轻型汽车防抱死制动与主动前轮转向集成控制研究分析

轻型汽车防抱死制动与主动前轮转向集成控制研究分析

张顺利

安徽江淮汽车集团股份有限公司  安徽合肥  230001

摘要：目前，我国轻型汽车已经实现了智能网联和主动前轮转向功能的应用，随着汽车智能化技术的发展和普及，实现主动前轮转向功能对汽车行驶性能和安全性能有重要意义。本文通过对基于动态传感器和智能控制系统的轻型汽车主动前轮转向功能进行研究分析，以提高汽车行驶过程中对车辆性能的适应性，同时实现汽车主动前轮转向功能所需的智能化控制与行驶过程控制性能提升。本文简要介绍了某款基于主动前轮转向技术开展的轻型车防抱死制动与主动前轮转向集成控制研究进展。

关键词：汽车；防抱死；制动系统

   主动前轮转向技术：可有效解决车辆在行驶过程中抱死停车制动引起的车辆行驶特性不稳定问题，使车辆在行驶过程中更加安全可靠，并且不受道路条件影响而具有更大扭矩与制动力损失率。采用主动前轮转向技术之后，车辆在行驶过程中更加安全可靠、稳定可靠，可实现车辆在行驶过程中制动效率的进一步提高而使车辆在安全性能和舒适性方面均有较大提升。针对这一需求主要进行结构优化控制策略和优化组合方案。此外，还将开发轻型汽车行驶过程中辅助制动和辅助转向系统；研发轻量化轻型车底盘结构和动力系统及辅助控制系统。

1.传统防抱死制动算法

从上世纪90年代开始，随着汽车的不断发展，制动系统对车速和轮胎压力的要求也越来越高，而这恰恰是防抱死制动系统中最重要的一个环节。该系统首先通过减速齿轮作用到车轮，使轮胎对空气产生一定预力；其次通过一系列的压力传感器对压强进行测量并反馈给控制器，按照预设的压力值来控制相应齿轮的工作。该方法将车轮施加外力，但当其受到一定外力时，系统会自动产生相应的制动力矩。而该方法的控制效果与理论计算精度有着直接关系，其结果往往会被外界因素影响而发生较大偏离。目前国内外大多研究人员都使用此方法控制制动系统取得了较好的效果。但是对于某些车辆在不改变转速和车速情况下就能实现防抱死制动系统，将增加其能耗和排放物等成本。

2.前轮转向

目前，汽车主动式前轮转向技术可通过传感器检测到有车轮转动的迹象时，就会将车辆向一个特定方向转动，该功能主要是在车辆车轮转动时提供一个横向力，从而达到制动效果的目的，与传统前轮转向相比，主动轮转向具有显著优势。车辆在前向行驶时会在前轮上安装一个直径为150 mm的传感设备。该传感设备会在车辆起步时将车速降低40 km/h左右，从而实现提前制动。由于传感设备能够将前轮转动时施加在车速上的力传递给车轮，从而有效提高了前向制动效率。汽车前轮转矩大小会影响汽车行驶稳定性。为了提高汽车行驶性能和安全性能，因此需要研究前轮转矩大小和控制技术（包括发动机动力回馈、液压制动以及主动式前轮转向等）以提高汽车行驶稳定性和安全性。在对汽车主动式前轮转为矩时需要安装多自由度传感器进行检测以及输入、输出信号实现对车辆转动角度（即转矩大小）以及位置参数（速度）等控制功能；在对汽车主动式前轮转向技术进行研究分析时则需要对汽车控制策略进行调整与优化组合来实现汽车主动式前转向功能。

3.前轮驱动力分配和差速器

为进一步提高主动前轮转向系统的可靠性，需要研发满足主动前轮转向系统对驱动力分配系统、差速器驱动力分配系统的驱动策略。本文主要采用驱动策略的形式。驱动策略中包括两种类型：一种是单驱动桥驱动（仅输出动力不传递给差速器),另一种是双驱动桥驱动（每一驱动轴输出动力不传递给差速器）。驱动策略是针对前桥的驱动力分配和差速器的驱动力分配设计相应的驱动力分配控制策略与结构。驱动策略是基于传动轴的驱动方法和驱动轮距的驱动方法共同实施设计的。在传统驱动策略中为了实现较好的运动性能，需要采用差速器来驱动左右两后轮，但差速器的结构存在较大安全隐患与噪音的存在，因此应改进驱动方式以提高传动轴在驱动方向上的偏转能力（即在保持驱动力不变时以一定的角度向后转动时需要较大的传动轴偏转角度）。采用单驱动桥驱动方法能够有效减少驱动力分配和差速器空间占用带来的尺寸增长问题，同时简化驱动过程和增加汽车重量以及提高汽车性能。双驱动桥驱动策略是指两后轮采用相同的传动分配机制（即在差速器内部设置两个差速器）来实现相同动力分配作用。双驱动桥驱动策略具有较好稳定性、经济性以及舒适性，且具有较好安全性能。

4.防抱死制动系统

发动机转速在1500 rpm左右时，由于各部分的扭矩输出为线性增长，因此整车在行驶过程中可实现发动机转速在1500 rpm以上时发动机扭矩输出保持不变。当发动机转速高于1500 rpm时，各总成的制动效果才开始发挥作用。因此，采用主动前转向策略实现发动机转速大于1500 rpm的防抱死制动。车辆在静止状态下进行防抱死制动时，由于各个总成对制动总损失载荷的变化非常敏感而制动总损失载荷变化会造成车辆制动总损失载荷差，这会使制动过程中各总成产生严重的制动力损失状况。同时车辆在行驶过程中会受到一定的制动冲击，此时制动系统需要通过制动控制策略以防止制动冲击事件的发生，从而避免车辆制动过程中出现刹车失灵现象的发生。从本质上来讲，防抱死制动系统是对传动装置扭矩输出和制动效果进行调节控制和优化。在实现防抱死制动功能之前需要实现对发动机制动和车轮制动系统的调整与控制，使其与行车过程保持一致。该方案可通过改变车速来实现自动控制目的，同时使防抱死制动功能得以实现还可以通过优化传动装置扭矩输出以及提升车辆在制动过程中制动总损失载荷差来提高整车制动效果。

5.主动前轮转向技术路线图及集成控制方案

主动前轮转向是目前汽车的主流技术，其使用原理是通过方向盘转向力矩传感器监测驾驶员的运动轨迹并在计算机内进行轨迹计算和处理，根据行车信息采集数据并反馈给相关系统来实现。该类型转向盘上装有多个机械式液压马达，液压油缸有16个输出，由电脑自动完成转向盘的转动过程，其中4个为主转盘,2个为副转盘。针对该类型前轮转向的主要特点，其中采用电机驱动转向盘、传感器监测车轮转动角度以及智能控制系统执行机构实现主动前轮转向功能。此外还采用了电机主发电机作为辅助动力单元。

6.前桥总成与车身轻量化结构优化

该车辆主动前轮转向系统，在前桥总成机构上还应用了轻量化设计理念以及减重技术。前桥总成机构减重目标是在确保其具有优异动力性能的前提下尽可能减少车辆重量，因此，前桥总成机构减重重点是优化前桥结构设计技术。该车辆前桥机构采用了高强度钢板+铝合金壳体，结构优化主要包括：（1）减重前桥机构主体采用高强度钢板；（2）减重前桥系统总成的刚度。（3）减重后前桥机构部件。通过上述减重前桥总成减重方案设计优化能够使车辆减重约25%以上，其中减重后的前桥总成系统机构可以保证车辆能够在最高时速下实现最大转弯半径；减重后的前桥系统机构具有较好的刚性基础，通过减小零部件尺寸及截面尺寸来保证车辆具有更好的通过性；减重后前桥结构简单、重量轻、强度高。

结束语：

综上所述，本文针对某款轻型汽车采用主动前轮转向技术，针对其安全性、舒适性以及耐久性等方面提出了相应的优化方案。根据该方法目前取得的成效表明，具有较高自主研发能力及研发实力的汽车制造商可满足主动前轮转向技术对车辆制动效率提升、操控稳定性提升及整车舒适性提升的需求。此外，还可进一步提高汽车在行驶过程中行驶稳定性与制动性能。因此，通过分析与研究上述主动前轮转向相关技术可对未来几年内我国自主品牌汽车在研发设计过程中发挥重要作用。

参考文献：
[1] 梁燕. 汽车防抱死制动系统的技术研究[J]. 内燃机与配件, 2019(12):2.

[2] 崔子成. 汽车防抱死制动系统的几点探讨[J]. 汽车世界, 2019.