0135-中型客車(chē)車(chē)門(mén)總成設(shè)計(jì)【全套6張CAD圖】
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利用只裝有車(chē)輪速度傳感器的制動(dòng)
防抱死系統(tǒng)做路面情況鑒定
摘要:
制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(ABS),是目前在汽車(chē)上得到廣泛使用的設(shè)備。 為了降低制造成本,并利用現(xiàn)有可用的技術(shù),標(biāo)準(zhǔn)ABS系統(tǒng)僅使用車(chē)輪速度傳感器檢測(cè)車(chē)輪轉(zhuǎn)速,這是不能夠直接獲取控制單元需要的車(chē)輪滑移率,但可以利用計(jì)算所得的車(chē)輪角速度和估計(jì)的車(chē)速間的關(guān)系來(lái)計(jì)算參考滑移率。因此,道路摩擦系數(shù),它決定了車(chē)輛在緊急剎車(chē)時(shí)的減速度, 是一個(gè)估算汽車(chē)速度的重要參數(shù)。本文分析了在不同路面情況下模擬緊急制動(dòng)時(shí)車(chē)輪的加速度,并選擇一對(duì)特殊的點(diǎn)來(lái)確定車(chē)輪加速曲線在每個(gè)不同的操縱情況下,比如路面情況,制動(dòng)扭矩和車(chē)輪的垂直載荷。它是建立在每個(gè)用試點(diǎn)做出的針對(duì)不同路面的曲線明顯不同于其他路面。 因此,不同的路面可以用這些點(diǎn)來(lái)區(qū)分,這些點(diǎn)反映了他們所代表的路面情況。分析假設(shè)只有車(chē)輪速度傳感器是可利用的儀器并且道路附著情況可以在緊急制動(dòng)的開(kāi)始初期階段確定。
關(guān)鍵字: 制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(ABS);路面情況鑒定; 車(chē)輪角加速; 輪胎特性
介紹
對(duì)制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(ABS)來(lái)說(shuō),道路附著情況是最重要的因素之一。 標(biāo)準(zhǔn)ABS系統(tǒng)可以在制動(dòng)時(shí)確定道路附著情況,并且確定道路摩擦力是高 (瀝青路面)、或低(雪、冰路面),然后由控制單元激活相應(yīng)的邏輯控制系統(tǒng)。 只有車(chē)輪速度傳感器在標(biāo)準(zhǔn)ABS系統(tǒng)中可以確定路面情況,不需要其他需要傳感器的幫助。 道路情況鑒定是當(dāng)前汽車(chē)控制研究領(lǐng)域的一個(gè)熱門(mén)主題,但研究人員通常采用額外的除車(chē)輪速度傳感器以外的可用的設(shè)備來(lái)測(cè)量汽車(chē)運(yùn)動(dòng)及其他國(guó)家參數(shù)來(lái)持續(xù)監(jiān)測(cè)道路狀況。但是標(biāo)準(zhǔn)ABS系統(tǒng)只需要在制動(dòng)初期階段確定道路狀況,并獲得路面信息,以確定其控制單元的必需操作。 顯然,標(biāo)準(zhǔn)ABS系統(tǒng)不要求太精確的鑒定,因此只需要較少的儀器和費(fèi)用。但是,這種道路情況鑒定方法并不明確。 本文正是研究在標(biāo)準(zhǔn)ABS系統(tǒng)下的道路情況鑒定方法。
分析的依據(jù)是通過(guò)測(cè)量車(chē)輪角速度所得的車(chē)輪角加速度。 因?yàn)檩喬ヅc路面在不同路面上的磨擦特性不同,所以,,在不同道路表面上車(chē)輪制動(dòng)時(shí)的反應(yīng)也不同,因此車(chē)輪制動(dòng)反應(yīng)研究必須包括路面附著信息。所以我們模擬車(chē)輪制動(dòng)情況,并在車(chē)輪加速曲線上選擇兩個(gè)典型數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)區(qū)分不同的路面。并討論了測(cè)量中的不確定因素的影響。
1建模
四分之一的汽車(chē)模型(表1)使用的是Dugoff輪胎模型。輪胎滑動(dòng)摩擦力的最大值 (即附著系數(shù))對(duì)不同的路面是不同的,如干燥瀝青路面0.8-0.9,濕瀝青路面0.5-0.7,積雪路面約0.2%,冰面0.1。此外,當(dāng)滑移率從零開(kāi)始增大時(shí),摩擦系數(shù)隨之增加的速度是不同的。特別是在冰雪路面上的摩擦系數(shù)增加速度遠(yuǎn)低于在瀝青路面上。在路面摩擦系數(shù)達(dá)到最大前控制單元對(duì)路面情況作反映之時(shí),這一特點(diǎn)是很重要的。當(dāng)摩擦系數(shù)接近最大值時(shí),控制單元開(kāi)始調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力。一般而言,摩擦系數(shù)隨著滑移率增加的速度在瀝青路面上至少是在雪或冰路面上的兩倍。 為了反映此差異,在瀝青路面上的曲線的初始階段的斜率應(yīng)該為雪地路面上的兩倍。如果此差異更大,以此假設(shè)得出的結(jié)果將會(huì)更加可信。
圖一 四分之一汽車(chē)模型
一階制動(dòng)模型為: dTp/dt=(Tp-Tb)/ て (1)
其中TP是施加的制動(dòng)扭矩,Tb是.實(shí)際的制動(dòng)扭矩,て是制動(dòng)常量。
2結(jié)果和討論
四分之一汽車(chē)模型的滿(mǎn)載重量是400公斤。最大的制動(dòng)扭矩為1000nm,在理論上可以產(chǎn)生足夠的車(chē)輛減速度為1g。 在雪地路面上(0.2),最大的地面制動(dòng)扭矩是200nm,所以若施加制動(dòng)扭矩超過(guò)200nm,車(chē)輪將抱死。在濕瀝青路面上(0.5),最大的地面制動(dòng)扭矩是500nm,所以車(chē)路將在施加制動(dòng)扭矩超過(guò)500nm時(shí)抱死。圖二表示的是在濕瀝青路面(0.5)和雪地路面(0.2)上不同制動(dòng)扭矩下的車(chē)輪減速度曲線。在每種情況下,施加的制動(dòng)扭矩都高到足以抱死車(chē)輪。在任何路面條件下,增加制動(dòng)扭矩都導(dǎo)致車(chē)輪減速度快速增大,并使滑移率增大。 在雪地路面上,當(dāng)制動(dòng)扭矩很大時(shí),車(chē)輪速度降低比在瀝青路面上更快。因此當(dāng)?shù)缆飞嫌醒└采w時(shí),該系統(tǒng)可以很容易判斷出。但是,當(dāng)制動(dòng)扭矩不是很高但足以引起車(chē)輪抱死時(shí),車(chē)輪減速的過(guò)程就類(lèi)似于在瀝青面上,控制單元就不能判斷出遇到的是何種路面。這時(shí)需要作進(jìn)一步分析。
----------------雪地路面 濕瀝青路面
圖二:在瀝青路面和雪地路面上不同制動(dòng)扭矩下的車(chē)輪減速度。
在圖2上的每一條減速度曲線上都可以用兩個(gè)點(diǎn)來(lái)描述該曲線。第一個(gè)是減速度在0.05s時(shí),另一個(gè)是減速度達(dá)到– 50 rad/s2時(shí)。(制動(dòng)從0時(shí)開(kāi)始) 我們提到的這些是加速度時(shí)間曲線確定的標(biāo)準(zhǔn)用這些點(diǎn)做出曲線定義為加速度時(shí)間曲線。圖三是最大地面的制動(dòng)力矩為900,700,500和200時(shí),在瀝青路面(0.9,0.7和0.5)和雪地路面(0.2)上做出的加速時(shí)間曲線 。曲線之間沒(méi)有相交表明加速度時(shí)間曲線確定的標(biāo)準(zhǔn)符合特殊的路面情況或最大的地面制動(dòng)力矩。
前面的分析是假設(shè)的一輛滿(mǎn)載汽車(chē)。如果車(chē)輪垂直載荷變化,車(chē)輪運(yùn)動(dòng)情況也會(huì)有所不同,所以會(huì)產(chǎn)生不同的加速度時(shí)間曲線。 圖四中是半載的車(chē)輪在瀝青路面(0.9和0.5)和雪地路面(0.5)上做出的三條加速度時(shí)間曲線和滿(mǎn)載時(shí)的曲線。他們的最大地面制動(dòng)力矩為450,250和100Nm。 假設(shè)一條加速度時(shí)間曲線是在車(chē)輪局部負(fù)荷即在半載和滿(mǎn)載之間在瀝青路面(0.9)上做出的那么它將位于制動(dòng)力矩為900NM和450NM的曲線之間,那么部分負(fù)荷曲線將與制動(dòng)力矩700nm和500nm的曲線相似。因此,加速度時(shí)間曲線的標(biāo)準(zhǔn)不符合的路面情況但符合最大地面制動(dòng)力矩。 由此可以看出,車(chē)輪反映取決于施加的制動(dòng)扭矩和道路摩擦潛力(地面制動(dòng)力矩)。如果車(chē)輪負(fù)載變化并不大,如轎車(chē),滿(mǎn)載的車(chē)重不等于空載車(chē)重的兩倍,這時(shí)在瀝青路面和雪地路面上的加速度時(shí)間曲線無(wú)論在任何操作情況下都將不會(huì)相交。 在這種情況下,可以用加速度時(shí)間曲線的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)分辨出瀝青路面和雪地路面。
圖三:在四中路面情況下的車(chē)輪加速度時(shí)間曲線
t: 時(shí)間 在0.05s時(shí) a: 加速度 在 -50rad/s2
圖四:滿(mǎn)載和半載情況下的車(chē)輪加速度時(shí)間曲線
t: 時(shí)間 在0.05s時(shí) a: 加速度 在 -50rad/s2
3結(jié)論
本文分析了車(chē)輪加速度與路面情況以及車(chē)輪負(fù)荷之間的關(guān)系。 建議采用的車(chē)輪加速時(shí)間標(biāo)準(zhǔn),可以用一個(gè)帶有控制單元的車(chē)輪速度傳感器來(lái)測(cè)出??梢苑从吵鲇陕访媲闆r和車(chē)輪負(fù)載決定的道路摩擦潛力。對(duì)轎車(chē)來(lái)說(shuō),,標(biāo)準(zhǔn)甚至可以確定路面情況,即確定車(chē)輪是與瀝青路面還是雪地路面相接觸。
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