制動防抱死系統(tǒng)的通道控制對重型半掛車制動穩(wěn)定性仿真分析

賈會星

(滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽 滁州 239000)

0 引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，制動防抱死系統(tǒng)(anti-lock braking system，ABS)在重型汽車上得到了廣泛應(yīng)用，ABS有效縮短了重型汽車緊急制動時的制動距離，并且可在制動過程中保持重型汽車的方向操縱性和車身穩(wěn)定性，提升了重型汽車的行駛安全性。目前重型汽車多采用氣壓式ABS，在對同一車軸的車輪控制上有單通道和雙通道控制形式。單通道是同一車軸左右車輪采用相同的控制壓力來控制車輪的滑移率；雙通道是同一車軸左右車輪采用不同的控制壓力來控制左右車輪的滑移率[1-3]。

本文利用TruckSim軟件對某三軸重型半掛車各車軸分別采用單通道和雙通道ABS控制時，在低附著路面直線行駛制動和良好附著路面彎道行駛制動工況進(jìn)行仿真分析，研究兩種不同ABS通道控制方式對重型半掛車制動時行駛穩(wěn)定性的影響。

1 仿真模型的建立

1.1 整車參數(shù)的設(shè)定

三軸重型半掛車的整車參數(shù)選用TruckSim軟件中2A Tractor/w 1A Van Trailer模型，牽引車為前后兩軸，半掛車僅有后軸，主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示[4-6]。

1.2 仿真工況的設(shè)定

為了全面地比較兩種不同ABS控制的制動方式對重型半掛車行駛穩(wěn)定性的影響，分別對附著性差的低附著直線道路緊急制動和附著性良好的彎道緊急制動工況兩種行駛工況進(jìn)行仿真。制動仿真過程中以車輪的滑移率為控制目標(biāo)，使車輪滑移率保持在10%～20%，一種方式是對重型半掛車各車軸制動管路的制動氣壓進(jìn)行單通道ABS控制；另一種方式是對制動管路的制動氣壓進(jìn)行雙通道ABS控制。

低附著直線行駛緊急制動工況設(shè)置為下了雪的低附著路面，道路為一段有小坡度的下坡直線路段，長度為100 m。道路設(shè)置為一半是有積雪的濕滑路面，其附著系數(shù)為0.2；另一半為沒有雪的濕滑路面，附著系數(shù)為0.5。仿真中設(shè)置重型半掛汽車以40 km/h的初始速度行駛，2 s后踩下制動踏板進(jìn)行緊急制動[7-8]。

表1 仿真車輛的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

良好附著路面彎道行駛緊急制動工況的路面設(shè)置為半徑為150 m的水平附著良好的環(huán)形單車道，附著系數(shù)為0.75，環(huán)形試驗(yàn)車道總長度約為950 m。車輛初速度為75 km/h，在圓形道路中進(jìn)行高速轉(zhuǎn)向行駛，行駛2 s后，進(jìn)行緊急制動[9-10]。

2 仿真結(jié)果分析

2.1 低附著道路直線行駛工況

重型半掛車在低附著道路直線行駛并進(jìn)行緊急制動工況的仿真結(jié)果如圖1～7所示。圖中ABS表示單通道ABS控制方式，ABS-2表示雙通道ABS控制方式；重型半掛車由兩部分組成，分別為牽引車和半掛車，圖中Unit 1表示牽引車，Unit 2表示半掛車。

圖1為重型半掛車車身的側(cè)傾角變化情況，采用雙通道的ABS控制的車輛在制動過程中，其車身側(cè)傾角變化幅值較單通道ABS大，車身側(cè)傾穩(wěn)定性不如單通道ABS。圖2為重型半掛車車身質(zhì)心的橫向加速度變化情況，由圖可知，采用雙通道的ABS控制的車輛在制動過程中其車身質(zhì)心的橫向加速度變化幅值要大于單通道ABS的，故其車身穩(wěn)定性不如單通道ABS。

圖3、圖4分別為重型半掛車車身的橫擺角、橫擺角速度的變化情況?？梢钥闯稣麄€制動過程中，采用雙通道ABS控制的車輛車身的橫擺角、橫擺角速度變化幅度較大，其車身橫擺穩(wěn)定性不如單通道ABS。

圖1 車身的側(cè)傾角變化情況(1)

圖2 車身質(zhì)心的橫向加速度變化情況(1)

圖3 車身的橫擺角變化情況(1)

圖4 車身的橫擺角速度變化情況(1)

圖5為重型半掛車牽引車與半掛車的鉸接角變化情況，采用雙通道ABS控制時車輛的鉸接角變化幅度要比單通道ABS的大。圖6為重型半掛車制動時偏離目標(biāo)路徑和駕駛參考路徑(Target；Driver reference path)情況，可以看出采用雙通道ABS控制時車輛制動距離縮短了35 m，但停車時偏離了車道0.2 m，仿真結(jié)果如圖7所示。圖7(a)(b)(c)演示了兩種制動方式重型半掛車的制動過程，制動前兩車重合在一起正常行駛。

圖5 牽引車與半掛車的鉸接角變化情況(1)

圖6 制動時偏離目標(biāo)路徑變化情況

綜上所述，可以看出在低附著路面直線行駛制動時，采用雙通道ABS控制其車身橫擺角、橫擺角速度、側(cè)傾角、質(zhì)心橫向加速度、牽引車與半掛車鉸接角的變化情況不如采用單通道ABS控制的穩(wěn)定。但采用雙通道ABS控制時，在能保持車身穩(wěn)定的情況下，在初始車速40 km/h制動時有效縮短了制動距離35 m，這充分說明在低附著路面進(jìn)行緊急制動時，采用雙通道ABS控制比采用單通道ABS控制更能提升重型半掛車的行駛穩(wěn)定性和安全性。

(a)制動初期 (b)制動過程中 (c)制動結(jié)束

2.2 附著良好彎道緊急制動工況

附著良好彎道緊急制動工況的仿真結(jié)果如圖8～13所示。

圖8為重型半掛車車身的側(cè)傾角變化情況，在進(jìn)行制動后，采用雙通道ABS控制方式，其車身的側(cè)傾角變化幅度較大；單通道ABS控制方式車身側(cè)傾角變化幅度小，車身穩(wěn)定性更好。

圖9、圖10為重型半掛車車身的橫擺角、橫擺角速度變化情況?？梢钥闯觯捎脝瓮ǖ繟BS控制方式其車身橫擺角、橫擺角速度變化幅值較小，車身的穩(wěn)定性更好。采用雙通道ABS控制方式其牽引車和半掛車車身橫擺角、橫擺角速度差值較大，說明兩者之間運(yùn)動不協(xié)調(diào)，易出現(xiàn)折疊失穩(wěn)現(xiàn)象。

圖8 車身的側(cè)傾角變化情況(2)

圖9 車身的橫擺角變化情況(2)

圖11為重型半掛車車身質(zhì)心的橫向加速度變化情況，可以看出采用雙通道ABS控制方式的牽引車車身質(zhì)心橫向加速度變化幅值很大，最大值達(dá)到了0.75g，且出現(xiàn)了多次振蕩，說明制動過程中牽引車車身出現(xiàn)了失穩(wěn)現(xiàn)象。采用單通道ABS控制方式的牽引車車身質(zhì)心橫向加速度僅在0.3g左右變化，變化幅值較小?？梢妴瓮ǖ繟BS控制方式其車身穩(wěn)定性更好。

圖10 車身的橫擺角速度變化情況(2)

圖11 車身質(zhì)心的橫向加速度變化情況(2)

圖12為牽引車與半掛車的鉸接角變化情況，可以看出采用雙通道ABS控制方式的重型半掛車其牽引車與半掛車的鉸接角要比單通道ABS大很多，容易發(fā)生失穩(wěn)。

圖12 牽引車與半掛車的鉸接角變化情況(2)

圖13 車身在目標(biāo)車道的橫向偏移量變化情況

圖13為重型半掛車目標(biāo)車道的橫向偏移量變化情況，由圖可知采用雙通道ABS控制方式的重型半掛車其車身最大橫向滑移量偏離了車道約1.6 m，部分車身已經(jīng)滑出了車道失去了穩(wěn)定性，如圖14所示。因此彎道制動時，采用單通道ABS控制的重型半掛車其車身穩(wěn)定性更好。

圖14演示了兩種制動方式重型半掛車的制動過程，制動前兩車重疊在一起正常行駛，圖(a)為制動初期，圖(b)(c)為制動過程中，圖(d)為制動結(jié)束時兩車所停在車道的位置。

(a) (b) (c) (d)

因此，重型半掛車在彎道行駛制動工況中，采用雙通道ABS控制方式時，制動距離減小了約12 m，可以有效地減小制動距離，但是制動過程中其車身側(cè)傾角、橫擺角、橫擺角速度、車身質(zhì)心的橫向加速度等均變化幅值較大，不如采用單通道ABS控制方式時穩(wěn)定，特別是車身偏離目標(biāo)車道的橫向滑移量過大，可能會導(dǎo)致車輛制動時滑移出車道，發(fā)生失穩(wěn)的危險(xiǎn)事故。由此可見，重型半掛車在轉(zhuǎn)向制動工況中，采用單通道ABS控制方式時其車身穩(wěn)定性更好。

3 結(jié)論

重型半掛車在低附著路面直線行駛時，采用雙通道ABS控制其車身橫擺角、橫擺角速度、側(cè)傾角、質(zhì)心橫向加速度的變化情況不如采用單通道ABS控制的穩(wěn)定。兩種制動方式均能使重型半掛車保持在目標(biāo)車道中穩(wěn)定行駛，采用雙通道ABS控制時，能顯著縮短制動距離。

重型半掛車在附著良好的彎道行駛緊急制動工況中，采用雙通道ABS控制方式時，減小制動距離方面效果顯著，但是制動過程中其車身穩(wěn)定性評價參數(shù)變化幅值較大，不如采用單通道ABS控制方式時穩(wěn)定，特別是車身偏離目標(biāo)車道的橫向滑移量過大，會導(dǎo)致車輛制動時滑移出車道，因失穩(wěn)發(fā)生危險(xiǎn)事故。

重型半掛車在低附著路面直線行駛緊急制動時，采用雙通道ABS控制比采用單通道ABS控制制動效果更佳，可保證車輛按既定車道穩(wěn)定行駛時顯著縮短制動距離；重型半掛車在附著良好彎道進(jìn)行緊急制動時，采用單通道ABS控制方式其車身穩(wěn)定性更好，可使車身偏離目標(biāo)車道的橫向滑移量保證在安全范圍內(nèi)。