基于ABS的重型車輛自動駐車系統(tǒng)開發(fā)

周元豪，陳利東，付伯軒

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

前言

目前，自動駐車系統(tǒng)已在乘用車上得到了廣泛的應(yīng)用，系統(tǒng)基于液壓制動實現(xiàn)，控制策略、相關(guān)技術(shù)相當成熟；而在重型車輛方面，國外已實現(xiàn)產(chǎn)品化，如奔馳、沃爾沃等一些國際知名品牌。在國內(nèi)重卡領(lǐng)域，基于氣壓制動的自動駐車技術(shù)正處于研究階段，還沒有成熟產(chǎn)品。

重型車輛由于其制動力需求較大，普遍采用氣壓制動系統(tǒng)，空氣系統(tǒng)相比于油液系統(tǒng)，具有壓縮性大、粘性小的特點，這樣會給系統(tǒng)帶來壓力響應(yīng)滯后，系統(tǒng)阻尼小，易受外部干擾等影響，難于實現(xiàn)對位置或力連續(xù)可調(diào)的高精度控制。加之大多數(shù)重型車輛采用手動變速箱，由于其檔位多，自重大，在坡道停車及起步時，經(jīng)驗不足的駕駛員難以操作，經(jīng)常導(dǎo)致車輛熄火及溜車，容易造成嚴重的交通事故，存在較大的安全隱患。

開發(fā)基于氣壓制動的重型車輛自動駐車系統(tǒng)可以消除此安全隱患，大幅減輕重型車輛駕駛員在市區(qū)擁堵路段及山區(qū)路段的駕駛負擔。能夠提高重型車輛在頻繁駐車、起步時駕駛員的操作便捷程度和駕乘的舒適程度。同時，它是實現(xiàn)車輛主動安全系統(tǒng)及智能駕駛系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)。

本文以基于 ABS的重型車輛自動駐車系統(tǒng)開發(fā)為主要內(nèi)容，根據(jù)重型車輛具有 ABS功能的雙回路制動系統(tǒng)的特點，規(guī)劃了合理的自動駐車系統(tǒng)功能，分析了系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，以ABS電磁閥為基礎(chǔ)，基于時間的多級制動開環(huán)控制方式為出發(fā)點，提出了系統(tǒng)總體設(shè)計方案及控制策略，并通過試驗臺架及實車試驗對自動駐車系統(tǒng)的各項功能進行了驗證。本系統(tǒng)具有低成本、易改裝、適用性強、易實現(xiàn)產(chǎn)品化等特點。求。

1 系統(tǒng)功能規(guī)劃

本系統(tǒng)目標車型采用電控發(fā)動機，手動變速箱，雙回路氣制動系統(tǒng)，ABS防抱死系統(tǒng)。結(jié)合該車型的特點及目前市場對自動駐車系統(tǒng)的需求，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下基本功能：

1）駕駛員可以打開或解除自動駐車功能。

2）自動駐車模式，駕駛員在坡道（≤20%）上停車時，系統(tǒng)采用行車制動系統(tǒng)進行自動駐車，當車輛停止時間超過3min后，系統(tǒng)切換到電子手剎制動；駕駛員在坡道（≤20%）上起步時，系統(tǒng)通過離合器位置、發(fā)動機實際輸出扭矩確定起步壓力，并自動解除制動，簡化操作流程，提高駕駛的效率和安全性。

3）駕駛員在特殊坡道（>20%）上手剎制動時，自動駐車系統(tǒng)控制行車制動提供短時的輪邊制動輔助功能，彌補在極限坡道上駐車制動力的不足。

4）系統(tǒng)具有故障報警及安全冗余措施：系統(tǒng)對各關(guān)鍵部件有自檢功能，一旦發(fā)生故障，會及時報警；在系統(tǒng)功能開關(guān)未開啟時，不影響原有整車氣制動回路控制邏輯；系統(tǒng)在確定整車有倒車信號、手剎制動信號任意一種狀態(tài)時，自動駐車功能自動解除；系統(tǒng)掉電時，氣制動回路默認為手剎駐車狀態(tài)，確保駕駛安全、可靠。

2 系統(tǒng)總體方案

2.1 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)在開發(fā)及實施過程中，為實現(xiàn)系統(tǒng)的低成本、易改裝、通用性及易實現(xiàn)產(chǎn)品化的特點，系統(tǒng)解決了三個關(guān)鍵性技術(shù)：制動氣壓的建立/釋放采用以 ABS電磁閥為基礎(chǔ)，實現(xiàn)基于時間的多級制動開環(huán)控制方式；系統(tǒng)軟件采用基于模型的快速原型技術(shù)進行算法開發(fā)，能夠嵌入于 ABS控制器；關(guān)鍵執(zhí)行器采用自保持脈沖式電磁閥，防止長時間通電對電磁閥造成的損壞，保證氣路安全可靠。

2.2 系統(tǒng)信號需求

實現(xiàn)系統(tǒng)的功能需要采集車輛的基本信息，以滿足系統(tǒng)的控制功能，系統(tǒng)所采集車輛信息如下表1所示。

2.3 系統(tǒng)方案設(shè)計

通過分析目標車輛氣制動回路的特點。系統(tǒng)所設(shè)計的電氣原理如圖1所示，在整車原有氣管路不變動的情況下，在駐車制動回路手剎閥后端氣路串聯(lián)自保持脈沖式常閉電磁閥（以下簡稱常閉電磁閥）。在行車制動回路中，前橋制動回路處并聯(lián)雙向單通電磁閥，后橋繼動閥控制口前端處與腳制動控制回路并聯(lián)雙向單通電磁閥。系統(tǒng)所安裝ABS電磁閥串聯(lián)到每個制動氣室前端，即不改變ABS系統(tǒng)對其安裝位置的要

表1 系統(tǒng)采集參量表

系統(tǒng)電路方面，采用ABS控制器作為主控器件。功能開關(guān)采用控地方式，低電平有效；系統(tǒng)狀態(tài)指示燈與故障指示燈一端接整車24V電源，低電平點亮；離合器位置信號直接通過控制器模擬信號輸入端進入到控制器；整車坡度信號、車速信號、檔位信號、制動燈信號、氣壓信號通過車身CAN總線獲??；加速踏板位置、發(fā)動機扭矩信號通過動力 CAN總線獲取。

圖1 系統(tǒng)電氣原理圖

2.4 系統(tǒng)控制策略

該系統(tǒng)以ABS電磁閥為基礎(chǔ)，采用基于時間的多級制動開環(huán)控制方式。在行車制動回路，通過聯(lián)合雙向單通電磁閥及ABS電磁閥實現(xiàn)制動氣室氣壓進氣、排氣的靈活控制。其中，ABS電磁閥進氣控制采用“增壓—保壓—增壓”的模式，排氣控制采用“減壓—保壓—減壓”的模式，通過設(shè)定不同的狀態(tài)保持時間，可以改變氣室氣壓的建立與釋放時間及速率。手剎回路采用脈沖式常閉電磁閥，在系統(tǒng)掉電的情況下，手剎回路處于斷氣制動狀態(tài)，使系統(tǒng)更加安全可靠。

（1）自動駐車功能：系統(tǒng)控制器判斷整車處于 20%的坡度以下，駕駛員有停車意圖時，系統(tǒng)根據(jù)汽車所處的坡度大小控制前后橋雙向單通電磁閥，各氣室ABS電磁閥的進氣時間，使制動氣室處于合理的制動氣壓，以達到平穩(wěn)駐車的目的。當行車制動所控制的駐車時間超過30秒，系統(tǒng)關(guān)閉手剎常閉電磁閥，采用手剎制動，并釋放行車制動。

（2）坡道起步功能：系統(tǒng)控制器判斷整車處于 20%的坡度以下，駕駛員有起步意圖時，若在行車制動工況下起步，系統(tǒng)根據(jù)汽車坡度大小控制前后橋雙向單通電磁閥，各氣室ABS電磁閥的放氣時間，使制動氣室以合理的速率放氣，以達到平順起步的目的。若在手剎制動工況下，則先切換到行車制動，后釋放手剎，按上述邏輯起步。整車車速達到3km/h以上，系統(tǒng)退出自動駐車功能，整車氣制動恢復(fù)原車制動工作模式。

（3）輔助制動功能：系統(tǒng)控制器判斷整正車處于 20%的坡度以上，駕駛員有駐車意圖時，系統(tǒng)控制前后橋雙向單通電磁閥，向各制動氣室充氣，達到最大制動氣壓，滿足整車在極限坡道上能安全駐車。

3 系統(tǒng)試驗

3.1 臺架測試

系統(tǒng)在設(shè)計過程中，嚴格按照正向開發(fā)流程，針對系統(tǒng)提出的功能需求及控制算法通過搭建與整車電氣系統(tǒng)及雙回路制動系統(tǒng)完全一致的試驗臺架。

試驗臺架如圖2所示，通過雙向單通電磁閥與ABS電磁閥聯(lián)動控制，測量每個制動氣室氣壓的變化曲線。通過試驗測試制動氣室氣壓建立與釋放的大小、速率與ABS電磁閥動作的時間，模式轉(zhuǎn)換的頻率之間的關(guān)系，并找尋控制規(guī)律。根據(jù)調(diào)節(jié)其工作模式頻率與時間，可以滿足制動氣室氣壓的連續(xù)可調(diào)。

圖2 系統(tǒng)臺架測試實物

3.2 實車試驗

將系統(tǒng)安裝于目標車型上，根據(jù)場地條件，分別選取了5%與 20%兩種標準坡道，通過主觀感受與客觀數(shù)據(jù)采集分析對系統(tǒng)進行綜合驗證。實車試驗場地如圖3所示。

主觀感受方面，分別挑選一名駕駛員、兩名乘員對系統(tǒng)的基本功能邏輯測試，對自動駐車功能、坡道起步功能的操作便捷程度、穩(wěn)定性和舒適性三方面進行了主觀評價，將評價分為一般、較好、很好三個等級。在不少于20次的試驗中，系統(tǒng)功能邏輯試驗中五項指標均符合設(shè)計要求，自動駐車均完成行車制動至駐車制動的切換，且無溜車現(xiàn)象，坡道起步亦無溜車現(xiàn)象，起步過程中偶爾出現(xiàn)輕微頓挫感。在評價項中較好、很好項達到 90%以上。主觀感受試驗表明，基于ABS的重型車輛自動駐車系統(tǒng)完全達到設(shè)計要求，能夠減少駕駛員操作復(fù)雜度，并且效果突出。

圖3 實車試驗場景

客觀數(shù)據(jù)分析方面，分別在 5%和 20%的坡道上反復(fù)進行 “上坡—駐車—停留—起步”此過程，各坡道進行次數(shù)不少于 20次，并采集各制動氣室的制動氣壓變化情況如圖 4所示。從圖中曲線分析，在車輛自動駐車時，系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)，使制動氣室氣壓達到控制氣壓，并能夠保持很長一段時間，確保車輛不溜車。當車輛在起步的時候，系統(tǒng)能夠根據(jù)駕駛員駕駛需求，緩慢放掉制動氣室氣體，確保車輛平穩(wěn)起步?？陀^數(shù)據(jù)表明，基于ABS的重型車輛自動駐車完全滿足設(shè)計要求，且性能穩(wěn)定，可靠。

圖4 自動駐車、坡道起步工況各氣室氣壓變化曲線

4 結(jié)論

根據(jù)重型車輛具有ABS功能的雙回路制動系統(tǒng)的特點，規(guī)劃了合理的自動駐車系統(tǒng)功能，分析了系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，以ABS電磁閥為基礎(chǔ)，基于時間的多級制動開環(huán)控制方式為出發(fā)點，提出了系統(tǒng)總體設(shè)計方案及控制策略，設(shè)計了軟件架構(gòu)，編寫了軟件算法。并通過搭建試驗臺架及實車試驗對自動駐車系統(tǒng)的各項功能進行了驗證。證明了基于ABS的重型車輛自動駐車系統(tǒng)總體方案設(shè)計與控制功能的可行性。本系統(tǒng)具有低成本、易改裝、適用性強、易實現(xiàn)產(chǎn)品化等特點。

參考文獻

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