动防抱死过程特征估计参考车速的一种自适应算法。在计算过程中，实时调整斜率法的初始点以及修正车身参考减速度，并选取斜率法计算的车身参考速度和轮速的大者作为实时的参考车速。在ABS控制循环中的轮速回升阶段的相对最大轮速点处，对斜率法估计车身参考速度的初始点和车身参考减速度进行调整和修正。利用自适应参考斜率法解决了斜率法初始点选择困难和车身参考减速度适应性差的问题，在常遇路面、对开路面和对接路面上都可以得到较为准确的参考车速估计，具有较强的自适应性。但是，由于实际轮速信号受到噪声信号等随机因素的干扰，会导致车身参考减速度调整算法失效，从而使得在某时间段参考车速估计误差较大。