基于电液制动的运动型多用途车防侧翻控制
第３４卷第ｉ１期
２０１３年１１月
仪器仪表学报
Ｖ０１．３４Ｎｏ．１１Ｎｏｖ．２０１３
ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ
基于电液制动的运动型多用途车防侧翻控制
金智林，马翠贞，张甲乐
（南京航空航天大学能源与动力学院南京２１００１６）
球
摘要：针对高速紧急工况下运动型多用途车的侧翻主动安全问题，提ｍ一种基于电液制动系统的汽车防侧翻单神经元ＰＩＤ控制策略。考虑紧急工况下前轮转角大及制动时汽车纵向运动与横向运动的耦合等非线性因素，建立运动型多用途车的非线性四自由度动力学模型；为满足汽车防侧翻控制对制动力的要求，研制了电液制动系统，试验表明可单独提供每个车轮所需制动力；兼顾汽车侧翻安全性及舒适性，提出一种新的汽车侧翻性能评价指标；基于该指标研究了差动制动的控制规则及单神经元ＰＩＤ控制算法。典型工况下的仿真实验表明，基于电液制动系统的防侧翻控制策略可有效防止汽车侧翻，且同时改善汽车侧倾时的舒适性和操纵性。
关键词：汽车防侧翻；电液制动；差动制动；汽车主动安全中图分类号：Ｕ４６１．３
文献标识码：Ａ
国家标准学科分类代码：５８０．２０
Ｒｏｌｌｏｖｅｒｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｓｐｏｒｔｕｔｉｌｉｔｙｖｅｈｉｃｌｅｓｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒａｕｌｉｃｂｒａｋｅｓｙｓｔｅｍ
ＪｉｎＺｈｉｌｉｎ，ＭａＣｕｉｚｈｅｎ，ＺｈａｎｇＪｉａｌｅ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａ蛳ｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａ谢ｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ
ｏｖｅｒ
ａｔ
ｔｈｅｓｐｏｒｔｕｔｉｌｉｔｙｖｅｈｉｃｌｅｒｏｌｌｏｖｅｒａｃｔｉｖｅｓａｆｅｔｙｉｎｃｒｉｔｉｃａｌｄｒｉｖｉｎｇｍａｎｅｕｖｅｒｓ
ａｔ
ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ，ａｒｏｌｌ－
ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒｓｐｏｒｔ
ｏｎ
ｕｔｉｌｉｔｙｖｅｈｉｃｌｅｓｗｉｔｈｔｈｅｓｉｎｇｌｅ－ｎｅｕｒｏｎＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ
ｂａｓｅｄ
ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒａｕｌｉｃｂｒａｋｅｓｙｓｔｅｍ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌａｒｇｅｆｒｏｎｔｗｈｅｅｌｓｔｅｅｒｉｎｇａｎｇｌｅ
ａｎｄｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｒｅｌａｔｉｑｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｍｏｔｉｏｎａｎｄｌａｔｅｒａｌｍｏｔｉｏｎｏｆｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｕｎｄｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｃｏｎｄｉ—
ｔｉｏｎ．ａｆｏｕｒｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｆｏｒｓｐｏｒｔｕｔｉｌｉｔｙｖｅｈｉｃｌｅｉＳｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅｒｏｌｌｏｖｅｒｄｙ—
ｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｐｏｒｔｕｔｉｌｉｔｙｖｅｈｉｃｌｅ．Ｔｏｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｖｅｈｉｃｌｅｒｏｌｌｏｖｅｒｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｂｒａｋｉｎｇｆｏｒｃｅ，ａｎＥｌｅｃｔｒｏＨｙｄｒａｕｌｉｃＢｒａｋｅｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅｎ，ａ
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ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｗｈｉｃｈ
ｃａｎ
ｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｂｒａｋｉｎｇｆｏｒｃｅｆｏｒｅａｃｈｗｈｅｅｌ
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ｓａｆｅｔｙａｎｄｃｏｍｆｏｒｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｂａｓｅｄ
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ｗａｓ
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ｓｔｕｄｉｅｄｆｏｒｖｅｈｉｃｌｅｒｏｌｌｏｖｅｒｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
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ａｃｔｉｖｅｓａｆｅｔｙ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｃｈｉｃｌｅｒｏｌｌｏｖｅｒｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ；ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒａｕｌｉｃｂｒａｋｅ；ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｂｒａｋｉｎｇ；ｖｅｈｉｃｌｅ
野车动力性和通过性及轿车舒适性，越来越受欢迎，但
目
ＳＵＶ侧翻安全成为顾客购买主要顾虑。据美国国家公路交通安全管理局（ＮＨＴＳＡ）统计数据表明，２０１０年美国有
５４１．９万车次交通事故，汽车侧翻事故仅占２．０％，而汽
运动型多用途车（ｓｐｏｒｔ
收稿日期：２０１３－０９
ｕｔｉｌｉｔｙ
ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ＳＵＶ），兼有越
＿。＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。－＿＿＿＿＿＿－●。●＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿●。●＿＿＿＿＿＿＿，。●＿一
ＲｅｃｅｉｖｅｄＤａｔｅ：２０１３－０９
。基金项目：国家自然科学基金（１１２０２０９６）资助项目
第１１期金智林等：基于电液制动的运动型多用途车防侧翻控制
横向运动：
２５７３
车侧翻伤亡人数占交通事故伤亡人数２０．６％…。Ｋｅｉｆｅｒ等人研究发现ＳＵＶ相对于其他车型更易侧翻，并分析了
ＳＵＶ侧翻原因“。汽车侧翻有２种，一种是绊倒型侧翻；
ｍａ、一ｍ，ｈ（ｏ＝（，，＋／１）ＣＯＳ占一（＾ｌ＋／ｋ）ｓｉｎ
（厶＋厶）
横摆运动：
６＋
（２）
另一种是紧急操纵引起的非绊倒型侧翻。ＳＵＶ重心位置高，易在高速紧急操纵下发生侧翻。为降低ＳＵＶ侧翻事故率，提高安全性，国内外进行了大量研究。其中Ｈｕａｎｇ等人提｝ｎ主动横向稳定杆改善重型车侧翻稳定性”。；Ｙｕ等人提出汽车侧翻预警，并基于预警方法进行差动制动防侧翻研究∞ｆ；Ｉｍｉｎｅ等人分析了主动转向防侧翻原
理‘…；Ｓｏｌｍａｚ等人比较了主动转向及差动制动防侧翻特
，：ｉ＝［（正．＋，：）ＣＯＳ６一（厶，＋厶）ｓｉｎ６］ａ一（正３＋厶）ｂ＋［（厶一以，）ＣＯＳ６＋（，：一／：，）ｓｉｎ６＋厶一厶］２。／２
（３）
侧倾运动：
（４）（Ｌ＋ｍ，ｈ２）西一ｍ，ｈａ，＝ｍ，ｇ＾妒一ｃ。≯一ｋｖ＋
式中：ｍ为汽车质量；ｍ，为汽车簧载质量；ｎ，。ａ为车辆沿
点一引。这些措施各有利弊，主动横向稳定杆直接产生防侧翻力矩，但价格昂贵，需较大安装空间；差动制动对制动力响应要求高；主动转向易改变驾驶员操纵意图。为综合多种措施优势，Ｙｉｍ等人联合主动悬架与差动制动一３及联合主动横向稳定杆与汽车电子稳定程序防侧翻一０｜；Ｌｕ等人进行集成底盘一体化防侧翻控制…。这
些研究假设制动系统理想化，而传统液压制动系统无法达到防侧翻需求。近年来汽车制动系统”２’”。及先进电液控制技术’。４ｏ研究逐渐深入，电液制动系统成为制动安全
ｘ、ｙ方向的加速度；ｒ为横摆角速度；９为侧倾角；ａ、ｂ分别为质心到前后轴的距离；ｔ、ｔ为汽车绕戈、ｚ轴的转动惯量；６为前轮转角；＾，ｈ，。分别为汽车侧倾臂长和重心高度；＆。为悬架等效侧倾刚度；ｃ。为悬架等效侧倾阻尼；ｆ。为轮距宽度沉。Ｚ。（ｉ＝１，…，４）为各个轮胎上的制动力
和侧偏力。
由汽车纵向、横向及横摆运动学理论可得纵向加速度及横向加速度分别为：
ａ，＝如一口ｒｎ、＝ｉ＋ｕｒ
（５）（６）
领域的研究热点‘１“。
本文针对ＳＵＶ高速紧急操纵引起的侧翻，提出一种基于电液制动系统的单经元ＰＩＤ防侧翻控制。将电液制
动器的动力学特性融人ＳＵＶ侧翻动力学方程求解；设计
选取状态变量为Ｘ＝【Ｍ”ｒ？ｉ１７，由式（１）一（６）可得：
重＝Ｍ。ｆ（戈，６，ｕ，）
（７）
了ＳＵＶ侧翻评价指标和控制策略；选取典型侧翻工况进
行仿真实验。
式中：比，＝【兀，＾：＾，厶】７
ｒｍ
０
ｍ
０ｏ
０—ｍ，＾ｏ
ｏ
２
ＳＵＶ侧翻动力学模型
ＳＵＶ动力学模型
忽略非簧载质量及侧向风的影响，考虑前轮转角大
Ｍ：ｌ
ｏｏ
ｔ
０一眠ｈ
２．１
０，，＋他ｈ２
ｆ（戈，６，Ｍ，）＝
ｍｙｒ一（五Ｉ＋＾２）ＣＯＳ
６一
及制动时纵向运动与横向运动的耦合的非线性因素，建立如图１所示４自由度ＳＵＶ侧翻动力学模型。
（工，＋厶）ｓｉｎ占一（厶＋厶）
（，ｌ＋，２）ＣＯＳ
６一ｍｕｒ一
（五．＋厶）ｓｉｎ８＋（厶＋厶）［（正Ｉ＋正２）ＣＯＳ８一（＾。＋＾２）ｓｉｎ６］ａ一（Ｚ，＋／二）ｂ＋［（／ｋ一以。）ＣＯＳ
６＋
（厶一ｆ，）ｓｉｎ６＋厶一厶］ｆ。／２
ｍｕｒ—ｃｊ一（ｋｊ—ｍ。ｇｈ）ｊ
？
图１
４自由度ＳＵＶ侧翻模型
２．２轮胎动力学模型
Ｆｉｇ．１Ｆｏｕｒ—ＤＯＦｍｏｄｅｌｏｆＳＵＶｒｏｌｌｏｖｅｒ
根据“魔术”公式可得轮胎最大横向力及最大纵向
从图１可得ＳＵＶ４个运动方向的动力学微分方程为。其中纵向运动：
力为：
ｍａ，＝一（＾ｌ＋＾２）ＣＯＳ６一（正Ｉ＋Ｚ２）ｓｉｎ（厶＋厶）
６一
ｍＤｓｉｎ｛Ｃａｒｃｔａｎ［即一Ｅ（Ｂｆｌ—ａｒｃｔａｎ（邵））］｝帆＝ｐＦ：
２
（１）
（８）
２５７４
仪器仪表学报
第３４卷
式中：日、Ｃ、Ｄ、Ｅ为轮胎参数；卢为轮胎侧偏角；肛为附着系数；Ｆ：为轮胎的垂直载荷。
Ｅ１．’Ｕ
乏盎』蔚ＣＶ目‘翮
吉
同时汽车轮胎纵向力与横向力之间存在如图２所示
的摩擦椭圆关系，即：
ｌ，Ⅶ
Ｖ２艘幽
㈢＋（∥扎㈦，…，４
值。
㈩
Ｄ：戳。。凸虻Ｉ伍：墒ｉ
ＣＶ
……
虻
ＤＣＶ凸。。眦“
ｙ
ｌ
ｉ西曲毋毋母毋母母
Ｊ
￥
；匹卜
ＩＶｌ
ＣＩＶＬ＿ｌＶＩ
ｎＶｏ一
ＩＶｌ
匹丑一
匹卜
０Ｖｏ一
ｌＶｌ
０Ｖｏ一
匹办一
式中靠．和厶；分别为第ｉ车轮的纵向力和横向力的最大
ｋ，｛ｂｊ
厂、＼＼＼
Ｎ／
＼
。｛、ｊ
图３
电液制动系统原理框图
Ｆｉｇ．３ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅＥｌｅｃｔｒｏ
ＨｙｄｒａｕｌｉｃＢｒａｋｅｓｙｓｔｅｍ
氏
／
／ＥＨＢ系统正常工作时，当驾驶员踩下制动踏板，踏板行程传感器可感知驾驶员制动意图，并将制动信号送到电控单元（ＥＣＵ）中。ＥＣＵ根据汽车当前状态及制动信号决定各个电磁阀的状态，形成ＥＨＢ系统的３种不同操作过程，即制动轮缸增压过程、保压过程及减压过程。
１）增压过程：切换阀和进油阀动作。切换阀关闭，进
图２轮胎纵向力与横向力的摩擦椭圆关系
Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｅｌｌｉｐｓｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｏｆｂｒａｋｉｎｇｆｏｒｃｅ
ａｎｄｃｏｒｎｅｒｉｎｇｆｏｒｃｅ
入ＥＨＢ正常工作模式；进油阀开启，出油阀保持常闭状
考虑轮胎变形产生的侧倾外倾对前后轮胎侧偏角的
影响得到：
态。此时高压油从蓄能器流经进油阀和油管到制动轮
缸，轮缸压力增大。蓄能器的压力则由电机、泵及泄压阀
组成的动力源部件维持在一定的高压范围。
ｒ眦…（学）书％一
ｂ＝ａｒｃｔａｎ、ｖ－ｕｒｂ，Ｉ—ｋ妒
式中：ｋ。为外倾系数。
２．３
２）保压过程：只有切换阀动作。根据实际汽车行驶
㈣，
工况，轮缸压力需要保持一定时间。此时切换阀、进油阀
及出油阀均处于关闭状态，制动轮缸中的液压油处于封闭状态，制动轮缸压力保持不变。
３）减压过程：切换阀和出油阀动作。切换阀关闭，进入ＥＨＢ正常工作模式；出油阀开启，进油阀保持常闭状
态。此时轮缸中的液压油经由出油阀和油管流到储油杯
电液制动系统动力学模型
汽车防侧翻控制对制动系统的要求很高，需根据汽
车侧倾状态在很短时间内提供足够大制动力。传统的人力机械式刹车和液压刹车系统在时间响应上很难达到这
中，轮缸压力下降。
平衡阀为常开型电磁阀，当４个车轮需要单独提供制动力时，平衡阀关闭。
个要求，因此提出基于电液制动（ＥＨＢ）系统实现汽车防
侧翻的控制方法。
为保障制动系统的可靠性，ＥＨＢ系统具有应急工作模式，即当系统失去电源或者系统零部件失效报警时，系统启动应急工作模式。此时切换阀和平衡阀处于常开状态，进油阀和出油阀处于常闭状态，制动轮缸与蓄能器及储油杯断开，切换至与制动主缸连接，系统恢复成传统的
液压制动系统。由于减少了真空助力器，使得该模式制
ＥＨＢ系统是一种线控制动系统，结构简单紧凑，且易于实现。相比传统的液压制动系统，ＥＨＢ系统取消了真空助力器；紧急制动时可获得更大的制动力变化；由于制动能量来自高压蓄能器，其制动力响应速度快；可单独控制每个车轮的制动力。
图３为电液制动系统的原理框图。可以看出ＥＨＢ
动强度小于传统制动系统制动强度，但足以保障紧急工
况下正常制动减速至停车。
从上述原理知电液制动系统包含增压、保压和减压
系统包含２类二位二通的电磁阀，其中一类是由脉宽调制信号（ＰＷＭ）控制进油电磁阀（ＩＶ）和出油电磁阀（０ｖ）；另一类是由开／关信号控制的电磁阀，包括平衡阀（ＢＶ）和切换阀（ＣＶ）。
过程，其中增压和减压过程的液压动力特性分别为：
誓＝黔［Ｐｏ（熹）＿ｐ。ｒ
…，
第１１期
ｄｐ。
金智林等：基于电液制动的运动型多用途车防侧翻控制
２５７５
百一耐“
Ｃ６Ａ＾。
（１２）
ＬＴＲ的取值范围为［一１，１］，当ＬＴＲ＝０时，不产生侧倾；当￡豫＝±１时，一侧轮胎离地，定义为发生侧翻危险。
因此，根据横向载荷转移率可求得各轮的垂直载荷为：
式中：Ｃ。为电磁阀节流孔的流量系数，Ａ。为电磁阀节流孔的流通截面积，ｎ为电磁阀节流孔的节流指数，Ｋ为液
压油的体积弹性模量，Ｋ为进油阀至制动轮缸之间油管、
制动轮缸以及ｍ油阀至制动轮缸之间油管的体积之和，Ｐ。为制动轮缸压力；ｑ为蓄能器放能时液压油的平均流
速，７为绝热指数，Ｐ。为进油阀开启前蓄能器的气室稳定压力，Ｋ为进油阀开启前蓄能器的气室体积。
为确定ＥＨＢ系统模型的参数，研制ｒ如图４所示的
电液制动系统试验台架。在不同环境下进行多工况的制
ｎ＝学ｍｇ如＝生严愕凡＝学ｍｇ小学ｍｇ
…，
式中：￡＝ｃｚ＋ｂ为汽车前后轴的轴距。
选取侧倾角、侧倾角速度及侧倾角加速度作为评价汽车侧倾运动时舒适性指标。因此，结合汽车侧翻安全性
和舒适性，定义运动型多用途车侧翻性能指标为：
动试验，采用非线性多元回归分析方法处理试验数据，得
到各轮制动模型参数如表ｌ所示。
ＲＩ＝（Ｐ．ＬＴＲ２＋Ｐ２函２）ｓｉｇｎ（ＬＴＲ）据Ｂｒｙｓｏｎ法则可得式（１５）中的各项权值为：
（１５）
式中：符号函数用于判定汽车向左转向还是向右转向。根
Ｐｌ＝１／ｒ／；，Ｐ２＝ｌ／ｒ／；
式中：叼．、叼：为权值因子。
３．２控制策略
（１６）
为使控制策略简单实用，易于实现且减少控制器的
计算时间，设计基于ＥＨＢ系统的差动制动控制规律与单神经元ＰＩＤ控制算法相结合的ＳＵＶ侧翻预防控制策略，控制流程如图５所示。
图４
Ｆｉｇ．４Ｔｈｅ
ｔｅｓｔ
电液制动系统试验台架
ｐｌａｔｆｏｒｍｏｆｔｈｅＥｌｅｃｔｒｏＨｙｄｒａｕｌｉｃＢｒａｋｅｓｙｓｔｅｍ
图５
ＳＵＶ防侧翻控制框图
Ｆｉｇ．５ＴｈｅｃｏｎｔｒｏｌｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆＳＵＶｒｏｌｌｏｖｅｒｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ
为精确跟踪期望的汽车行驶轨迹，没计易于在ＥＣＵ
～吾一
３防侧翻控制策略
３．１侧翻评价指标
中实现的单神经元ＰＩＤ控制器。单神经元ＰＩＤ控制器具有参数在线自整定功能，因此相对于传统ＰＩＤ控制具有更好的控制效果。６‘１“。控制器输｝｛｛的制动力可表达为：
Ｈ。（ｋ）＝ｕ（ｋ—１）＋Ｋ（ＫＰＸＰ＋ＫｌＫｌ＋ＫＩ）Ｘ１））（１７）
式中：Ｍ。为ＥＨＢ系统输出的控制力，Ｋ为神经元增益，坼、Ｋ。、Ｋ。分别为ＰＩＤ控制器的比例、积分和微分系数。根据输人输出变量之间的关系可得耳、置、ｘ。分别为：
ｒ叉一’＝ｅ（蠡）一ｅ（矗一１）
设计防侧翻控制策略时，既需保证汽车侧翻的安全性要求，同时也要考虑不发生侧翻时汽车侧倾运动时舒适性。选择横向载荷转移率（１ａｔｅｒａｌ．１０ａｄｔｒａｎｓｆｅｒｒａｔｉｏ．ＬＴＲ）作为评价汽车侧翻安全性的指标，即左右侧轮胎垂
直载荷之差与总的轮胎载荷比值：
｛ｘｔ＝ｅ（ｋ）＝ｒ．。（七）一ＲＩ（ｋ）ｔｘ。：ｅ（后）一２ｅ（％一１）＋ｅ（＾一２）
（１８）
Ｌ豫＝糕
式中．／－，。为侧翻评价指标的参考输入量，ｅ为误差变量。
（１３）
根据Ｈｅｂｂ学习规则可得单神经元控制算法的权函数及学习率为：
２５７６
仪器仪表学报
第３４卷
ｒＫ’，（ｋ）＝Ｋ，（ｋ一１）＋Ｔ／ｐｅ（ｋ）ｕ（ｋ）墨（ｋ）
｛Ｋ’。（ｋ）＝Ｋ。（后一１）＋叼。ｅ（ｋ）“（ｋ）Ｘ。（ｋ）
。Ｋ’Ｄ（后）＝ＫＤ（后一１）＋Ｔ／Ｄｅ（ｋ）ｕ（ｋ）Ｘ。（ｋ），２￡，（ｋ）＝Ｊ
Ｋ
７
（１９）
Ｐ（ｋ）ｌ＋ＩＫ’Ｉ（．｜｝）Ｉ＋ＩＫ７。（ｋ）Ｉ
（２０）
ＪＫｒ（‘）＝Ｋ’ｒ（‘）／加（七）
Ｋ（ｋ）＝Ｋ’。（ｋ）／ｗ（ｋ）
。‰（ｋ）＝Ｋ’。（ｋ）／ｗ（ｋ）
式中：町，、７７。、田。分别为比例、积分和微分系数的学习率。
为减少单神经元ＰｌＤ控制算法计算时制动力切换造成的系统性能突变，根据ＳＵＶ侧翻动力学特性设计ＥＨＢ系统差动制动控制规则如表２所示。
表２差动制动规则
Ｔａｂｌｅ２Ｔｈｅｒｕｌｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｂｒａｋｉｎｇ
图６横向载荷转移率响应曲线
Ｆｉｇ．６Ｌｏａｄｔｒａｎｓｆｅｒｒａｔｉｏｒｅｓｐｏｎｓｅ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓ
ｃｕｒｖｅｓ
ｆｏｒ
４典型工况性能分析
为分析基于电液制动系统的ＳＵＶ防侧翻单经元ＰＩＤ控制性能，选取２种典型侧翻实验工况进行仿真实验，汽车参数如表３所示。
表３
ＳＵＶ参数
Ｔａｂｌｅ３Ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｐｏｒｔｕｔｉｌｉｔｙｖｅｈｉｃｌｅ
０１
２
３
４５６７８
时间ｆ／ｓ
图７侧倾加速度响应曲线
Ｆｉｇ．７Ｒｏｌｌａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅ
ｃｕｒｖｅｓ
ｆｏｒ
ｄｉｆｉｅｒｅｎｔｃｏｎｔｒ０１ｍｅｔｈｏｄｓ
从图６可知，未加入控制时ｓｕＶ在１．６Ｓ横向载荷转移率大于１，此时内侧车轮离地，发生侧翻。加入控制后，横向载荷转移率小于ｌ，可以有效防止汽车侧翻。但传统液压制动系统由于响应速度慢，横向载荷转移率瞬态值仍接近ｌ，在外界干扰下仍有发生侧翻的可能；而基于ＥＨＢ系统的控制可明显的降低横向载荷转移率，防止汽车侧翻。
从图７可以看出，基于ＥＨＢ的控制策略在有效防止汽车侧翻的前提下，汽车侧倾加速度绝对值有所减小，改善了ＳＵＶ侧倾的舒适性。
３
，‘，‘
ｌ
Ｎ／Ｒ蒋纂
ｌ
４．１
Ｊ－ｔｕｒｎ工况
Ｊ－ｔｕｍ工况是常用的一种评价汽车侧翻性能的实验工况。汽车直线行驶１ｓ后，其速度达１００ｋｍ／ｈ，突然进行固定转角的转向操纵，前轮转角输人为５。。仿真结果
如图６和７所示。
图８
时ｆ目ｌｔ／ｓ
ＥＨＢ系统产生的防侧翻制动力
ｆｏｒｃｅｓｇｅｎｅｒａｔｅｄ
Ｆｉｇ．８Ｒｏｌｌｏｖｅｒｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｂｒａｋｉｎｇ
ｂｙｔｈｅＥＨＢｓｙｓｔｅｍ
第１１期金智林等：基于电液制动的运动型多用途车防侧翻控制
２５７７
图８为ＥＨＢ系统提供ＳＵＶ防侧翻所需的左前轮及１）电液制动系统能快速提供ＳＵＶ防侧翻所需的制
左后轮制动力，可以看出，ＥＨＢ系统可以快速提供ＳＵＶ动力。
防侧翻所需的制动力。
２）该控制策略能有效防止ＳＵＶ紧急工况侧翻，且改
４．２
Ｄｏｕｂｌｅｌａｎｅｃｈａｎｇｅ工况
善侧倾舒适性。
Ｄｏｕｂｌｅｌａｎｅ
ｃｈａｎｇｅ工况可模拟汽车高速公路超车行
３）该控制策略保障汽车不侧翻的前提下可提高ＳＵＶ
驶或紧急避让前方障碍物的实际行驶工况。
高速行驶的操纵稳定性。
图９为Ｄｏｕｂｌｅ
ｌａｎｅ
ｃｈａｎｇｅ工况下ＳＵＶ的侧倾加速
度与横向载荷转移率的相平面图仿真结果。可以看出，参考文献
相平面图曲线收敛，系统稳定。横向载荷转移率在安全［Ｉ］
ＮａｔｉｏｎａｌＨｉｇｈｗａｙ
ＴｒａｆｆｉｃＳａｆｅｔｙＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ．Ｔｒａｆｆｉｃ
的界限范围内，汽车不发生侧翻；且基于ＥＨＢ系统的控ｓａｆｅｔｙｆａｃｔｓ２０１０：ａｃｏｍｐｉｌａｔｉｏｎｏｆｍｏｔｏｒｖｅｈｉｃｌｅｃｒａｓｈｄａ—
制策略可明显降低侧倾加速度，在保障汽车侧翻安全的ｔａ
ｆｒｏｍｔｈｅｆａｔａｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｒｅｐｏｒｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｇｅｎ—
前提下有效改善ＳＵＶ侧倾舒适性。
ｅｒａｌｅｓｔｉｍａｔｅｓ
ｓｙｓｔｅｍ［Ｒ］．ＵＳ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ
ｏｆＴｒａｎｓｐｏｒ—
ｔａｔｉｏｎ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，ＤＣ，２０１２．
［２］ＫＥＩＦＥＲＰ，ＭＩＣＨＡＥＬＬ．Ｓｐｏｒｔ
ｕｔｉｌｉｔｙ
ｖｅｈｉｃｌｅ（ＳＵＶ）
ｒｏｌｌｏｖｅｒｃｏｌｌｉｓｉｏｎｓ：ＡｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆＮＡＳＳ—ＣＤＳｉｎｊｕｒｙｄａｔａｆｏｒ１９９８ｔｈｒｏｕｇｈ
２００４［Ｃ］．ＳＡＥ
Ｐａｐｅｒ，２００７：２００７—
０ｌ加３６４．
『３］ＨＵＡＮＧＨＨ，ＹＥＤＡＶＡＬＬＩＲＫ，ＧＵＥＮＴＨＥＲＤＡ．Ａｃ—
ｔｉｖｅ
ｒ０１１ｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｒｏｌｌｏｖｅｒｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆｈｅａｖｙａｔｔｉｃｕｌａｔｅｄ
ｖｅｈｉｃｌｅｓ
ｗｉｔｈ
ｍｕｌｔｉｐｌｅ—ｒｏｌｌｏｖｅｒ—ｉｎｄｅｘ
ｍｉｎｉｍｉｓａｔｉｏｎ［Ｊ］．
ＶｅｈｉｃｌｅＳｙｓｔｅｍ
Ｄｙｎａｍｉｃｓ，２０１２，５０（３）：４７１—４９３．
侧倾加速度／（ｔａｄｓ。１
［４］
ＣＲＯＮＪＥＰＨ，ＥＬＳＰＳ．Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇｏｆｆ－ｒｏａｄｖｅｈｉｃｌｅｈａｎ—图９
Ｄｏｕｂｌｅｌａｎｅ
ｃｈａｎｇｅ工况下（西，ＬＴＲ）相平面曲线
ｄｌｉｎｇｕｓｉｎｇ
ａｎ
ａｃｔｉｖｅａｎｔｉ—ｒｏｌｌ
ｂａｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＴｅｒｒａｍｅ—
Ｆｉｇ．９Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｎ
ｔｈｅ（函，ＬＴＲ）ｐｈａｓｅ
ｃｈａｎｉｃｓ，２０１０，４７（３）：１７９・１８９．
ｐｌａｎｅｕｎｄｅｒｄｏｕｂｌｅｌａｎｅｃｈａｎｇｅｍａｎｅｕｖｅｒ
［５］ＹＵＨ，ＧＯＶＥＮＬ，０ＺＧＯＮＥＲＩ）．Ｈｅａｖｙ
ｄｕｔｙｖｅｈｉｃｌｅｒｏｌｌ—
ｏｖｅｒ
ｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄａｃｔｉｖｅｒｏｌｌｃｏｎｔｒｏｌ『Ｊ］．ＶｅｈｉｃｌｅＳｙｓｔｅｍ
图１０为Ｄｏｕｂｌｅ
ｌａｎｅ
ｃｈａｎｇｅ工况下ＳＵＶ行驶轨迹，Ｄｙｎａｍｉｃｓ，２００８，４６（６）：４５１—４７０．
可以看出基于ＥＨＢ系统的控制策略减小ＳＵＶ的横向偏［６］ＬＭＩＮＥＨ，ＬＥＯＮＩＤＭ，ＭＡＤＡＮＩＴ．Ｓｔｅｅｒｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒ
移距离，可改善ＳＵＶ的操纵稳定性。
ｒｏｌｌｏｖｅｒａｖｏｉｄａｎｃｅｏｆｈｅａｖｙｖｅｈｉｃｌｅｓ『Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃ—
ｔｉｏｎｓ
ｏｎ
Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，６１（８）：３４９９—３５０９．
［７］ＳＯＬＭＡＺＳ，ＣＯＲＬＥＳＳＭ，ＳＨＯＲＴＥＮＲ．Ａ
ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ
ｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｒｏｂｕｓｔｒｏｌｌｏｖｅｒｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｆｏｒ
ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ
ｖｅｈｉｃｌｅｓｗｉｔｈａｃｔｉｖｅ
ｓｔｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｎｔｒｏｌ，２００７，８０（１１）：１７６３—１７７９．
［８］ＣＨＩＵＪ，ＣＯＲＬＥＳＳＭ，ＳＯＬＭＡＺＳ，ｅｔａ１．ＡＭｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ
ｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｒｏｂｕｓｔｒｏｌｌｏｖｅｒｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｆｏｒ
ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ
ｖｅｈｉｃｌｅｓｕｓｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｂｒａｋｉｎｇ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒ—
ｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＶｅｈｉｃｌｅＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＳｙｓｔｅｍｓ，２０１０，８
（２—４）：４６－１７０．
图１０
Ｄｏｕｂｌｅｌａｎｅ
ｃｈａｎｇｅ工况下ＳＵＶ行驶轨迹
［９］ＹＩＭＳ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆ
ａ
ｒｏｂｕｓｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆｏｒｒｏｌｌｏｖｅｒｐｒｅｖｅｎ—
Ｆｉｇ．１０ＳＵＶ
ｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｕｎｄｅｒｄｏｕｂｌｅｌａｎｅｃｈａｎｇｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ
ｔｉｏｎ
ｗｉｔｈａｃｔｉｖｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ
ｂｒａｋｉｎｇ［Ｊ］．
Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｓｃｉｅｎｃｅ
ａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，
２６（１）：２１３－２２２．
５结论
［１０］ＹＩＭＳ，ＪＥＯＮＫ，ＹＩＫ．ＡｎＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｉｎｔｏｖｅｈｉｃｌｅｒｏＩＩ—
ｏｖｅｒ
ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ
ｂｙＣＯＯｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆａｃｔｉｖｅ
ａｎｔｉ—ｒｏｌｌ
针对ＳＵＶ高速紧急工况侧翻问题，提出了基于电液制
ｂａｒａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｔａｂｉｌｉｔｙ
ｐｒｏｇｒａｍ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
动系统的汽车防侧翻单经元ＰＩＤ控制策略，典型工况下仿真Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ
Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ａｎｄ
Ｓｙｓｔｅｍｓ，２０１２，
及实验研究验证了该方法的有效性。可以得出以下结论：
１０（２）：２７５－２８７．
２５７８
仪器仪表学报
第３４卷
ＬＵＳＢ．ＬＩＹＮ．ＣＨＯＩＳＢ．Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｈａｓｓｉｓｋｅｙ［１７］杨启文，陈吴，薛云灿．单参数ＰＩＤ的Ｈｅｂｂ学习控
ｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓ
ｔｏ
ｒｏｌｌｏｖｅｒｓｔａｂｉｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
制［Ｊ］．仪器仪表学报，２００８，２９（２）：３９２－３９５．
ｏｆｔｈｅＩｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓＰａｒｔＤ：ＪｏｕｒｎａｌＹＡＮＧ
ＱＷ，ＣＨＥＮＨ，ＸＵＥＹＣ．Ｈｅｂｂｉａｎｌｅａｒｎｉｎｇ
ｃｏｎ—
ｏｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１，２２６（８）：４７９—４９３．
ｔｒｏｌｏｆＰＩＤｗｉｔｈｓｉｎｇｌｅｐａｒａｍｅｔｅｒＪ
１．Ｃｈｉｎｅｓｅ
Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ
［１２］庄国军，马朝永，王震，等．汽车液压制动主缸在线检测系ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，２００８，２９（２）：３９２—３９５．
统的设计［Ｊ］．电子测量技术，２０１０，３３（９）：９６．１００．
作者简介
ＺＨＵＡＮＧＧＪ，ＭＡＣＨＹ，ＷＡＮＧＺＨ，ｅｔａ１．Ｄｅｓｉｇｎｏｆａｕ—
金智林，分别于２００１和２００８年在南京ｔｏｍｏｂｉｌｅ
ｂｒａｋｅ
ｍａｓｔｅｒ
ｃｙｌｉｎｄｅｒｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ
ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
航空航天大学获得学士和博士学位，现为南ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｍｅｓｕｒｅｍｅｎｔ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，
京航空航天大学讲师，主要研究方向为车辆３３（９）：９６—１００．
动力学与控制。
［１３］孙骏，陈彦夫．汽车ＡＢＳ轮速传感器性能测试系统的Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｉｎｚｈｉｌｉｎ＠ｎｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ
实现［Ｊ］．电子测量与仪器学报，２００９，２３（３）：１０５—１０９．
ＪｉｎＺｈｉｌｉｎｒｅｃｅｉｖｅｄｈｉｓＢ．Ｓｃ．ｄｅｇｒｅｅ
ｉｎ
ＳＵＮＪ，ＣＨＥＮＹＦ．Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔ
ｓｙｓｔｅｍ
２００１ａｎｄＰｈ．Ｄ．ｄｅｇｒｅｅｉｎ２００８ｂｏｔｈｆｒｏｍＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ
ｏｆｗｈｅｅｌｓｐｅｅｄ
ｓｅｎｓｏｒ
ｉｎ
ＡＢＳ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ
ａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ（ＮＵＡＡ）．Ｈｅｉｓ
ｎｏｗａ
ｌｅｃｔｕｒｅｒｉｎ
ＭｅｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，２００９，２３（３）：１０５—１０９．
ＮＵＡＡ．Ｈｉｓｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔｓｉｎｃｌｕｄｅｄｙｎａｍｉｃｓａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ［１４］马立英，周鲮．位移控制电液伺服振动台加速度谱再ｏｆｖｅｈｉｃｌｅｓｙｓｔｅｍ．
现研究［Ｊ］．仪器仪表学报，２０１３，３４（４）：８８９—８９４．
马翠贞，２０１１年于山东农业大学获得ＭＡＬＹ，ＺＨＯＵＨ．Ｓｔｕｄｙｏｎ
ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒｕｍｒｅｐｌｉ—
学士学位，现为南京航空航天大学硕士研究ｃａｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏ・－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ
ｓｅｒｖｏ
ｔｅｓｔ
ｒｉｇ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｄｉｓ－－
生，主要研究方向为汽车电子。
ｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌ『Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ
ｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎ—
ＭａＣｕｉｚｈｅｕｒｅｃｅｉｖｅｄｈｅｒＢ．Ｓｃ．ｄｅｇｒｅｅ
ｉｎ
ｓｔｒｕｍｅｎｔ，２０１３，３４（４）：８８９—８９４．
２０１１
ｆｒｏｍＳｈａｎｄｏｎｇ
Ａ刚ｃｕｌｔｕｒａｌ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．［１５］ＭＩＬＡＮＥＳＶ，ＧＯＮＺＡＬＥＺＣ，ＮＡＲＡＮＪＯＪＥ．ｅｔａ１．Ｅｌｅｃ－
Ｓｈｅｉｓｎｏｗ
ａｎ
Ｍ．Ｓｃ．ｃａｎｄｉｄａｔｅｉｎ
ＮＵＡＡ．Ｈｅｒ
ｔｒｏ—ｈｙｄｒａｕｌｉｃｂｒａｋｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｖｅｈｉｃｌｅｓ［Ｊ］．
ｍａｉｎ
ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔｓｉｎｃｌｕｄｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉＣＳ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ
Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，
张甲乐，２０１２年于山东理Ｔ大学获得１ｌ（１）：８９－９５．
学士学位，现为南京航空航天大学硕士研［１６］焦俊，陈无畏，王继先，等．基于ＲＢＦ在线辨识的ＡＧＶ究生，主要研究方向为车辆动力学与转向单神经元ＰＩＤ控制［Ｊ］．仪器仪表学报，２００８，
控制。
２９（７）：１４３１—１４３５．
ＺｈａｎｇＪｉａｌｅｒｅｃｅｉｖｅｄｈｉｓＢ．Ｓｃ．ｄｅｇｒｅｅ
ｉｎ
ＪＩＡＯＪ，ＣＨＥＮＷＷ，ＷＡＮＧＪＸ，ｅｔａ１．Ｓｉｎｇｌｅｎｅｕｒｏｎ
ＰＩＤ
２０１２ｆｒｏｍＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．
ｃｏｎｔｒｏｌｏｆＡＧＶｓｔｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＲＢＦｎｅｕｒａｌ
ｎｅｔ—
ＨｅｉＳ
ｎｏｗａｎ
Ｍ．Ｓｃ．ｃａｎｄｉｄａｔｅｉｎＮＵＡＡ．Ｈｉｓｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒ－
ｗｏｒｋｏｎ—ｌｉｎｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ『Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎ—ｅｓｔｓ
ｉｎｃｌｕｄｅｄｙｎａｍｉｃｓａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｖｅｈｉｃｌｅｓｙｓｔｅｍ．
ｔｉｔｌｅ
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，２００８，２９（７）：１４３１—１４３５．