电子机械制动系统在汽车自适应巡航控制中的应
电子机械制动系统在汽车自适应巡航控制中的应 引言 随着人们对汽车制动性能、主动安全性能要求的提高，传统的制动系 统因其滞后大、不易集成ABS/ESP/ACC等电控系统的局限性已不能满足汽车发 展的要求。因此研究更高性能的制动系统，并在其中集成各种电控系统已成为制 动系统发展的必然趋势。作为下一代汽车制动系统，汽车电子机械制动(EMB) 以电传动代替了液压或气压传动，已成为国外汽车零部件厂商的研究热点。EMB 不仅具有比传统制动系统更优良的性能，而且具有易于集成ABS/ESP/ACC等其 他控制功能的优点。另外，由于汽车自适应巡航控制（ACC)能够使汽车的安全性、舒适 性得到很大的改善，也成为人们的研究热点[3~5。ACC的基本功能是通过实时辨 别汽车自身的运动状况及所处交通状况，来控制节气门及制动，从而达到使汽车 以设定车速行驶或与前车保持安全车距的目的。从ACC的基本功能可看出，在没 有驾驶员参与的情况下，要求系统能够自动调节制动压力（相关文献中称之为主 动制动）它是ACC的关键技术，也是ACC所必须面对的一个难题[5~7。本文从 EMB能够实现主动制动并容易集成其他控制功能的特点出发，对EMB实现ACC 功能进行探索性研究，给出相应的ACC控制算法。搭建相应的离线仿真平台，并 对2种典型工况进行仿真验证。
1基本原理介绍 图1以前左轮为例给出了EMB的基本工作原理。图中：FL、FR、RL、 RR为装用EMB制动器的前左、前右、后左、后右车轮，Ft为ACC给出的目标制 动压力，Fe/为制动器的实际制动压力，Im为电动机电流，nm为电动机转速。EMB 控制器根据目标制动压力调节电动机的输出力矩，再经过减速装置减速增扭，最 后由运动转换装置把电动机旋转运动转换为直线运动，从而压紧制动盘产生相应 的制动压力。EMB控制系统是由压力控制环、转速控制环和电流控制环串连而 成的三闭环结构，三环均为PI控制，因此能够实现对制动压力的精确调节。
ACC控制器的输入信号包括：雷达传感器监测到的两车相对速度、相 对距离、4个车轮的转速、节气门开度、由驾驶员通过人机交互界面设定的巡航速度及安全车距、4个EMB制动器的制动压力。
的节气门开度和各车轮的制动压力，从而使本车以设定车速行驶或与 前方车辆保持一定的距离行驶。当ACC调用制动时，会把各轮的目标制动压力直 接传给相应的EMB控制器。
2离线仿真平台 为了对EMB及基于EMB的ACC系统进行研究，本文在 Matlab/Simulink环境下搭建了包括发动机模型、EMB模型、整车模型、ACC控制 算法及三维虚拟场景的离线仿真平台。
2.1发动机模型 2.4 ACC控制算法 自适应巡航控制主要包括:定速模式和跟随模式5~8|。定速模式的功能 是使车辆按照驾驶员设定的巡航速度行驶，此模式下只需要控制油门。跟随模式 的功能是ACC自动通过制动和加速来保证与其他车辆之间的距离始终处于设定 的安全车距附近。本文主要目的是对EMB在ACC中的应用进行研宄，所以主要 研宄跟随工况。安全车距是通过驾驶员设定的安全时距来保证的，安全时距同当 前ACC车速度的乘积即为安全车距，安全时距的设定与车速有关，取值范围为 1.4~3s191。
动压力控制器，两者分别以速度和两车间距为控制量，其中油门位置 采用pi控制，定速模式下以当前车速及设定的巡航车速为输入变量，跟随模式下 则以主车车速和前车车速为输入变量，以油门位置为输出量；
制动控制采用模糊 PID控制，以两车距离及设定的安全距离为输入变量，以EMB系统的目标压力为 输出量。需要说明的是，主车进入跟随模式的前提是主车车速不大于设定的巡航 车速。
油门位置控制的流程如图3所示，图中vt为驾驶员设定的巡航车速或前车车速。本文通过控制 EMB执行器施加到制动盘上的正压力来控制车轮 制动力矩的大小，制动压力模糊PID控制器的结构 如图4所示。
E-输入变量e量化后的取值Ec-输入变量ec量化后的取值Kp、Kd-由模 糊控制器调节得到的比例、积分、微分参数由图可知模糊控制器有5个变量，包 含2个输入变量，3个输出变量，分别为E、Ec、Kp、Ki、Kd。其中，E、Ec的模 糊论域为[0,5],Kp、Ki、Kd的模糊论域为[0，3]。它们的模糊集均划分为Z(零）、 S(小)、M(中）、L(大）4挡。E、Ec的隶属度函数如图5所示，使用戒上形隶属函 数及戒下形隶属函数分别定义语言值最小的模糊子集与语言值最大的模糊子集， 其他部分采用三角隶属函数，在系统偏差较小时，为了使系统具有较高的分辨率， 隶属度函数取的较窄。
ACC的虚拟场景，虚拟场景采用分层次结构，如图7 Kp、Ki、Kd的隶属度函数如图6所示，也使用戒上形隶属函数及戒下 形隶属函数分别定义语言值最小的模糊子集与语言值最大的模糊子集其他部分 采用三角隶属函数，各隶属度函数在论域上均匀划分。
本文采用mandani推理法和重心法进行模糊推理和反模糊化计算，模 糊控制规则如表1所示。
25三维虚拟场景 为了能够直观地评价基于EMB的ACC的控制效果，并更好地修改控 制算法及车辆模型。本文利用MatlabR2006b 3离线仿真 选用2种典型的ACC跟随工况对基于EMB的ACC进行验证。仿真所用的主要参数如表2所示。
工况1:前车开始时以72km/h的速度匀速行驶，在20s处，开始以1m/s2 的减速度减速，10s后，又以36km/h的速度匀速行驶。ACC车初速为80km/h,节气 门开度为100%,两车初始间距为44.5m,设定两车时距为1.5s零时刻ACC启动。
如图8、9所示，ACC能够自动调整车辆运动状态，消除初始车距及速 度误差，9s后进入稳定跟随阶段。由图9可知，两车间距基本上保持在目标值 样的减速度减速，但是其车速略大于目标车速，这是由 在前车减速时实际车速会略大于目标车速，这仍是由于安全车距随目 标车速变化造成的。
虚拟场景运行情况如图12所示，可从多个视角观察两车之间的相对距 离、相对速度等，图中所示为其中一个视角。结果表明通过虚拟场景能直观地反 映车距等的变化情况，具有较好的可信性，能为修改ACC控制算法提供参考，有 效克服了数值仿真得到的结果缺乏真实环境感和形象表达的缺陷。
4结论 (1)搭建了针对EMB及ACC并具有虚拟现实功能的离线仿真平台，给 出了ACC控制算法，对两种典型跟随工况进行了虚拟仿真研宄。
仿真结果证明，针对ACC的虚拟仿真能较好地反映实际情况，具有较 好的真实感。在采用EMB的情况下，所给出的ACC控制算法通过调用EMB给车 轮施加制动，使得ACC车车速及两车间距得到了有效控制，ACC功能可以很好地 集成到采用EMB的汽车中。