厚勢(shì)按：本文回顧了電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)液壓力控制問(wèn)題。電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)（Electro-Hydraulic Brake System，EHB）是汽車制動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)重要發(fā)展方向。主要特征是采用電子元器件替代傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中的部分機(jī)械零部件，保留了原有成熟可靠的液壓部分，具有結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)快速、易于實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)、制動(dòng)力可精確控制等突出優(yōu)點(diǎn)，容易實(shí)現(xiàn)多種主動(dòng)安全控制功能。

在剖析電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)組成架構(gòu)的基礎(chǔ)上歸納出電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)的液壓力控制架構(gòu)，以控制變量和控制算法為突破口，從主缸液壓力控制和輪缸液壓力控制這兩個(gè)層面分別對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，對(duì)能夠應(yīng)用于電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)上的電磁閥特性進(jìn)行分析，對(duì)其控制方式進(jìn)行研究，提出對(duì)于電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)液壓力控制的發(fā)展展望。汽車的電動(dòng)化和智能化對(duì)液壓力控制算法的控制精度、適應(yīng)性和魯棒性要求進(jìn)一步提高。液壓力控制算法對(duì)整車的制動(dòng)舒適性和操縱穩(wěn)定性影響也有待進(jìn)一步討論。

本文來(lái)自 2017 年 7 月出版的《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》，作者是同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院與同濟(jì)大學(xué)智能型新能源汽車協(xié)同創(chuàng)新中心的余卓平教授、韓偉博士、徐松云博士和熊璐教授。

值得一提的是，脫胎于同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院的初創(chuàng)公司上海同馭汽車科技有限公司電液推桿廠家因在 EHB 方面的技術(shù)儲(chǔ)備得到了上市公司萬(wàn)安科技（002590.SZ）的戰(zhàn)略投資，詳見《萬(wàn)安科技入股同馭汽車，「彌補(bǔ)」線控系統(tǒng)，「搶道」智能駕駛》。

0. 前言

汽車電動(dòng)化和智能化的發(fā)展推動(dòng)了制動(dòng)系統(tǒng)朝著線控制動(dòng)方向發(fā)展，不僅與現(xiàn)代汽車向模塊化、集成化和機(jī)電一體化發(fā)展的趨勢(shì)一致[1]，也符合了汽車對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的新需求 [2]。

從功能上看，電動(dòng)汽車要實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收，制動(dòng)系統(tǒng)須由電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)和另一種制動(dòng)形式共同作用。電液推桿廠家由于電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的特性以及回收能量最大化的需求，液壓制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)力必須實(shí)時(shí)可調(diào)，因此線控制動(dòng)是必然的發(fā)展方向。線控制動(dòng)系統(tǒng)可對(duì)4個(gè)車輪的液壓制動(dòng)力進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓制動(dòng)力的精確控制[3-4]。

此外，由于近年來(lái)汽車智能化的需求[5]，如高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistant System，ADAS）、自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)（Autonomous Emergency Braking，AEB）等自動(dòng)駕駛技術(shù)都需要線控制動(dòng)技術(shù)。因此，作為未來(lái)制動(dòng)系統(tǒng)的革命性技術(shù)，線控制動(dòng)系統(tǒng)將取代傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)。

線控制動(dòng)系統(tǒng)可以分為兩類，電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)（電液推桿廠家Electro-hydraulic Brake System，EHB）及電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（Electro-mechanical Brake System，EMB）[6]。其中，EMB是一種電控純機(jī)械制動(dòng)，采用電子機(jī)械系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)（主缸、真空助力裝置以及液壓管路等）。四輪的制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均由獨(dú)立電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。EMB曾被認(rèn)為是未來(lái)制動(dòng)系統(tǒng)的主要形式，但仍需要解決車載42 V電源、可靠性、容錯(cuò)性、抗干擾性等諸多關(guān)鍵問(wèn)題[7]，因此一直得不到廣泛應(yīng)用。

而EHB將傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中的部分機(jī)械部件用電子元件替代，仍保留了原有成熟可靠的液壓制動(dòng)系統(tǒng)，保證了制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性[8]；同時(shí)，EHB系統(tǒng)仍可采用12 V的車載電源，現(xiàn)有車輛的電路系統(tǒng)即可滿足要求。

此外，EHB系統(tǒng)具有安全、舒適、響應(yīng)快、易于實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)、制動(dòng)力可精確控制等優(yōu)點(diǎn)，并且通過(guò)控制算法能夠?qū)崿F(xiàn)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（Anti-lock Brake System，ABS）、電子穩(wěn)定性控（Electronic Stability Control，ESC）、牽引力控制系統(tǒng)（Traction Control System，TCS）等主動(dòng)安全控制功能[9-11]。

而對(duì)于EHB系統(tǒng)，液壓力控制的平穩(wěn)、精確、快速是汽車對(duì)于制動(dòng)系統(tǒng)的基本要求。本文從主缸液壓力控制和輪缸液壓力控制這兩大層面對(duì)EHB系統(tǒng)液壓力控制方面的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行深入研究。

1. 電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)的組成與液壓力控制架構(gòu)電液推桿廠家

1.1 電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)的組成架構(gòu)

圖 1  電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)的組成架構(gòu)

如圖 1 所示，電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)共分成 4 大部分：制動(dòng)踏板單元、液壓驅(qū)動(dòng)單元、制動(dòng)執(zhí)行單元、控制系統(tǒng) [12]。

制動(dòng)踏板單元包括制動(dòng)踏板、踏板模擬器等，負(fù)責(zé)為駕駛員提供合適的制動(dòng)踏板感覺，同時(shí)獲取駕駛員意圖[13]。

液壓驅(qū)動(dòng)單元包括「電動(dòng)機(jī) + 減速機(jī)構(gòu)」、「液壓泵 + 高壓蓄能器」等形式。由于電動(dòng)汽車制動(dòng)主缸最高建壓需求往往超過(guò) 15 MPa，因此在采用電動(dòng)機(jī)作為液壓壓力動(dòng)力源的電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)中，均需要加裝減速增扭機(jī)構(gòu)，以增大電動(dòng)機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩，減小電動(dòng)機(jī)體積，節(jié)約成本。

• 「電動(dòng)機(jī)+減速機(jī)構(gòu)」負(fù)責(zé)將電動(dòng)機(jī)的力矩轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的推力從而推動(dòng)主缸產(chǎn)生相應(yīng)的液壓力；

• 「液壓泵電液推桿廠家+高壓蓄能器」通過(guò)高壓蓄能器的高壓能量來(lái)提供主缸液壓力或輪缸制動(dòng)力以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)調(diào)節(jié)。

• 該系統(tǒng)通過(guò)制動(dòng)踏板單元獲取制動(dòng)駕駛意圖從而向整車控制器發(fā)送指令，以控制高壓蓄能器、電磁閥和泵產(chǎn)生相應(yīng)的液壓力；

• 當(dāng)高壓蓄能器內(nèi)壓力不足時(shí)，液壓泵將對(duì)高壓蓄能器增壓。

如表 1 所示為 2 種典型 EHB 系統(tǒng)。Continental 的 MK C1 系統(tǒng)屬于「電動(dòng)機(jī)+減速機(jī)構(gòu)」形式；Bosch 和 HAS Hev 系統(tǒng)屬于「液壓泵+高壓蓄能器」形式。

表 1  典型 EHB 系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

制動(dòng)執(zhí)行單元包括主缸，液壓管路，輪缸等。這些機(jī)構(gòu)跟傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)保持一致，將推動(dòng)主缸的推力轉(zhuǎn)化成制動(dòng)器的液壓力，最后通過(guò)摩擦力作用在制動(dòng)盤上產(chǎn)生相應(yīng)的制動(dòng)力矩。

控制系統(tǒng)包括電控單元（Electric Control Unit，ECU）、液壓力控制單元（Hydraulic Control Unit，HCU）、液壓力傳感器、踏板力傳感器以及踏板位移傳感器等：

• HCU用以精確調(diào)節(jié)輪缸液壓力；

• 液壓力傳感器作為反饋單元將液壓力實(shí)時(shí)反饋到整車控制器里，用作控制算法的輸入量；

• 踏板力傳感器和踏板位移傳感器用來(lái)檢測(cè)駕駛員的踏板信號(hào)，從而獲得駕駛員意圖。

1.2 電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)的液壓力控制架構(gòu)電液推桿廠家

液壓力控制是電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)的基本功能，也是車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)和再生制動(dòng)系統(tǒng)等的關(guān)鍵技術(shù)。因此，液壓力控制的性能優(yōu)劣是整車性能的重要一環(huán)。通常來(lái)說(shuō)，液壓力控制層是整車控制系統(tǒng)的最底層，所以整車控制效果的優(yōu)劣與液壓力控制密切相關(guān)。如果沒有液壓力控制模塊或者液壓力控制模塊不能有效對(duì)液壓力施加控制，那么整車控制系統(tǒng)的控制性能會(huì)受到很大影響。與此同時(shí)，液壓力控制方法是伴隨著整車控制系統(tǒng)的變化而不斷發(fā)展的。

由于車輛電氣化和智能化的發(fā)展，傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)越來(lái)越不能滿足整車控制系統(tǒng)的需求，所以電液推桿廠家EHB系統(tǒng)及其液壓力控制方法越來(lái)越受到重視[14]。國(guó)外知名整車和零部件公司如德國(guó)Bosch [15-16]、Continental [17-18]、LSP [19]、Daimler Chrysler，美國(guó)TRW [21-22]、Delphi [23]，日本Hitachi [24-25]、Honda [26-27]、Toyota [28]，韓國(guó)Mando [29]等均提出了電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)方案及其液壓力控制方法，并進(jìn)行了仿真和試驗(yàn)研究。

而國(guó)內(nèi)如清華大學(xué)[30-31]、吉林大學(xué)[32-35]、同濟(jì)大學(xué)[36-39]、南京航空航天大學(xué) [40-41]、武漢理工大學(xué) [42-45]、江蘇大學(xué) [46-47]等對(duì)電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)的研究才剛剛起步，大多數(shù)僅僅提出了EHB系統(tǒng)方案，而EHB系統(tǒng)液壓力控制方法的研究大部分停留在仿真階段或臺(tái)架試驗(yàn)階段，極少進(jìn)行實(shí)車測(cè)試。開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的EHB產(chǎn)品，研究液壓力控制算法對(duì)于打破國(guó)外零部件企業(yè)的技術(shù)壟斷以及提高國(guó)內(nèi)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

圖 2  電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)液壓力控制架構(gòu)

2. 主缸液壓力控制電磁閥控

傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)由于制動(dòng)踏板與主缸活塞推桿之間的機(jī)械連接未解耦和真空助力器的非線性使主缸液壓力難以精確控制。電液推桿廠家而且，在 ESC 中，電動(dòng)機(jī)液壓泵的能力和 HCU 的限制對(duì)控制效果有很大影響，此時(shí)如果能夠?qū)χ鞲滓簤毫_控制，會(huì)較大改善控制效果和提高車輛穩(wěn)定性。

由此可見，電液推桿廠家傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)不能滿足要求，而EHB系統(tǒng)能夠精確控制主缸液壓力，即利用一定的控制算法計(jì)算出電動(dòng)機(jī)或電磁閥的控制指令，穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速地跟蹤目標(biāo)主缸液壓力，從而滿足制動(dòng)系統(tǒng)的新要求。其中，

• 液壓驅(qū)動(dòng)單元屬于「電動(dòng)機(jī)+減速機(jī)構(gòu)」形式的 EHB 系統(tǒng)對(duì)主缸液壓力控制的過(guò)程電液推桿廠家實(shí)際上是對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制過(guò)程，控制器輸出為電動(dòng)機(jī)的命令電流或命令力矩；

• 液壓驅(qū)動(dòng)單元屬于「液壓泵+高壓蓄能器」形式的 EHB 系統(tǒng)對(duì)主缸液壓力控制的過(guò)程電液推桿廠家是對(duì)電磁閥的控制過(guò)程，控制器輸出為電磁閥的控制指令。

現(xiàn)有的主缸液壓力控制方案如表 2 所示。

表 2  電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)主缸液壓力控制方案

2.1控制變量

對(duì)于液壓驅(qū)動(dòng)單元為「電動(dòng)機(jī)電液推桿廠家+減速機(jī)構(gòu)」形式的EHB系統(tǒng)，主缸液壓力控制效果的直接判據(jù)是主缸液壓力。因此，文獻(xiàn)[16，24-25，27，30-31，39，48-50]直接以主缸液壓力作為控制變量，其優(yōu)點(diǎn)是觀測(cè)容易，而且對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的改造不大而易于實(shí)現(xiàn)，但由于液壓系統(tǒng)PV特性在低壓工作點(diǎn)處存在死區(qū)，所以低壓范圍不能實(shí)現(xiàn)精確控制。文獻(xiàn)[19,51]間接以主缸活塞推桿位移為控制變量，解決了上述以主缸液壓力作為控制變量存在的問(wèn)題，但主缸活塞推桿位移傳感器不易布置且成本較高。對(duì)此，Continental的MK C1 [17]和TRW的IBC（Integrated Brake Control System）[22]在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部安裝轉(zhuǎn)角傳感器，以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度為控制變量，實(shí)際上能夠間接得到主缸活塞推桿位移，從而對(duì)主缸液壓力進(jìn)行控制。

對(duì)比以上幾種單控制變量的控制系統(tǒng)，在液壓閉環(huán)控制時(shí)，存在「殘留液壓力」問(wèn)題，此時(shí)主缸活塞將不再動(dòng)作而「滯留」在非零壓處。雖然企業(yè)中對(duì)于「殘留液壓力」的要求有一定容許量，但是如果主缸活塞一直「滯留」，那么制動(dòng)系統(tǒng)將變得越來(lái)越「硬」，從而影響正常工作。相比于液壓閉環(huán)控制，位移閉環(huán)控制沒有主缸活塞「滯留」問(wèn)題，但也存在不足：如果位移控制指令由一較大目標(biāo)值變?yōu)榱?，此時(shí)主缸活塞回位時(shí)由于運(yùn)動(dòng)慣性可能出現(xiàn)超調(diào)，從而導(dǎo)致與殼體或其他部件撞擊，產(chǎn)生工作噪聲，并影響零件壽命。

文獻(xiàn)[52-53]還指出以主缸液壓力或主缸活塞推桿位移為控制變量的單控制變量控制系統(tǒng)面對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化和外界擾動(dòng)時(shí)的魯棒性和適應(yīng)性不高。為了提高系統(tǒng)性能，文獻(xiàn)[52-53]設(shè)計(jì)了以主缸液壓力和主缸活塞推桿位移為雙控制變量的控制系統(tǒng)。其中，采用位移控制器能夠快速建壓并消除「殘留液壓力」的問(wèn)題；采用液壓控制器能夠確保目標(biāo)壓力的精確跟蹤控制。

有時(shí)在行駛過(guò)程中汽車需要頻繁制動(dòng)或緊急制動(dòng)，這對(duì)液壓力控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能要求較高，需要作為液壓驅(qū)動(dòng)單元的電動(dòng)機(jī)快速起動(dòng)。電液推桿廠家因此，液壓力控制算法中引入電流閉環(huán)反饋控制，保證電動(dòng)機(jī)的快速起動(dòng)以快速建立壓力。文獻(xiàn)[55]設(shè)計(jì)了以主缸液壓力和電動(dòng)機(jī)電流為雙控制變量的控制系統(tǒng)。其中，電流環(huán)還有一個(gè)重要作用就是保持電動(dòng)機(jī)電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值。因而在突然施加控制作用時(shí)不希望有超調(diào)或超調(diào)量越小越好。而壓力環(huán)的作用是保證穩(wěn)態(tài)響應(yīng)無(wú)靜差。

對(duì)于液壓驅(qū)動(dòng)單元為「液壓泵+高壓蓄能器」形式的EHB系統(tǒng)，由于其物理結(jié)構(gòu)形式，控制變量只有主缸液壓力[15,21,26,44-45]。另外，如文獻(xiàn)[23,28]中所述的傳統(tǒng)EHB系統(tǒng)，由于常規(guī)制動(dòng)時(shí)主缸與輪缸之間的液壓回路被電磁閥斷開，而主缸液壓回路與踏板模擬器液壓回路連通，起模擬踏板感覺的作用，所以傳統(tǒng)EHB系統(tǒng)中不存在主缸液壓力控制問(wèn)題。

2.2 控制算法電液推桿廠家

針對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)單元為「電動(dòng)機(jī)電液推桿廠家+減速機(jī)構(gòu)」形式的EHB系統(tǒng)進(jìn)行主缸液壓力控制，大多數(shù)的控制算法是閉環(huán)反饋控制。如Bosch的ibooster 系統(tǒng) [16]和Hitachi的e-ACT系統(tǒng)（Electrically-assisted Actuation）[24-25]采用液壓閉環(huán)反饋。這種控制算法的思路是將被控對(duì)象輸出的實(shí)際值與期望的目標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，然后將二者的偏差經(jīng)過(guò)控制器的處理后輸送給執(zhí)行器。而如何利用好二者偏差進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)是這種控制算法設(shè)計(jì)的重中之重。

研究中多以比例-積分-微分（Proportional-Integral-Derivative，PID）控制算法對(duì)主缸液壓力進(jìn)行反饋控制 [39,48]。由于在工程實(shí)踐中，PID控制算法是應(yīng)用最普遍的一種控制器控制方法，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。在具體應(yīng)用PID控制器時(shí)，需要對(duì)其控制參數(shù)進(jìn)行整定，以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)妮敵隽縼?lái)控制電動(dòng)機(jī)。

文獻(xiàn) [39]提出一種集成式電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)（Integrated-Electro-Hydraulic Brake System，I-EHB）液壓力分段比例一積分（Proportional-integral，PI）控制方法，利用基于系統(tǒng)改進(jìn)的田口方法求出分段PI控制器的最優(yōu)控制參數(shù)。所設(shè)計(jì)的魯棒性液壓力控制方法魯棒性強(qiáng)，響應(yīng)迅速，在500次試驗(yàn)內(nèi)均保持穩(wěn)健。增益調(diào)度系統(tǒng)的思想是利用輔助變量測(cè)出環(huán)境或者被控對(duì)象自身的變化，然后利用控制器補(bǔ)償這種變化所引起的控制系統(tǒng)性能的降低，一般通過(guò)函數(shù)設(shè)定法或查表法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

為了在執(zhí)行機(jī)構(gòu)全工作范圍內(nèi)取得良好的液壓控制效果，文獻(xiàn)電液推桿廠家[30-31]采用基于增益調(diào)度的PI控制算法進(jìn)行液壓力控制。以指令液壓為調(diào)度變量，液壓控制器在不同的局部控制器之間切換，局部控制器采用PI控制。

反饋控制按實(shí)際值和目標(biāo)值的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，而不需要考慮干擾類型。但是反饋控制存在信號(hào)傳遞周期長(zhǎng)、實(shí)時(shí)性差的缺點(diǎn)。文獻(xiàn)[27]引入前饋和反饋控制的方法。前饋控制是基于不變性原理發(fā)展起來(lái)的一種特殊控制規(guī)律，能夠按擾動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制實(shí)時(shí)性強(qiáng)，但只能克服特定干擾，所以經(jīng)常與反饋控制一起使用。文獻(xiàn)[27]基于其開發(fā)的電子伺服制動(dòng)系統(tǒng)（Electric Servo Brake Bystem，ESB）采用前饋和反饋控制算法對(duì)主缸液壓力進(jìn)行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的制動(dòng)壓力控制，保持車輛實(shí)際減速度跟蹤恒定。將該系統(tǒng)應(yīng)用于坡道停轉(zhuǎn)、自適應(yīng)巡航和坡道起步等工況，試驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，操縱性能得到明顯改善。

文獻(xiàn)電液推桿廠家[48]基于試驗(yàn)分析了集成式電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)（I-EHB）的開環(huán)特性，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)增減壓時(shí)，主缸液壓力產(chǎn)生明顯的爬行現(xiàn)象，影響了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和精度，并指出是由于減速機(jī)構(gòu)存在較大的摩擦力引起的。當(dāng)采用PID控制器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制時(shí)，發(fā)現(xiàn)在跟蹤目標(biāo)液壓力的同時(shí)在目標(biāo)值上下不斷振蕩，有可能會(huì)使系統(tǒng)失穩(wěn)，而且跟蹤誤差較大。因此提出了利用顫振信號(hào)進(jìn)行摩擦補(bǔ)償。摩擦爬行現(xiàn)象消失，系統(tǒng)的線性度提高。

文獻(xiàn)[49]將顫振信號(hào)補(bǔ)償和摩擦模型補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行對(duì)比，指出高頻顫振信號(hào)會(huì)消耗更多能量，而摩擦模型補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟm用于對(duì)能量效率要求較高的場(chǎng)合。文獻(xiàn)[49]指出利用摩擦模型補(bǔ)償時(shí)，模型參數(shù)受執(zhí)行器工作環(huán)境（如溫度、機(jī)械磨損等）影響較大，不確定性較為顯著。為了解決該問(wèn)題，該文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了自適應(yīng)魯棒控制器，試驗(yàn)結(jié)果證明了算法的有效性。

但是隨著被控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性發(fā)生改變或者外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，需要重新整定電液推桿廠家PID控制器的控制參數(shù)。也就是說(shuō)，PID控制器的魯棒性和適應(yīng)性不高。因此文獻(xiàn) [50]對(duì)I-EHB系統(tǒng)采用基于顫振補(bǔ)償+滑模變結(jié)構(gòu)控制方法的主缸液壓力控制?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)控制可以在未獲得被控對(duì)象精確數(shù)學(xué)模型的條件下，通過(guò)設(shè)計(jì)滑模面和到達(dá)條件使控制變量快速收斂，增加控制系統(tǒng)對(duì)內(nèi)部參數(shù)變化（如模型誤差）和外部擾動(dòng)(Pn環(huán)境溫度變化)的抗干擾能力。在滑模面附近運(yùn)動(dòng)時(shí)，實(shí)際液壓力會(huì)在目標(biāo)液壓力上下抖動(dòng)，產(chǎn)生噪聲，耗散控制能量，并對(duì)制動(dòng)舒適性有消極影響。該文獻(xiàn)將切換函數(shù)轉(zhuǎn)換成飽和函數(shù)來(lái)最大限度地削弱系統(tǒng)抖振，使控制器發(fā)揮最佳性能，并增強(qiáng)在多種工況下的適應(yīng)性。LSP的IBS（Integrated Modular Brake System）[91]采用基于液壓模型預(yù)測(cè)的方法對(duì)目標(biāo)主缸活塞推桿位移進(jìn)行修正，結(jié)果表明相比于傳統(tǒng)EHB系統(tǒng)，IBS的液壓波動(dòng)明顯減小，有利于提高制動(dòng)舒適性。

目前應(yīng)用到基于雙控制變量的控制系統(tǒng)主要有兩種控制算法：切換控制和串級(jí)控制。切換控制是一種多個(gè)控制器并聯(lián)，但同一時(shí)刻只有一個(gè)控制器在工作，在控制部分要有邏輯開關(guān)實(shí)現(xiàn)不同控制器的平滑切換。

文獻(xiàn)電液推桿廠家[52]設(shè)計(jì)了主缸活塞推桿位移一主缸液壓力切換控制器，并提出在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上控制器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)在于兩種控制器的切換時(shí)機(jī)。該文獻(xiàn)以實(shí)際主缸液壓力和目標(biāo)主缸液壓力的差值為1 MPa作為切換時(shí)機(jī)，即差值大于1 MPa時(shí)采用位移控制器，差值小于1 MPa時(shí)采用液壓力控制器。但是由于兩種控制器在控制方法和控制參數(shù)上都有所不同，所以在進(jìn)行位移控制和液壓力控制切換時(shí)將產(chǎn)生跳變和抖動(dòng)。當(dāng)其中某一個(gè)控制器在工作時(shí)，該文獻(xiàn)給定不工作的控制器一個(gè)反饋參考值，然后控制器輸出一個(gè)電動(dòng)機(jī)命令電流，當(dāng)切換到該控制器時(shí)，該命令電流直接輸出給電動(dòng)機(jī)，以防止控制器切換時(shí)產(chǎn)生輸出量突變對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊。實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果表明該控制系統(tǒng)魯棒性良好，具有較好的跟蹤性能。

串級(jí)控制是一種串聯(lián)控制形式，能夠增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，但首先要考慮所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其次，由于兩種控制器的各方面性能有所不同，需要協(xié)調(diào)一致，因此內(nèi)外環(huán)控制器不能獨(dú)立設(shè)計(jì)，需要根據(jù)控制器的性能要求同時(shí)設(shè)計(jì)內(nèi)外環(huán)控制器的參數(shù)。文獻(xiàn)[53]設(shè)計(jì)了內(nèi)環(huán)是位移環(huán)、外環(huán)是液壓環(huán)的串級(jí)控制器，并進(jìn)行了控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析。實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果表明該控制系統(tǒng)性能良好。文獻(xiàn) [55]設(shè)計(jì)了內(nèi)環(huán)為電流環(huán)、外環(huán)為液壓環(huán)的串級(jí)控制系統(tǒng)。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)良好的制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。文獻(xiàn)[54] 提出串級(jí)控制會(huì)帶來(lái)因執(zhí)行器飽和導(dǎo)致的電動(dòng)機(jī)命令電流的限制問(wèn)題，影響主缸液壓力控制的精度。采用抗回繞控制器，能夠保證系統(tǒng)平衡點(diǎn)全局漸近穩(wěn)定。

針對(duì)液壓驅(qū)動(dòng)單元為「液壓泵+高壓蓄能器」形式的EHB系統(tǒng)進(jìn)行主缸液壓力控制，大多數(shù)文獻(xiàn)采用反饋控制方法：

• Bosch電液推桿廠家的 HAS Hev 系統(tǒng) [15] 通過(guò)監(jiān)測(cè)蓄能器液壓力和操縱腔液壓力信號(hào)，對(duì)切換閥和調(diào)節(jié)閥進(jìn)行開關(guān)控制，從而調(diào)節(jié)蓄能器和操縱腔之間的液壓路徑進(jìn)行升壓或卸壓。

• TRW的 SCB（Slipcontrol Boost System）系統(tǒng) [26] 采用比例閥連通和切斷高壓蓄能器與制動(dòng)回路之間的通路，同時(shí)該電磁閥通過(guò) PWM 波信號(hào)不停在各位置切換，實(shí)現(xiàn)對(duì)主缸液壓的比例控制。

• Honda的 HSB 系統(tǒng)（Hydraulic Servo Brake System）[26] 叫在控制器設(shè)計(jì)時(shí)考慮了溫度變化引起模型誤差的問(wèn)題，采用滑模變結(jié)構(gòu)控制算法分別對(duì)增壓閥和卸壓閥進(jìn)行控制，通過(guò)控制參數(shù)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了精確液壓控制，還能夠保證多工況下的制動(dòng)舒適性。

• 受高壓蓄能器重量、體積、安全性等因素影響，文獻(xiàn)[44-45]所述的EHB系統(tǒng)取消了高壓蓄能器，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)柱塞泵直接提供高壓油。

通過(guò)將目標(biāo)液壓和實(shí)際液壓的差值輸入PID控制器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)主缸液壓力跟蹤控制。

3. 輪缸液壓力控制

輪缸液壓力控制的工作原理是接收由上層算法電液推桿廠家（制動(dòng)防抱死控制算法、車輛穩(wěn)定性控制算法、電液復(fù)合制動(dòng)分配算法等）計(jì)算得到的輪缸目標(biāo)壓力，根據(jù)當(dāng)前車輪所處的實(shí)際工作位置，結(jié)合電磁閥的工作特性以及包含制動(dòng)管路和制動(dòng)輪缸在內(nèi)的EHB系統(tǒng)的壓力特性，得到電磁閥的實(shí)際控制指令。同時(shí)不斷監(jiān)測(cè)當(dāng)前輪缸實(shí)際壓力和目標(biāo)壓力，以便及時(shí)調(diào)整電磁閥的控制指令和工作狀態(tài)，使輪缸實(shí)際壓力盡快地達(dá)到目標(biāo)壓力。本文不涉及傳統(tǒng) EHB 系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)液壓泵的控制問(wèn)題。

文獻(xiàn) [56] 在 20 世紀(jì) 90 年代對(duì)于 EHB 系統(tǒng)進(jìn)行了基礎(chǔ)研究。將電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)稱為智能制動(dòng)形式，分析了四輪均采用電子液壓制動(dòng)和前輪采用電子液壓制動(dòng)后輪采用電子機(jī)械制動(dòng)的工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。提出基于輪速反饋的液壓力控制方法，能夠補(bǔ)償車輛制動(dòng)力輸出和車輛載荷擾動(dòng)的變化量。

基于法規(guī)對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的雙回路要求，文獻(xiàn) [57] 設(shè)計(jì)了兩種液壓驅(qū)動(dòng)單元的控制回路，并對(duì)比了單回路控制和雙回路控制的控制方法，試驗(yàn)結(jié)果表明雙回路控制的控制效果更好。大多數(shù)文獻(xiàn)是采用基于雙回路控制方法的輪缸液壓力控制。

國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)多是以輪缸液壓力為控制變量設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。表 3 所示是以輪缸液壓力為控制變量的輪缸液壓力控制方案。

表 3  電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)輪缸液壓力控制方案

程序邏輯（電液推桿廠家if-else）[58]控制器可根據(jù)輪缸壓力傳感器的反饋信號(hào)獲得輪缸的實(shí)際壓力，與目標(biāo)壓力相比較，通過(guò)分別控制前后輪缸的進(jìn)液閥和回液閥的開閉來(lái)對(duì)輪缸壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。該控制系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的性能更好。

由于采用程序邏輯（電液推桿廠家if-else）使得輪缸實(shí)際壓力有較大波動(dòng)，所以改用普遍使用、可靠性高的PID控制算法[34,41,45,59-66]來(lái)設(shè)計(jì)輪缸壓力控制器。一般將輪缸目標(biāo)制動(dòng)壓力與輪缸實(shí)際制動(dòng)壓力的差值作為PID控制器的輸入，通過(guò)試驗(yàn)調(diào)節(jié)控制器的控制參數(shù)，輸出為增減壓電磁閥的占空比控制信號(hào)，使輪缸實(shí)際壓力跟隨目標(biāo)壓力。

由于汽車制動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)電液推桿廠家PID控制算法進(jìn)行輪缸壓力控制時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)及穩(wěn)定性等并不理想，不能滿足制動(dòng)系統(tǒng)的要求。基于大量工程實(shí)踐衍生出許多改進(jìn)型PID控制方法 [33,37,6,67-69]，對(duì)控制系統(tǒng)的控制效果有較大改善。如文獻(xiàn)[67]進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)分段PID控制算法調(diào)節(jié)占空比來(lái)控制EHB系統(tǒng)中的高速開關(guān)閥，從而實(shí)現(xiàn)輪缸壓力的跟隨。由于用于對(duì)比例閥進(jìn)行調(diào)節(jié)的PWM占空比和線圈電流近似呈線性關(guān)系，文獻(xiàn)[37]提出基于查表前饋的增量式PID控制算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溢流閥線圈電流的精確控制，從而間接地調(diào)節(jié)輪缸壓力。由于EHB系統(tǒng)單片機(jī)性能的限制，文獻(xiàn)[32]采用遞歸PI控制方法控制輪缸液壓力，累積上一步輸出的電磁閥控制信號(hào)。

以上文獻(xiàn)所涉及的電液推桿廠家PID控制器皆為定參數(shù)，僅能夠在一定工況下或某些工作點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)較好的控制效果。但其固定的控制參數(shù)對(duì)復(fù)雜路面和工況的適應(yīng)性不高，所以文獻(xiàn)[32-33,64,68-69]設(shè)計(jì)了能夠在線調(diào)節(jié)參數(shù)的PID控制器，能夠改善控制效果。

模糊控制理論標(biāo)志著人工智能發(fā)展到了一個(gè)新階段。尤其是對(duì)于時(shí)變非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，在無(wú)法獲得被控對(duì)象清晰數(shù)學(xué)模型的時(shí)候，利用模糊控制器，可以實(shí)現(xiàn)較為有效的系統(tǒng)響應(yīng)。電液推桿廠家

由于電液推桿廠家EHB系統(tǒng)具有較強(qiáng)的非線性特性，文獻(xiàn)[64]采用模糊PID控制算法實(shí)現(xiàn)了EHB系統(tǒng)的輪缸液壓力控制，與傳統(tǒng)PID控制算法相比，模糊PID控制算法能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)輪缸液壓力控制，但是建立壓力的快速性不如傳統(tǒng)PID控制算法。因此采用分段模糊PI控制算法對(duì)輪缸液壓力進(jìn)行控制。僅當(dāng)實(shí)際壓力與目標(biāo)壓力偏差較小時(shí)，采用模糊PI控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)壓力的精確調(diào)節(jié)；偏差較大時(shí)仍采用傳統(tǒng)PI控制算法。

對(duì)于不同壓力區(qū)間電液推桿廠家PI控制器的最優(yōu)參數(shù)選取也不同，文獻(xiàn)[33]將EHB系統(tǒng)的工作區(qū)間分為低、中、高壓，通過(guò)模糊邏輯求出最優(yōu)PI參數(shù)。然而模糊控制算法存在不連續(xù)性，會(huì)帶來(lái)控制信號(hào)的不連續(xù)等問(wèn)題，從而影響控制系統(tǒng)的性能。因此增加自整定方法來(lái)調(diào)整控制器的控制參數(shù)，但必須考慮控制參數(shù)的收斂性。文獻(xiàn) [69]利用模糊PI自整定算法對(duì)輪缸壓力進(jìn)行控制。結(jié)果表明，模糊PI自整定算法在EHB系統(tǒng)的整個(gè)工作區(qū)間都具有良好的控制效果。

Mando電液推桿廠家公司 [29] 為了彌補(bǔ)反饋控制的不足，引入基于查表法的前饋控制算法采用前饋+反饋控制的算法，提高了輪缸液壓力控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

除了采用電液推桿廠家PID控制算法設(shè)計(jì)輪缸液壓力控制器外，文獻(xiàn)[70-71]還提供了另外一種思路：即采用數(shù)表插值法來(lái)進(jìn)行輪缸液壓力控制，文獻(xiàn)[72-73]對(duì)數(shù)表插值法進(jìn)行了改進(jìn)。首先分析了輪缸制動(dòng)間隙對(duì)壓力調(diào)節(jié)的影響，發(fā)現(xiàn)制動(dòng)問(wèn)隙使得制動(dòng)初始階段制動(dòng)力的上升過(guò)程存在遲滯現(xiàn)象，且輪缸壓力變化的非線性化趨勢(shì)明顯。然后提出一種分段控制的方法，即將目標(biāo)壓力大于1.2 MPa的區(qū)間采用數(shù)表插值法計(jì)算占空比，而小于1.2 MPa的區(qū)間采用階梯法來(lái)計(jì)算占空比。試驗(yàn)結(jié)果表明，考慮了遲滯特性的分段階梯查表法比采用單一數(shù)表法進(jìn)行輪缸壓力調(diào)節(jié)的控制精度有所提高。

由于在保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上對(duì)控制精度與速度的要求越來(lái)越高，電液推桿廠家PID算法已經(jīng)漸漸不能滿足需求，各種先進(jìn)且有效的控制理論被用來(lái)設(shè)計(jì)工程上的控制器。針對(duì)PID控制算法的種種缺陷，如控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性差、魯棒性差、積分環(huán)節(jié)容易產(chǎn)生振蕩、微分環(huán)節(jié)易受外界擾動(dòng)、對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化敏感等，文獻(xiàn)[41,65-66,68,74-77]采用了一些控制理論對(duì)輪缸液壓力控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。

輪詢調(diào)度電液推桿廠家（Round-robin Scheduling）算法作為一個(gè)經(jīng)典的調(diào)度算法由于其實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，調(diào)度公平性比較好在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)等方面有著廣泛應(yīng)用。其工作原理如下：算法將控制器的處理時(shí)間分為時(shí)間片，分配給每一個(gè)進(jìn)程。當(dāng)被算法選中的進(jìn)程進(jìn)行完所分配的時(shí)間片后，無(wú)論該進(jìn)程是否已經(jīng)完成所要求的任務(wù)，算法都會(huì)暫時(shí)停止該進(jìn)程，同時(shí)調(diào)度當(dāng)前隊(duì)列中的下一個(gè)進(jìn)程。而被算法暫時(shí)停止的進(jìn)程會(huì)被排到隊(duì)列的末尾，等待下一次調(diào)度的執(zhí)行。這樣就可以保證隊(duì)列中的所有進(jìn)程在一個(gè)給定的時(shí)間段內(nèi)均能得到執(zhí)行，但會(huì)導(dǎo)致對(duì)優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程響應(yīng)不及時(shí)的問(wèn)題。文獻(xiàn)[74]采用輪詢調(diào)度算法調(diào)節(jié)輪缸液壓力。試驗(yàn)結(jié)果證明系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間和控制精度對(duì)于車輛應(yīng)用的可行性，但是還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。

Bang-Bang電液推桿廠家控制是一種非線性極值控制，其控制器的輸出只有最大和最小這兩種極限狀態(tài)。文獻(xiàn) [41]針對(duì)EHB系統(tǒng)的強(qiáng)非線性設(shè)計(jì)了Bang-Bang控制器來(lái)控制輪缸壓力。發(fā)現(xiàn)當(dāng)存在系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)攝動(dòng)和外界隨機(jī)干擾的情況下，Bang-Bang控制系統(tǒng)的振蕩比較厲害，穩(wěn)定性較差。文獻(xiàn)[68]認(rèn)為EHB系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)壓力的控制關(guān)鍵在于確定合適的PWM占空比。為了快速使實(shí)際壓力趨近于目標(biāo)壓力，當(dāng)實(shí)際壓力與目標(biāo)壓力偏差較大時(shí)，采用Bang-Bang控制來(lái)調(diào)節(jié)占空比。

模糊控制算瀏 [電液推桿廠家75]可用來(lái)對(duì)輪缸壓力進(jìn)行控制。實(shí)車測(cè)試表明，對(duì)于25 km/h以內(nèi)的速度信號(hào)跟蹤，實(shí)際車速變化量在2.5 km/h上下波動(dòng)，即車內(nèi)乘員感受不到這一微小變化。但文獻(xiàn)[41]指出模糊控制系統(tǒng)在模型參數(shù)變化和外界隨機(jī)干擾的適應(yīng)性不是很好，表現(xiàn)為系統(tǒng)響應(yīng)超調(diào)量大，在保壓過(guò)程中出現(xiàn)大幅度的振蕩。

文獻(xiàn)電液推桿廠家[68]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)若采用單一的Bang-Bang控制對(duì)EHB制動(dòng)壓力進(jìn)行跟蹤控制，輪缸的制動(dòng)壓力會(huì)很快達(dá)到目標(biāo)值，但制動(dòng)壓力會(huì)在目標(biāo)壓力附近反復(fù)波動(dòng)，穩(wěn)態(tài)誤差較大：若采用模糊PI控制對(duì)EHB制動(dòng)壓力進(jìn)行跟蹤控制，輪缸制動(dòng)壓力的響應(yīng)曲線在超調(diào)量和穩(wěn)定性等方面都有較好的結(jié)果，但模糊PI的調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)。為了使輪缸制動(dòng)壓力能夠快速逼近目標(biāo)壓力，同時(shí)還能使實(shí)際壓力精確地跟蹤目標(biāo)壓力，文獻(xiàn)[68]設(shè)計(jì)了基于Bang-Bang模糊PI控制算法的輪缸壓力控制器，能夠明顯改善系統(tǒng)性能。

在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)需要獲得被控對(duì)象的精確模型，但由于實(shí)際工程應(yīng)用中被控對(duì)象的復(fù)雜性而很難做到，經(jīng)常采用低階線性模型來(lái)近似表示被控對(duì)象。因此，在實(shí)際被控對(duì)象與其數(shù)學(xué)模型之間的建模誤差引入了不確定性。另外在實(shí)際工作過(guò)程中出現(xiàn)的零件老化、環(huán)境干擾等內(nèi)外部擾動(dòng)，造成被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性中任何參數(shù)的變化也引入了不確定性。一般將前者定義為非結(jié)構(gòu)不確定性；將后者定義為結(jié)構(gòu)不確定性。二者共同構(gòu)成實(shí)際系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的不確定因素。電液推桿廠家

針對(duì)上述不確定性因素，文獻(xiàn)電液推桿廠家[41]采用魯棒H∞ 控制算法設(shè)計(jì)了輪缸液壓力控制器，來(lái)提高系統(tǒng)的魯棒性，結(jié)果表明控制系統(tǒng)響應(yīng)迅速、穩(wěn)態(tài)誤差較小，但是超調(diào)量較大、波動(dòng)較劇烈。因此需要優(yōu)化魯棒控制器的設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)性能，減少超調(diào)量。遺傳算法是一種根據(jù)自然法則淘汰適應(yīng)度差的解最后得到最優(yōu)解的方法。文獻(xiàn)[41]采用遺傳算法對(duì)魯棒控制器的權(quán)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，優(yōu)化后系統(tǒng)的超調(diào)量減少了約50％，超調(diào)后能迅速回到平衡狀態(tài)，避免了波動(dòng)和振蕩，而穩(wěn)態(tài)誤差和響應(yīng)時(shí)間幾乎沒有變化。當(dāng)控制系統(tǒng)在模型參數(shù)變化和外界隨機(jī)干擾的情況下，系統(tǒng)的超調(diào)量保持在較小值，整個(gè)過(guò)程比較平穩(wěn)。但是由于上文中提到的系統(tǒng)不確定性的存在，按照理想模型計(jì)算出的最優(yōu)解在實(shí)際工程中往往不能保持最優(yōu)，有時(shí)甚至?xí)鹂刂破焚|(zhì)的嚴(yán)重下降。所以，工程中的控制系統(tǒng)不僅要「最優(yōu)」，還必須具有在不確定性影響下保持「最優(yōu)」的能力，即魯棒性和魯棒穩(wěn)定性。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬人的大腦工作模式，從單個(gè)神經(jīng)元功能出發(fā)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中大量神經(jīng)元的相互作用來(lái)自適應(yīng)和非程序地處理信息，尤其適合非線性系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)。鑒于電液推桿廠家EHB系統(tǒng)存在強(qiáng)非線性的特點(diǎn)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法設(shè)計(jì)輪缸液壓力控制器，并提高控制系統(tǒng)的適應(yīng)性。文獻(xiàn)[76]使用試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)樣本集對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，以目標(biāo)增壓速率、輪缸壓力、閥前后壓差為輸入通過(guò)離線訓(xùn)練完成的線性閥神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型獲得控制電流，再通過(guò)反饋修正控制模塊確定控制信號(hào)的占空比。結(jié)果表明，系統(tǒng)各項(xiàng)性能均有顯著提高。

當(dāng)進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)時(shí)，除了需要考慮上文提到的實(shí)際系統(tǒng)的不確定性外，還必須考慮到控制手段的經(jīng)濟(jì)性。也就是說(shuō)，控制算法要兼顧系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和控制效果。而現(xiàn)代控制理論的許多算法往往過(guò)于復(fù)雜，難以用低性能的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。因此，需要尋找一種對(duì)模型要求低、控制綜合品質(zhì)好、在線計(jì)算方便的優(yōu)化控制新方法。而預(yù)測(cè)控制由于在滾動(dòng)優(yōu)化過(guò)程中利用實(shí)際測(cè)量信息不斷進(jìn)行反饋校正，所以在一定程度上克服了系統(tǒng)不確定性的影響，即能夠兼顧系統(tǒng)「最優(yōu)」和魯棒性。電液推桿廠家

文獻(xiàn) [電液推桿廠家65] 通過(guò)系統(tǒng)辨識(shí)獲得了EHB系統(tǒng)的預(yù)測(cè)模型，在廣義預(yù)測(cè)控制理論的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了輪缸壓力控制器。結(jié)果表明，在系統(tǒng)參數(shù)時(shí)變的情況下應(yīng)用該算法是有效的，并且該控制算法較一般的PID控制算法進(jìn)一步提高了汽車的制動(dòng)性能。文獻(xiàn) [77]在采用最小二乘法對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)的基礎(chǔ)上，借鑒了多模型預(yù)測(cè)控制思想進(jìn)行輪缸壓力控制器的設(shè)計(jì)，并指出模型參數(shù)變化對(duì)多模型控制器性能的影響不大。

自抗擾控制（電液推桿廠家Auto Disturbance Rejection Control，ADRC）是首先由中國(guó)科學(xué)院韓京清教授提出的一種不依賴系統(tǒng)模型的控制技術(shù)。它繼承了PID算法中基于誤差消除誤差的思路。不同之處在于，它能夠?qū)崟r(shí)估計(jì)并實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)受到的包括內(nèi)擾和外擾等各種干擾作用的總和，基于誤差反饋的非線性組合能夠?qū)崿F(xiàn)理想的控制性能。文獻(xiàn) [66]將自抗擾控制技術(shù)應(yīng)用于EHB系統(tǒng)的輪缸液壓力控制，完成了自抗擾控制器設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整。實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠取得理想的控制效果。

4. 電磁閥特性分析與控制電液推桿廠家

液壓力控制單元（電液推桿廠家HCU）是液壓力控制的核心單元，而HCU的主要元件是電磁閥，輪缸液壓力控制的底層控制就是電磁閥控制。目前用于HCU的電磁閥主要有三類：開關(guān)閥、高速開關(guān)閥和線性閥。

4.1開關(guān)閥電液推桿廠家

開關(guān)閥是電液推桿廠家HCU的核心執(zhí)行部件之一，利用快速的開啟和關(guān)閉動(dòng)作來(lái)改變液體的流向和平均流量。開關(guān)閥的開關(guān)機(jī)理是通過(guò)閥口兩端壓力差產(chǎn)生的液壓力和液動(dòng)力、被壓縮彈簧的回位力、電磁線圈產(chǎn)生的電磁力以及閥芯運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的制動(dòng)液粘性阻力、機(jī)械摩擦阻力的合力來(lái)驅(qū)動(dòng)閥芯移動(dòng)從而進(jìn)行閥口的開關(guān)動(dòng)作[78]。

由此可知，開關(guān)閥是通過(guò)主動(dòng)控制電磁線圈產(chǎn)生的電磁力來(lái)開關(guān)閥口，其開關(guān)動(dòng)作可以根據(jù)高低電平的互相轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)電液推桿廠家。文獻(xiàn)[75]基于閥口開閉動(dòng)作對(duì)EHB系統(tǒng)的開關(guān)閥進(jìn)行控制，發(fā)現(xiàn)汽車低速行駛時(shí)能夠滿足駕駛需求。文獻(xiàn)[79]在對(duì)電磁閥的性能試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上對(duì)在線控制的車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)（Electronic Stability Program，ESP）的液壓模型和反模型進(jìn)行了研究，由ESP上層車身姿態(tài)控制器優(yōu)化得到的預(yù)期壓力和當(dāng)前輪缸實(shí)際壓力根據(jù)系統(tǒng)反模型求出各開關(guān)閥的開關(guān)指令。文獻(xiàn)[80]在研究原有ABS結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了一種新型可控主動(dòng)EHB，利用電磁閥的開關(guān)控制實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)防抱死控制功能。

文獻(xiàn)電液推桿廠家[80]發(fā)現(xiàn)在對(duì)ABS和EHB的液壓力控制中使用開關(guān)控制存在很大缺陷，制動(dòng)壓力波動(dòng)與滑移率波動(dòng)相互影響。制動(dòng)壓力波動(dòng)影響舒適性和輪胎磨損等問(wèn)題；滑移率波動(dòng)影響制動(dòng)安全性和穩(wěn)定性。分析指出波動(dòng)是由于電磁閥只有開、關(guān)兩種狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)流量的連續(xù)控制難度很大。

文獻(xiàn)電液推桿廠家[81]從閥芯的機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)理、電磁閥驅(qū)動(dòng)電流變化和線圈磁通的關(guān)系等角度提出了電磁閥驅(qū)動(dòng)電流的確定方法，能夠更精確地控制電磁閥的開關(guān)動(dòng)作。

4.2 高速開關(guān)閥電液推桿廠家

高速開關(guān)閥與傳統(tǒng)開關(guān)閥的工作原理相同，都是在開、關(guān)兩種狀態(tài)之間切換來(lái)實(shí)現(xiàn)液流的通斷。不同之處在于高速開關(guān)閥響應(yīng)速度較快。電液推桿廠家通過(guò)控制高速開關(guān)閥的開啟頻率或開啟時(shí)問(wèn)可以近似調(diào)節(jié)通過(guò)閥的流量，即采用不同寬度的脈沖信號(hào)來(lái)控制閥的開關(guān)，可以使通過(guò)閥的平均流量Q_AVG與占空比成正比 [82]。設(shè)Q_max為閥全開時(shí)的流量，則閥的平均流量為：

電液推桿廠家

通過(guò)電磁閥的流量與脈沖寬度成正比，與調(diào)制周期成反比。因此存在兩種方式調(diào)節(jié)流量，一種是脈寬調(diào)制電液推桿廠家（PWM），調(diào)節(jié)脈沖寬度；一種是脈頻調(diào)制（PFM），調(diào)節(jié)調(diào)制周期。由于高速開關(guān)閥的臨界頻率有限，因此PWM方式更適合高速開關(guān)閥 [83]。文獻(xiàn)[80]在其提出的EHB上基于PWM方式控制高速開關(guān)閥，在基本制動(dòng)工況、防抱死制動(dòng)工況中進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明能夠主動(dòng)控制輪缸壓力。

近年來(lái)研究人員優(yōu)化了電液推桿廠家PWM控制方法。文獻(xiàn) [84]提出一種電磁閥控制方法，通過(guò)測(cè)量電磁線圈中的感應(yīng)電流，確定閥芯的當(dāng)前位置，與期望的閥芯位置進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)偏差確定PWM方式的占空比。文獻(xiàn)[85]基于偏離度的概念采用PWM控制方法研究制動(dòng)壓力增長(zhǎng)速率對(duì)ABS控制效果的影響。通過(guò)制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)分析，使偏離度最小化的占空比能使制動(dòng)壓力增長(zhǎng)速率達(dá)到最優(yōu)。結(jié)果表明該方法顯著提高了ABS控制效果。

PWM電液推桿廠家脈沖的頻率和寬度的選擇對(duì)輪缸壓力的調(diào)節(jié)效果有重要影響。調(diào)制頻率一般在10～100 Hz。調(diào)整PWM控制的占空比，使閥芯的平均開度保持在設(shè)定值，從而控制輪缸壓力。在10～100 Hz這一低頻范圍內(nèi)的PWM控制，通過(guò)高速開關(guān)閥的完全開和關(guān)，實(shí)現(xiàn)增壓.保壓的不斷循環(huán)，從而減慢制動(dòng)壓力的增長(zhǎng)速度，防止車輪迅速抱死 [86]。文獻(xiàn)[87]介紹了PWM控制參數(shù)中占空比的選擇和頻率的選擇對(duì)ESC液壓回路整體壓力建立的影響。文獻(xiàn)[88]利用硬件在環(huán)測(cè)試臺(tái)對(duì)ABS系統(tǒng)電磁閥的不同周期和占空比下的輪缸壓力平均增長(zhǎng)速率進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)低頻范圍內(nèi)PWM控制的缺點(diǎn)有：

• 壓力變化不是線性的，精確控制需要積累大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)；電液推桿廠家

• 由于電磁閥是完全開閉，這就導(dǎo)致噪聲和液壓力波動(dòng)的問(wèn)題。電液推桿廠家

研究指出，通過(guò)有效調(diào)節(jié)控制脈沖的頻率和寬度，高速開關(guān)閥能夠近似線性地控制流量瞵引。文獻(xiàn)電液推桿廠家[90] 利用實(shí)際主缸壓力、實(shí)際輪缸壓力和目標(biāo)輪缸壓力這三個(gè)壓力之間的關(guān)系計(jì)算線圈中的初始電流和電流變化量，實(shí)現(xiàn)利用高頻信號(hào)控制電磁閥。

高速開關(guān)閥的響應(yīng)速度越快，對(duì)流量的控制就越精細(xì)和平穩(wěn)。文獻(xiàn)電液推桿廠家[89]對(duì)高速開關(guān)閥的控制機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)分析，得出結(jié)論：在確定高速開關(guān)閥PWM的控制參數(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)綜合考慮控制信號(hào)的頻率、占空比與高速開關(guān)閥的響應(yīng)速度以及線性工作區(qū)間之間的關(guān)系?？刂菩盘?hào)頻率越低，對(duì)于具有確定開、閉響應(yīng)時(shí)間的高速開關(guān)閥，其占空比工作范圍越寬，但控制效果越差。

但采用電液推桿廠家PWM控制電磁閥時(shí)，發(fā)現(xiàn)利用占空比對(duì)輪缸壓力變化速率進(jìn)行調(diào)節(jié)的有效區(qū)間很小，所以需要采用其他電液比例控制方法。文獻(xiàn)[89]采用PWM控制進(jìn)油閥、開關(guān)控制出油閥的方式對(duì)轎車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的輪缸壓力進(jìn)行控制。文獻(xiàn)[91]發(fā)現(xiàn)對(duì)于減壓閥PWM控制時(shí)不同占空比下得到的減壓梯度過(guò)于接近，很難實(shí)現(xiàn)減壓精確調(diào)節(jié)。為了獲得理想的減壓速率，對(duì)減壓閥采用PFM方法進(jìn)行控制，結(jié)果表明減壓速率隨頻率變化明顯，通過(guò)PFM方式能夠有效控制減壓速率。

4.3 線性閥電液推桿廠家

線性閥是解決高速開關(guān)閥低頻控制下存在缺點(diǎn)的一個(gè)有效途徑。線性閥的主要特征是節(jié)流面積可調(diào)，需調(diào)控電磁力。其設(shè)計(jì)思路是控制閥口開度，壓力增益可控可調(diào)。同一種孔徑的產(chǎn)品覆蓋面更廣，通用性更強(qiáng)，制造成本更低；而且還能抑制噪聲，提高制動(dòng)的舒適性電液推桿廠家[86]。

電磁閥控制本質(zhì)上是流量控制。電液推桿廠家目前市場(chǎng)上的伺服閥與比例閥均可以對(duì)流量進(jìn)行連續(xù)控制。但是伺服閥與比例閥成本較高，目前應(yīng)用于汽車制動(dòng)系統(tǒng)上還不夠現(xiàn)實(shí)。國(guó)內(nèi)外一些企業(yè)高校和科研院所針對(duì)EHB上的比例閥控制進(jìn)行了相關(guān)研究。文獻(xiàn)[92]采用線性閥能夠獨(dú)立平滑地控制四個(gè)輪缸的液壓力，并實(shí)現(xiàn)基本制動(dòng)功能和ABS、ESC、TCS等功能，以及最大程度地回收制動(dòng)能量。文獻(xiàn)[93]提出了新型的EHB架構(gòu)，其ESC采用4個(gè)比例伺服閥，實(shí)現(xiàn)了更快、更精確的液壓力控制，并縮小制動(dòng)距離。文獻(xiàn)[37]指出，由于用于對(duì)比例閥進(jìn)行調(diào)節(jié)的PWM占空比和線圈電流近似呈線性關(guān)系，故采用控制算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)溢流閥線圈電流的精確控制，從而間接地調(diào)節(jié)輪缸壓力。

線性閥的結(jié)構(gòu)比開關(guān)閥更為精密，調(diào)節(jié)壓力變化速率時(shí)能夠控制閥芯懸停在一定位置，所以線性閥的控制方式與開關(guān)閥有本質(zhì)區(qū)別。電液推桿廠家由于電磁線圈通電后溫度上升，線圈電阻會(huì)發(fā)生改變，因此線圈電流和PWM控制占空比的關(guān)系發(fā)生變化，造成閥芯的懸停位置發(fā)生變化。為精確控制輪缸壓力，使閥芯位置能夠懸停在原位置，在控制線圈電流的過(guò)程中，需要考慮溫度對(duì)線圈電阻的影響。文獻(xiàn)[76]指出線性閥的控制主要分為兩部分：控制電流生成模塊和反饋修正控制模塊?？刂齐娏魃赡K是根據(jù)當(dāng)前輪缸壓力、目標(biāo)壓力變化率和閥口兩端壓差通過(guò)一定的控制算法得到線性閥的控制電流[76]。反饋修正控制模塊是根據(jù)目標(biāo)控制電流、閥口兩端的電源電壓和當(dāng)前線圈電阻值得到線性閥的PWM控制占空比[76]。

5. 結(jié)論與展望電液推桿廠家

電子液壓制動(dòng)系統(tǒng)電液推桿廠家（EHB）為整車控制提供了更迅速更精確的執(zhí)行器，但其對(duì)液壓力控制的精度和控制算法的魯棒性要求也進(jìn)一步提高。與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)相比，EHB系統(tǒng)中主動(dòng)控制在制動(dòng)工況中的所占比重越來(lái)越高。因此，液壓力控制算法的優(yōu)劣成為EHB系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)精確快速液壓力調(diào)節(jié)的關(guān)鍵，也是能否與整車良好匹配的關(guān)鍵。

整體來(lái)看，現(xiàn)有的電液推桿廠家EHB系統(tǒng)液壓力控制多數(shù)停留在仿真驗(yàn)證和臺(tái)架驗(yàn)證階段，在實(shí)車試驗(yàn)測(cè)試方面較為缺乏，并且對(duì)算法在復(fù)雜工況下系統(tǒng)參數(shù)變化或者外部擾動(dòng)作用下的適應(yīng)性和魯棒性缺乏足夠的試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)算法對(duì)于整車系統(tǒng)的制動(dòng)舒適性和操縱穩(wěn)定性沒有深入探討，對(duì)算法在工程實(shí)踐方面的實(shí)用性和可靠性欠缺考慮，這些成為EHB系統(tǒng)液壓力控制方面的一個(gè)重要發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)電液推桿廠家

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