Adams制动仿真助力美驰汽车公司缩短30%制动距离

优化ABS控制算法以改善重型卡车紧急制动性能


背景与挑战

在日益严格的行业监管要求推动下，汽车制造商面临着提升性能标准的挑战，尤其是针对制动系统。联邦机动车辆安全标准105与标准121对重型卡车和挂车的常规与紧急制动性能提出了明确要求，强调在各种驾驶条件下确保高水平的安全制动性能。法规的关键焦点之一是减少紧急制动过程中的刹车距离。然而，通过设计更大、更昂贵的制动系统来实现这一目标并不是唯一解决方式，美驰公司的Ragnar Ledesma工程师另辟蹊径，采用优化ABS控制算法而非仅仅依赖增强机械制动系统来达成目标。

ABS系统的核心逻辑基于muslip曲线——该曲线描述了轮胎纵向滑移与制动力矩之间的关系。理想状况下，μslip曲线的10%到15%滑移率区间对应于最大制动扭矩点，以实现最优制动性能。在实际制动过程中，通过增加制动压力，某一刻可能导致轮胎滑移率超过最佳状态，使制动力矩减小。ABS的目的是避免这一现象，保持子系统状态（增压、减压、保压）以供给侧最大可行性制动力，尽管整体上轮胎滑移率呈现上下波动的趋势。

然而，当前ABS控制系统基于离散状态定义的机制局限了其在制动期间最大化制动扭矩的能力。要在整个制动过程中维持轮胎滑移率的最优值，不仅需要精细控制每个车轮的制动压力，还需确保与整体车辆间的控制部分解耦，以各自独立地对每个系统（轮胎）进行管理。




解决方案

面对以上的挑战，Ledesma工程师提出了基于变结构控制的策略来维持所有车轮滑移率尽可能接近最优值的目标。该解决方案集中了分散管理的概念，实现了车轮子系统之间的完全独立控制管理，削减了控制路径之间的耦合性，使得每个系统具有唯一的基于轮胎滑移率计算的输入变量——最大制动力矩。

为了估计制动力的大小，引入了自适应非线性观测器这一复杂机制。通过建立一组微分方程模拟特定过程，Ledesma运用时间历程输入和输出信号估计系统状态变量。此外，模拟验证过程中的另一关键任务是准确地模拟整个ABS控制系统与车辆的行为，这是确保新控制概念可行性和有效性的一个关键步骤。

技术工具与平台

选择采用Adams软件为基础技术工具与仿真平台，是由导入美驰公司对动力学仿真的普遍重视所决定的，此软件在操稳性、平顺性、动态载荷等领域拥有广泛应用且支持高度精确的求解。Adams Controls模块尤其有助于集成卡车动力学模型与ABS控制系统模型，实现两者协同优化。

与传统采购单个许可模块不同的策略，美驰公司通过引入点数池licensing系统（MSC One）来灵活获取Adams软件的所有模块。此系统允许公司在不需要单独购买特定模块的情况下访问包括Adams Controls在内的所有MSNI相关产品，尤其适用于技术密集型领域的模块频率并非很高的场合，却必须保障关键功能的有效执行。

模型构建与仿真验证

为了评估ABS控制系统的最佳性能，Ledesma工程师开发了一套针对76,500 lbf满载牵引式半挂重型卡车的仿真模型，其运行条件设定为模拟从60mph速度下的紧急刹车情况。通过对每个轮端车轮角速度和主轴前后加速度的直接测量，依托Adams软件实现主轴前后速度的数值积分。

精心编写的仿真结果揭示了在4秒钟内成功实施制动策略，进而实现对所有模型在制动过程中轮胎角速度与滑移率的控制，以维持在最优状态，并保持最大制动扭矩。此类仿真不仅检验了新控制规则在全球制动过程中的有效性，也指出系统的潜在优化潜力和实用价值。

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