制动防抱死系统的通道控制对重型半挂车制动稳定性仿真分析

贾会星

(滁州职业技术学院 机械与汽车工程学院，安徽 滁州 239000)

0 引言

随着技术的发展，制动防抱死系统(anti-lock braking system，ABS)在重型汽车上得到了广泛应用，ABS有效缩短了重型汽车紧急制动时的制动距离，并且可在制动过程中保持重型汽车的方向操纵性和车身稳定性，提升了重型汽车的行驶安全性。目前重型汽车多采用气压式ABS，在对同一车轴的车轮控制上有单通道和双通道控制形式。单通道是同一车轴左右车轮采用相同的控制压力来控制车轮的滑移率；双通道是同一车轴左右车轮采用不同的控制压力来控制左右车轮的滑移率[1-3]。

本文利用TruckSim软件对某三轴重型半挂车各车轴分别采用单通道和双通道ABS控制时，在低附着路面直线行驶制动和良好附着路面弯道行驶制动工况进行仿真分析，研究两种不同ABS通道控制方式对重型半挂车制动时行驶稳定性的影响。

1 仿真模型的建立

1.1 整车参数的设定

三轴重型半挂车的整车参数选用TruckSim软件中2A Tractor/w 1A Van Trailer模型，牵引车为前后两轴，半挂车仅有后轴，主要结构参数如表1所示[4-6]。

1.2 仿真工况的设定

为了全面地比较两种不同ABS控制的制动方式对重型半挂车行驶稳定性的影响，分别对附着性差的低附着直线道路紧急制动和附着性良好的弯道紧急制动工况两种行驶工况进行仿真。制动仿真过程中以车轮的滑移率为控制目标，使车轮滑移率保持在10%～20%，一种方式是对重型半挂车各车轴制动管路的制动气压进行单通道ABS控制；另一种方式是对制动管路的制动气压进行双通道ABS控制。

低附着直线行驶紧急制动工况设置为下了雪的低附着路面，道路为一段有小坡度的下坡直线路段，长度为100 m。道路设置为一半是有积雪的湿滑路面，其附着系数为0.2；另一半为没有雪的湿滑路面，附着系数为0.5。仿真中设置重型半挂汽车以40 km/h的初始速度行驶，2 s后踩下制动踏板进行紧急制动[7-8]。

表1 仿真车辆的主要结构参数

良好附着路面弯道行驶紧急制动工况的路面设置为半径为150 m的水平附着良好的环形单车道，附着系数为0.75，环形试验车道总长度约为950 m。车辆初速度为75 km/h，在圆形道路中进行高速转向行驶，行驶2 s后，进行紧急制动[9-10]。

2 仿真结果分析

2.1 低附着道路直线行驶工况

重型半挂车在低附着道路直线行驶并进行紧急制动工况的仿真结果如图1～7所示。图中ABS表示单通道ABS控制方式，ABS-2表示双通道ABS控制方式；重型半挂车由两部分组成，分别为牵引车和半挂车，图中Unit 1表示牵引车，Unit 2表示半挂车。

图1为重型半挂车车身的侧倾角变化情况，采用双通道的ABS控制的车辆在制动过程中，其车身侧倾角变化幅值较单通道ABS大，车身侧倾稳定性不如单通道ABS。图2为重型半挂车车身质心的横向加速度变化情况，由图可知，采用双通道的ABS控制的车辆在制动过程中其车身质心的横向加速度变化幅值要大于单通道ABS的，故其车身稳定性不如单通道ABS。

图3、图4分别为重型半挂车车身的横摆角、横摆角速度的变化情况。可以看出整个制动过程中，采用双通道ABS控制的车辆车身的横摆角、横摆角速度变化幅度较大，其车身横摆稳定性不如单通道ABS。

图1 车身的侧倾角变化情况(1)

图2 车身质心的横向加速度变化情况(1)

图3 车身的横摆角变化情况(1)

图4 车身的横摆角速度变化情况(1)

图5为重型半挂车牵引车与半挂车的铰接角变化情况，采用双通道ABS控制时车辆的铰接角变化幅度要比单通道ABS的大。图6为重型半挂车制动时偏离目标路径和驾驶参考路径(Target；Driver reference path)情况，可以看出采用双通道ABS控制时车辆制动距离缩短了35 m，但停车时偏离了车道0.2 m，仿真结果如图7所示。图7(a)(b)(c)演示了两种制动方式重型半挂车的制动过程，制动前两车重合在一起正常行驶。

图5 牵引车与半挂车的铰接角变化情况(1)

图6 制动时偏离目标路径变化情况

综上所述，可以看出在低附着路面直线行驶制动时，采用双通道ABS控制其车身横摆角、横摆角速度、侧倾角、质心横向加速度、牵引车与半挂车铰接角的变化情况不如采用单通道ABS控制的稳定。但采用双通道ABS控制时，在能保持车身稳定的情况下，在初始车速40 km/h制动时有效缩短了制动距离35 m，这充分说明在低附着路面进行紧急制动时，采用双通道ABS控制比采用单通道ABS控制更能提升重型半挂车的行驶稳定性和安全性。

(a)制动初期 (b)制动过程中 (c)制动结束

2.2 附着良好弯道紧急制动工况

附着良好弯道紧急制动工况的仿真结果如图8～13所示。

图8为重型半挂车车身的侧倾角变化情况，在进行制动后，采用双通道ABS控制方式，其车身的侧倾角变化幅度较大；单通道ABS控制方式车身侧倾角变化幅度小，车身稳定性更好。

图9、图10为重型半挂车车身的横摆角、横摆角速度变化情况。可以看出，采用单通道ABS控制方式其车身横摆角、横摆角速度变化幅值较小，车身的稳定性更好。采用双通道ABS控制方式其牵引车和半挂车车身横摆角、横摆角速度差值较大，说明两者之间运动不协调，易出现折叠失稳现象。

图8 车身的侧倾角变化情况(2)

图9 车身的横摆角变化情况(2)

图11为重型半挂车车身质心的横向加速度变化情况，可以看出采用双通道ABS控制方式的牵引车车身质心横向加速度变化幅值很大，最大值达到了0.75g，且出现了多次振荡，说明制动过程中牵引车车身出现了失稳现象。采用单通道ABS控制方式的牵引车车身质心横向加速度仅在0.3g左右变化，变化幅值较小。可见单通道ABS控制方式其车身稳定性更好。

图10 车身的横摆角速度变化情况(2)

图11 车身质心的横向加速度变化情况(2)

图12为牵引车与半挂车的铰接角变化情况，可以看出采用双通道ABS控制方式的重型半挂车其牵引车与半挂车的铰接角要比单通道ABS大很多，容易发生失稳。

图12 牵引车与半挂车的铰接角变化情况(2)

图13 车身在目标车道的横向偏移量变化情况

图13为重型半挂车目标车道的横向偏移量变化情况，由图可知采用双通道ABS控制方式的重型半挂车其车身最大横向滑移量偏离了车道约1.6 m，部分车身已经滑出了车道失去了稳定性，如图14所示。因此弯道制动时，采用单通道ABS控制的重型半挂车其车身稳定性更好。

图14演示了两种制动方式重型半挂车的制动过程，制动前两车重叠在一起正常行驶，图(a)为制动初期，图(b)(c)为制动过程中，图(d)为制动结束时两车所停在车道的位置。

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

因此，重型半挂车在弯道行驶制动工况中，采用双通道ABS控制方式时，制动距离减小了约12 m，可以有效地减小制动距离，但是制动过程中其车身侧倾角、横摆角、横摆角速度、车身质心的横向加速度等均变化幅值较大，不如采用单通道ABS控制方式时稳定，特别是车身偏离目标车道的横向滑移量过大，可能会导致车辆制动时滑移出车道，发生失稳的危险事故。由此可见，重型半挂车在转向制动工况中，采用单通道ABS控制方式时其车身稳定性更好。

3 结论

重型半挂车在低附着路面直线行驶时，采用双通道ABS控制其车身横摆角、横摆角速度、侧倾角、质心横向加速度的变化情况不如采用单通道ABS控制的稳定。两种制动方式均能使重型半挂车保持在目标车道中稳定行驶，采用双通道ABS控制时，能显著缩短制动距离。

重型半挂车在附着良好的弯道行驶紧急制动工况中，采用双通道ABS控制方式时，减小制动距离方面效果显著，但是制动过程中其车身稳定性评价参数变化幅值较大，不如采用单通道ABS控制方式时稳定，特别是车身偏离目标车道的横向滑移量过大，会导致车辆制动时滑移出车道，因失稳发生危险事故。

重型半挂车在低附着路面直线行驶紧急制动时，采用双通道ABS控制比采用单通道ABS控制制动效果更佳，可保证车辆按既定车道稳定行驶时显著缩短制动距离；重型半挂车在附着良好弯道进行紧急制动时，采用单通道ABS控制方式其车身稳定性更好，可使车身偏离目标车道的横向滑移量保证在安全范围内。