Amesim车辆仿真--制动匹配理论二之同步附着系数

上篇讲到了，基于制动稳定性的要求，需要同步附着系数稍大些比较好，基于制动效能制动效率的考量，需要同步附着系数稍小些比较好，那么该如何确定同步附着系数呢？

1、如何确定同步附着系数

几乎是制动效率和制动稳定性两者间的平衡和取舍的思考。
考虑制动失控带来的事故严重度较大，且危险发生时一般驾驶员的可控度也较差，综合来看，工程师们倾向于制动稳定性优先级要大于制动效率，因此思考的方法也基本是基于制动稳定性的前提下不断改善提高制动效率。
如同下图这个车型，初步匹配出空载附着系数为0.92，满载系数为1.07，制动效率比较低，有什么办法可以保证制动稳定下且提高制动效率呢？空满载下的同步附着系数最终该如何确定呢？

2、实现方法

2.1 限压阀
我们的前辈工程师在面对这个问题时，发现之所以制动效率比较低，主要是因为实际制动力分配曲线β曲线是一条直线，两段式的β曲线，制动效率会不会更高呢？。由此工程师想到了一种机械液压装置限压阀。
限压阀的实现方式如下图：
进油口2处连接主缸，出油口9处连接轮缸。当开始建压时，阀杆6受到压缩弹簧5的弹力作用处于右极限位置，使得阀座8处的阀口保持为打开状态，因此主缸的压力可以直接作用到轮缸；
随着主缸端压力的不断增大，阀杆4右端面受到的液压施与的作用力不断增加，最终克服5处弹簧力，使得阀杆向左移动，从而使阀口切换为关闭状态，最终限制了后轮轮缸的最大压力，且该最大压力的大小主要由弹簧5的弹簧力和阀杆右端面面积决定。

有了限压阀之后，我们可以调整实际制动力分配曲线，使得空载同步附着系数变小为0.57，然后在附着系数超过0.57的路面上制动时，则通过机械装置限制后轮的最大建压压力，从而缓解后轮抱死使得车辆甩尾失控的现象发生。
实现效果如下图：蓝色虚线为调整之后的β曲线

限压阀使得β曲线变为两段，制动效率得到了一定的提高，但是还是存在几个问题：
1）因机械零部件加工的偏差等因素，在附着系数为0.57到0.78的路面上制动时，车辆后轮还是倾向于抱死甚至抱死，仍旧存在失控风险。如果降低后轮最大制动压力，制动效率又得不到有效改善。
2）因为机械限压阀只能限制一个固定的压力值，并不能根据车辆载荷做相应的调整，所以在大载荷和满载情况下制动效率依然很低。

2.2 比例阀

我们的前辈当然也意识到了这两个问题，于是很快又想到了第二个方法。
限压阀的实际制动力分配曲线是两段式，但是第二段后轮的制动力基本不再增加，制动效率改善不大，那是不是有可以将第二段更改成更贴近理想制动力分配曲线的方法呢？
很快比例阀的方案被提出来
比例阀实现方式
进油口1处连接主缸，出油口4处连接轮缸；当开始建压时，制动液流向如左下图的红色箭头，主缸的压力可以直接作用到轮缸。随着压力的增大，阀杆9处的活塞右侧端面受到的液压施与的作用力克服6处的弹簧力和活塞左侧受到的液压力，从而推动活塞向左移动，9处附近的阀口由打开变为关闭状态，此时后轮的压力将不再增加。
故事进行到这里，怎么和前边的限压阀一致呢？

当然没有这么简单，如下图，随着主缸压力的不断增加，2处的压力也在不断增加，但因为9处的阀口保持为关闭状态，所以5处的压力相对2处的压力偏小，活塞7受到向右的力开始大于向左的力，因此活塞开始向右移动，阀口又被打开，5处的压力又开始增加。

随着压力的不断增大，以上两个过程重复发生，使得出油口的压力相对进油口的压力按照比例偏小。最终使得β曲线的第二段也具有了一定的斜率。
应用了比例阀的实际制动力分配曲线如下图蓝色虚线所示。同步附着系数依然为0.56，后轮的制动力由固定值变成了可以根据制动压力的增加按照固定比值增大了。
比例阀在解决第一个问题的方面又有了很大改善，而且制动效率也得到了改善；但是第二个问题依然没有得到解决，两段式β曲线的分布依旧不能保证不同载荷下的制动稳定性和制动效率。

2.3 感载比例阀

时间可能又过了几年，某天有个工程师看着车辆装载货物时，发现后悬挂随着负载的增加，车地板与车轴之间的距离越来越小，恍然大悟，未解决的第二个问题不就是因为不能感知到车辆轴荷的变化才使得大载荷和满载时制动效率太低吗，那车辆地板和后车轴间的距离不就刚好能代表车辆载荷的变化吗。
感载比例阀应运而生。
其实现方式基本在比例阀的基础上，将弹簧6的弹簧力变为随车辆载荷不同而调整为不同的弹簧压缩力。

通过该装置，具体的实际制动力分配曲线在不同载荷下，两段式β曲线的折点也在发生着变化。具体见下图。

感载比例阀的出现有效的改善了第二个问题，因而在汽车行业内得到了快速的应用。随着应用的推广，感载比例阀也暴露出了一系列的问题，在干燥或者高附着系数的路面上，感载比例阀能够有效的避免后轮抱死，并且同时能够保证较高的制动效率，但是基于轴荷和制动压力的开环控制和机械部件的加工偏差导致压力控制偏差大，精度低，在空载和低附着系数的路面上效果非常差，后轮也很容易抱死。

2.4 ABS EBD

到了二十世纪八十年代，困扰制动工程师多年的问题迎来了转机，新的机电液控制模块以及新的控制理念的普及完美的解决了这个难题
跨时代的ABS先从机车和飞机上得到了普遍应用，后来随着技术的成熟和成本的不断优化降低，被逐渐应用到汽车工业上，EBD作为ABS的子功能，替代了上述的感载比例阀，其可实现的实际制动力分配曲线如下图。我们可以看到实际的制动力分配曲线与理想的制动力分配曲线非常接近，制动效率得到了有效保证。
ABS、EBD的控制原理以及实现方式我们后边章节会深入展开。

3. 综述
回到我们最开始的问题，如何确定同步附着系数呢？
因为EBD ABS功能的实现，我们可以把同步附着系数由原来的0.8调整到0.4或者0.5左右，如此可以保证在不损失制动稳定性的前提下同时还能获得较高的制动效率。
然而同步附着系数越小，制动效率不是会更高吗? 那么同步附着系数是不是可以调整到更小呢？0.3为什么不可以？0.2会不会更好？
这是一个好问题，我们后边章节讲解EBD ABS控制原理时会继续论证该问题。

罗嗦了一大堆已被淘汰的技术，主要也是感慨如今电控技术的快速发展，很多以前闪现前辈智慧的技术和方法逐渐将被遗忘，仅以此篇聊作纪念。
下一个话题，制动匹配理论三—制动利用附着系数和制动效率
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