824 汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS研究,汽車,抱死,制動,系統(tǒng),abs,研究,鉆研 - 1 -目 錄1概述.................................................................- 1 -1.1汽車電子控制技術發(fā)展概況 ...........................................- 1 -1.2 ABS制動效果評價 ...................................................- 2 -1.3 ABS工作原理 .......................................................- 3 -1.4 ABS應用進展 .......................................................- 4 -1.5 小結 ...............................................................- 5 -2 ABS理論基礎.........................................................- 6 -2.1制動過程中車輪的受力及運動分析 .....................................- 6 -2.2 制動力系數(shù)與側向力系數(shù)特性曲線 .....................................- 9 -2.3 最佳滑移率范圍 ....................................................- 12 -2.4 小結 ..............................................................- 12 -3 ABS構造與工作原理..................................................- 13 -3.1 輪速傳感器 ........................................................- 13 -3.2 ABS執(zhí)行器 ........................................................- 14 -3.2.1執(zhí)行器的構造....................................................- 15 -3.2.2執(zhí)行器的工作原理................................................- 16 -3.3 ABS ECU...........................................................- 19 -3.4 小結 ..............................................................- 21 -4 ABS控制技術........................................................- 22 -4.1 ABS控制通道 ......................................................- 22 -4.2 ABS控制方式 ......................................................- 23 -4.3 ABS控制方法 ......................................................- 24 -4.3.1 邏輯門限值控制 .................................................- 24 -4.3.2 PID控制........................................................- 25 -4.3.3 模糊控制 .......................................................- 26 -4.4 ABS控制過程 ......................................................- 26 -- 2 -4.5 小結 ..............................................................- 29 -5 典型 ABS介紹 .......................................................- 30 -6 討論與總結 .........................................................- 32 -參考文獻 .............................................................- 34 -致謝 .................................................................- 35 -山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)論文- 1 -1 概述1.1 汽車電子控制技術發(fā)展概況隨著現(xiàn)代汽車技術的不斷發(fā)展，以微型計算機和傳感器為基礎的機電一體化在汽車上獲得廣泛的應用，汽車中傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)逐漸被基于微處理器和傳感器的機電一體化系統(tǒng)所代替，現(xiàn)代汽車已發(fā)展成機械技術、電子技術與信息科學緊密結合的高科技產品。汽車電子控制技術發(fā)展的特征之一是應用范圍不斷拓寬。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前汽車上已經使用和正在開發(fā)中的機電一體化系統(tǒng)達十種之多，按照應用領域可以分為三方面：發(fā)動機：汽油機燃油噴射控制系統(tǒng)、發(fā)動機與變速器聯(lián)合控制系統(tǒng)、柴油機燃油噴射控制系統(tǒng)、柴油機啟動控制系統(tǒng)、泵噴嘴、廢氣再循環(huán)自動控制系統(tǒng)、共軌系統(tǒng)、電子控制消音器、增壓器自動控制系統(tǒng)、冷卻系自動控制系統(tǒng)。底盤：變速器自動控制系統(tǒng)、電子控制空氣懸架系統(tǒng)、無極變速自動控制系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)、離合器自動控制系統(tǒng)、驅動力防滑系統(tǒng)、電子控制力轉向系統(tǒng)、車速自動控制系統(tǒng)、主動半主動懸架系統(tǒng)、汽車無人駕駛系統(tǒng)。其他：刮雨器自動控制、全自動空調、車窗開關自動控制、汽車導航系統(tǒng)、安全氣囊。各種機電一體化系統(tǒng)，特別是電子控制噴油系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)、驅動防滑控制系統(tǒng)、電子控制懸架系統(tǒng)及自動導航系統(tǒng)等在汽車上的成功應用，明顯地提高了汽車的經濟性、安全性、可靠性和舒適性，減少了汽車有害尾氣的排放，減低了汽車的環(huán)境噪聲污染。汽車電子控制技術發(fā)展的另一個特征是汽車電子控制裝置占整車的成本逐年增加，即純機械部分所占的比重越來越少，而機電結合的電子控制裝置所占的比重越來越大。圖 1.1所示為從 1976年到 2000年電子控制裝置占整車成本變化趨勢圖，從圖中可以看出，汽車電子控制裝置所占的比重逐年增加，到2000年電子控制裝置占整車成本到 7%以上。這還不包括電子控制裝置中的液壓楊斌：汽車防抱死制動系統(tǒng) ABS研究- 2 -系統(tǒng)、電液控制閥、驅動油缸及各類傳感器等的成本，如果把這些輔助裝置的成本計算在內，則電子控制裝置占整車的成本比圖中所示的比例還要高一些。最新資料分析表明，汽車電子產品占現(xiàn)代轎車的成本已經達到 30%。圖 1.1 電子控制裝置占整車成本1.2 ABS 制動效果評價汽車防抱死制動系統(tǒng)是汽車上應用最為廣泛和成功的機電一體化系統(tǒng)之一，其英文名稱為 Antilock Braking System，簡稱 ABS，它是汽車上的一種主動安全裝置，用于防止汽車制動時車輪抱死，以獲得最佳效果。根據(jù)汽車制動動力學理論，汽車的制動效果主要用下列二個指標評價：（1）制動效果，即制動距離與制動減速度；（2）制動時汽車的方向穩(wěn)定性，即制動時汽車不發(fā)生跑偏、側滑以及失去轉向能力的性能。制動距離是指汽車以一定的速度行駛時，從駕駛員開始操作制動控制裝置（踩制動踏板）到汽車完全停住為止所駛過的距離。制動距離與制動踏板力、路面附著條件、汽車載荷、汽車行駛初速度等因素有關。從力學的觀點來看，車輪與路面之間制動力的大小對制動距離的長短有著決定性的影響。制動時，特別是緊急制動盡可能短，即車輪與路面之間的制動力盡可能大。制動時汽車的方向穩(wěn)定性是指汽車在制動過程中維持直線行駛或按預定彎道行駛的能力。制動時車輪自動向左或向右偏駛稱為制動跑偏。側滑是指制動時汽車的某一軸或兩軸發(fā)生橫向移動。前輪失去轉向能力是指彎道制動時，汽車不在按原來彎道行駛，而是沿彎道切線方向駛出，或者在直線行駛制動時，轉動方向盤后汽車仍然按直線方向行駛的現(xiàn)象。國內外的統(tǒng)計分析表明，制動跑偏，側滑和失去轉向能力是造成交通事故的主要原因之一。造成制動跑偏、山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)論文- 3 -側滑和失去轉向能力的原因是汽車與路面之間的側向力太小。從維持汽車制動時方向穩(wěn)定性出發(fā)，希望汽車與路面之間的側向力越大越好。有經驗的駕駛員有時采用所謂的“點剎” ，即先將制動踏板踩到底，稍微放松一下以后再踩到底，如此反復進行，直到汽車停住為止。ABS 實際就是這種制動過程的自動控制系統(tǒng)，它根據(jù)車輪的運動狀態(tài)自動調節(jié)作用在制動盤或制動輪鼓上的制動力，防止制動輪抱死，使車輪與道路路面之間的制動力和側向力盡可能達到最大，從而減小制動距離，提高制動時汽車行駛方向穩(wěn)定性。1.3 ABS 工作原理汽車防抱死制動系統(tǒng)主要由輪速傳感器、電子控制單元（Electrical Control Unit，簡稱 ECU）和 ABS 執(zhí)行器等組成：.圖 1.2 ABS 示意圖1.輪速傳感器 2..電子控制單元 3.ABS 執(zhí)行器 4.ABS 信號燈其中，輪速傳感器安裝在汽車驅動輪上，連續(xù)不斷地測取車輪的輪速，并將這些信號傳遞給 ABS ECU，電子控制單元將檢測到的轉速信號處理后與預先存儲在電子控制單元中的參考值進行比較，如果車輪的角減速度急劇增大，表明該車輪即將抱死，ABS ECU 指示執(zhí)行器降低該車輪制動輪缸的制動液壓，車輪開始轉動，當傳感器的信號表明車輪又正常轉動時，ABS ECU 又發(fā)出指令升高車輪制動輪缸的液壓，而執(zhí)行器則根據(jù)電子控制單元的指令“降低” 、 “增大”或“保持”各車輪制動輪缸的制動液壓，從而以脈沖形式（每秒 4—10次）進行制動壓力的調節(jié)，將車輪的滑移率始終控制在最佳滑移率范圍內，從而保證楊斌：汽車防抱死制動系統(tǒng) ABS研究- 4 -在制動過程中車輪與路面之間的地面制動力和側向力最大，縮短制動距離，最大限制地保證制動時車輪的穩(wěn)定性，提高安全性。1.4 ABS 應用進展最早的汽車防抱死制動系統(tǒng)可以追溯到英國 1932年發(fā)布的專利“制動時防止車輪壓緊轉動的安全裝置” 。隨后的 1936年，德國的 Bosch 公司將電器傳感器用于測量車輪的轉速，并用電動機對控制閥孔口的大小進行控制，以調節(jié)制動壓力，該技術被認為是 ABS 朝實用化方向邁出的最重要的一步，其原理一直延用至今。早期的 ABS 系統(tǒng)主要用在飛機、火車和掛車上，在汽車上的應用盡管在20世紀 50 年代就已經開始，但普及一直很緩慢，主要原因是當時的 ABS 采用機械式調控裝置，難以滿足復雜工況的需求。進入 20世紀 70 年代，隨著電子技術的進步，數(shù)字電子技術，大規(guī)模集成電路的發(fā)展和微型計算機的應用，ABS 的控制技術日趨成熟。 1978年德國的 Bosch 公司與 Mercedes-Benz 公司合作，將處理器引入到 ABS 的控制中，開發(fā)了 Mercedes-Benz/Bosc-ABS2B 型三通道防抱死制動系統(tǒng)，并批量裝于奔馳小汽車上。此后，ABS 技術得到快速發(fā)展，發(fā)達國家汽車裝備 ABS 的數(shù)量逐步增加。據(jù)估計，20 世紀初美國的汽車基本裝備了該系統(tǒng)，全世界汽車 ABS 裝備的比率將達到 90%以上。為了改善交通安全狀況，各國還紛紛通過立法和采用其他行政措施促進ABS 的應用。1987 年前歐洲體共同頒布的法規(guī)規(guī)定，自 1989年起，歐洲體成員國汽車廠凡申請新車型許可證時，所有新車必須裝備 ABS；同時規(guī)定：自1991年開始，歐洲體成員國凡 16t上的載重汽車也必須裝備 ABS，并禁止進口未裝備 ABS 的汽車。日本從 1991年 10月起規(guī)定，對總質量超過 13 t的牽引車和總質量超過 10t的運輸危險品的拖車以及在高速公路上行駛的大客車均須裝備 ABS。美國 1994年 8月頒布的商用汽車 ABS 法規(guī)規(guī)定：截止到 1996年，全國新出廠的氣壓制動在貨車和氣壓制動公共汽車均應安裝 ABS；采用液壓制動系統(tǒng)的整體式載貨車和公共汽車，規(guī)定在 1998年必須安裝 ABS。美國的保險公司宣布，凡裝備 ABS 的汽車可以減收保險費。目前，汽車 ABS 仍需進一步提高系統(tǒng)的技術性能，提高系統(tǒng)元件的可靠性，山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)論文- 5 -其發(fā)展趨勢為：（1）ABS/ASR 一體化 ASR 是驅動力防滑轉系統(tǒng)的英文縮寫，其英文全稱為 Anti-Slip Regulation。有時也稱為驅動力控制系統(tǒng)，其英文全稱為 Traction Control System，簡稱為 TRC。ASR 也是典型的機電一體化控制系統(tǒng)，其作用是在汽車的啟動和加速過程中，控制傳遞到驅動輪上的驅動力矩，防止車輪空轉，從而使啟動和加速過程快速而穩(wěn)定，ABS 制造公司常將二者集成為一體，實現(xiàn)信息與資源的共享。（2）減小體積，降低重量 現(xiàn)代汽車裝備的輔助裝置越來越多，一方面汽車的重量隨之增加，能耗與運行成本也相應地增加；另一方面，可供這些裝置布置的空間受到限制，因此，減小 ABS 的體積，降低系統(tǒng)的總重量一直是ABS 的生產公司追求的目標。（3）基于 CAN 總線的多控制集成網(wǎng)絡控制 由于汽車上采用的機電一體化控制裝置越來越多，每個系統(tǒng)都有自己的 ECU 和傳感器，裝置和信息不能共享。采用基于 CAN 總線的多控制系統(tǒng)集成網(wǎng)絡控制，將 ABS 與其他系統(tǒng)集成控制，可以節(jié)約成本，提高控制效率.1.5 小結機電一體化在汽車上的成功應用，明顯地提高了汽車的經濟性、安全性、可靠性和舒適性，減少了汽車有害尾氣的排放，減低了汽車的環(huán)境噪聲污染。從 1932年發(fā)展至今的汽車防抱死制動系統(tǒng)是汽車上應用最為廣泛和成功的機電一體化系統(tǒng)之一，其英文名稱為 Antilock Braking System，簡稱 ABS，它是汽車上的一種主動安全裝置，用于防止汽車制動時車輪抱死，以獲得最佳效果。該系統(tǒng)主要由輪速傳感器、電子控制單元（Electrical Control Unit，簡稱 ECU）和 ABS 執(zhí)行器等組成：其工作原理為，車輪輪速傳感器測取車輪的輪速，并將信號輸入控制器，控制器計算出車速、輪速、滑移率和車輪的減速度、加速度，并對這些信號進行分析和判斷，根據(jù)分析和判斷的結果控制 ABS 執(zhí)行器的動作。而執(zhí)行器則根據(jù)電子控制單元的指令“降低” 、 “增大”或“保持”各車輪制動輪缸的制動液壓，進行制動壓力的調節(jié)，將車輪的滑移率始終控制在最佳滑移楊斌：汽車防抱死制動系統(tǒng) ABS研究- 6 -率范圍內，從而保證在制動過程中車輪與路面之間的地面制動力和側向力最大，縮短制動距離，最大限制地保證制動時車輪的穩(wěn)定性，提高安全性。在造成交通事故中，制動跑偏，側滑和失去轉向能力是主要原因之一。而造成制動跑偏、側滑和失去轉向能力的原因是汽車與路面之間的側向力太小。從維持汽車制動時方向穩(wěn)定性出發(fā)，希望汽車與路面之間的側向力越大越好。ABS這種汽車防抱死裝置最大的優(yōu)點就是根據(jù)車輪的運動狀態(tài)自動調節(jié)作用在制動盤或制動輪鼓上的制動力，防止制動輪抱死，使車輪與道路路面之間的制動力和側向力盡可能達到最大，從而減小制動距離，提高制動時汽車行駛方向穩(wěn)定性，而這一過程的完成不需要我們人為的進行“點剎” 。2 ABS 理論基礎 2.1 制動過程中車輪的受力及運動分析汽車的制動效果與制動過程中車輪的運動狀態(tài)及車輪與路面之間的作用力密切相關。為了研究車輪的運動及車輪和路面之間的作用力，建立如圖 2.1所示的輪胎坐標系（為簡化起見，車輪的內外傾角沒有參考） 。坐標系的原點位于輪胎與路面接觸（簡稱輪胎接地區(qū)）的中心，x 軸位于地平面上，正向指向車輪的前進方向；y 軸在地平面上且垂直于 x軸，正向指向車輪的左側；z 軸與地面垂直，正方向向上。圖中車輪的滾動方向與車輪前進方向之間的夾角 α 稱為側偏角。山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)論文- 7 -圖 2.1 輪胎坐標系 [12]制動過程中路面對輪胎的作用力可分解為三個坐標軸方向的分力：沿 x軸方向的分力為 Fx，即為地面制動力，又稱縱向力；沿 y 軸方向的分力為 Fy，稱之為側向力，或稱橫向力；研 z 軸方向的分力為 Fz，為路面對輪胎的法向反作用力。地面制動力和側動力實質上是輪胎與路面之間的“摩擦力” ，與汽車輪胎上所受的法向反作用力 Fz 成正比，即Fx=fxFz Fy=fyFz 式中，比例系數(shù) fx 和 fy 分別為稱為制動力系數(shù)和側向力系數(shù)。在后面的分析中我們將會看到，制動力系數(shù)和側向力系數(shù)與車輪的運動狀態(tài)有關，在制動過程中是動態(tài)變化的。制動過程中車輪的運動狀態(tài)分為純滾動、純滑動和邊滾邊滑。如果汽車的行駛速度，即車輪中心的運動速度與車輪滾動的圓周速度相同，則車輪在路面作純滾動；如果駕駛員通過制動控制裝置向制動輪施加的作用力足夠大，將制動輪抱死，此時汽車在自身慣性力的推動下繼續(xù)向前運動，則車輪在路面上做純滑動；當制動輪受到制動器制動力的作用而又沒有抱死時，一方面，由于制動器制動力的作用，車輪滾動的圓周速度降低；另一方面，在汽車自身慣性力楊斌：汽車防抱死制動系統(tǒng) ABS研究- 8 -的作用下，汽車繼續(xù)前運動，且行駛速度大于車輪滾動的圓周速度，輪胎與路面之間產生的滑移，車輪處于邊滾邊滑的狀態(tài)。作用在制動輪上的制動器制動力越大，車輪滾動的成分越少，而滑動的成分越多。一般用制動滑移率來描述制動過程中的滑移程度，其定義為（圖 2.2）：圖 2.2 制動滑移率 [12]S=（v-vr）/v Vr=rw式中 S----制動滑移速度V---汽車形式速度Vr---車輪圓周速度R----車輪動力半徑W---車輪角速度顯然，車輪做純滾動時，車輪實際行駛速度與車輪滾動的圓周速度相等，即 v=vr，制動滑移率為 0；車輪做純滑動，即車輪抱死時，車輪的圓周速度為零，即 vr=0，制動滑移率為 1；車輪既滾動又滑動時，制動滑移率在 0-1之間?？梢娀坡拭枋隽酥苿舆^程中車輪滑移的程度，滑移率越大，表面滑移越嚴重。以上討論的是汽車在直線路面上行駛的情形。當汽車轉向或行駛在彎曲的道路上時，由于慣性等因素的作用，車輪受到側向力的作用。此時車輪的滾動方向與汽車的行駛方向不一致，兩者之間的夾角稱為側偏角。有側偏角時的車山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)論文- 9 -輪滑移率定義如下（圖 2.3）：圖 2.3 滑移率-制動力系數(shù)特性曲線 [12]絕對滑移率 S=（v-vr）/v 縱向滑移率 Sbx=（v-vrcosα）/v 側向滑移率 Sby=（vrsin α）/v 式中 α—側偏角2.2 制動力系數(shù)與側向力系數(shù)特性曲線制動過程中的地面制動力和轉向力都是通過車輪與道路接地面之間的摩擦產生的。汽車道路試驗表明，輪胎的制動力與側向力，只有當車輪滾動的圓周速度與車輪的行駛速度之間存在差異時才會產生。換言之，制動時輪胎與路面之間的制動力系數(shù)與滑移率有著密切的關系，這種函數(shù)關系通常用滑移率—制動力系數(shù)特性曲線來描述。楊斌：汽車防抱死制動系統(tǒng) ABS研究- 10 -圖 2.4 滑移率—制動力系數(shù)特性曲線 [12]圖 2.4給出的是測試得到的典型的滑移率—制動力系數(shù)特性曲線。在制動的初始階段，隨著滑移率的增加，制動力系數(shù)急劇增加，滑移率增大到最優(yōu)滑移率 Sm 時，制動力系數(shù)達到最大值 fm。此時的制動力系數(shù) fm稱之為峰值附著系數(shù)，一般出現(xiàn)在 S=0.15-0.2附近。此后，隨著滑移率的繼續(xù)增加，制動力系數(shù)逐漸減小，直至車輪完全抱死，滑移率為 1時，制動力系數(shù)減小到一個穩(wěn)定值 fs，該值稱之為滑移附著系數(shù)。由圖 2.4可以看出 ，只有在曲線上峰值附著系數(shù)出現(xiàn)之前的各點（包括峰值附著系數(shù)點） （O-A 段）以及滑移率為 1的那一點，制動過程是穩(wěn)定的。在不穩(wěn)定區(qū) AB 段，滑移率對制動力矩十分敏感，很快滑移到抱死狀態(tài)。圖 2.5所示為測試得到的側向力系數(shù)隨著側偏角變化曲線。由圖 2.2可知，當側偏角不超過 5°時，側向附著系數(shù)隨著側偏角的增大近似性地增大；當側偏角范圍達到 5°-10°時，側向力系數(shù)繼續(xù)增大并達到最大值；當側偏角再增大時，側向力系數(shù)反而有所下降。山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)論文- 11 -圖 2.5 側向力系數(shù)隨側偏角變化曲線 [12]輪胎的制動力系數(shù)與側向力系數(shù)反映了輪胎的附著性能，主要受路面種類（路面材料、有無冰雪等） 、路面狀況（干燥或潮濕） 、輪胎型號、輪胎槽紋形狀及深度、胎冠的橡膠成分、輪胎充氣壓力及汽車行駛速度等因素的影響。圖 2.6為試驗測得的各種典型路面的制動力系數(shù)特性曲線。從圖 2.6中可以看出，路面種類及 lumina 狀況對制動力系數(shù)的的影響很大。其中干燥水泥路面的附著性能最好，峰值附著系數(shù)達到 1.13，而結冰路面的峰值附著系數(shù)僅為0.23。圖 2.6 路面狀態(tài)對制動力系數(shù)特性曲線的影響 [12]圖 2.7表示汽車行駛速度對制動力系數(shù)曲線的影響。在干燥的瀝青路面上，車速從 10km/h 變?yōu)?40km/h，特性曲線變化較小，表明在干燥的路面 汽車行駛速度對制動力系數(shù)的影響很小。而在潮濕的瀝青路面上，隨著車速的增加，制動力系數(shù)下降，對應著峰值附著系數(shù) fm 和滑移附著系數(shù) fs 下降，尤其是滑移附著系數(shù)的下降更為顯著，導致車輪抱死狀態(tài)下的制動距離較最優(yōu)滑移率時的楊斌：汽車防抱死制動系統(tǒng) ABS研究- 12 -要長。圖 2.7 制動力系數(shù)特性特性曲線與車速的關系 [12]輪胎的側向附著性能除受側偏角的影響外，還與輪胎的滑移率有著密切的關系。圖 2.8中給出了滑移率為不同值（從 0-0.4）時的側向力系數(shù)特性曲線。由圖 2.8可知，隨著滑移率的增加，輪胎的側向附著性能降低。這一變化趨勢從圖 2.9中看得更清楚。圖 2.8 不同滑移率時側向力系數(shù)隨側偏角變化的曲線 [12]圖 2.9給出的是在不同側偏角條件下，側向力系數(shù)隨滑移率變化的規(guī)律。對給定的側偏角，在不制動的時候，輪胎的滑移率為零，這時輪胎的側向力系數(shù)最大。司機踩下制動踏板隨著制動力的加大，輪胎的滑移率增加，側向力系數(shù)逐漸減小。最后，當輪胎的滑移率達到 1，即輪胎抱死時，車輪的側向力系數(shù)幾乎為零。山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)論文- 13 -圖 2.9 不同側偏角時側向力系數(shù)隨滑移率變化曲線 [12]2.3 最佳滑移率范圍綜合縱向及側向附著系數(shù)與滑移率的特性曲線分析，可以得出如下結論：輪胎的附著性能與輪胎的滑移率密切相關?；坡时３衷?0.1-0.3之間時，輪胎的縱向附著系數(shù)和側向附著系數(shù)都較大。滑移率超出這個范圍后，特別是車輪抱死后，縱向附著系數(shù)下降，而側向附著系數(shù)將為零。這意味著制動距離加長，而且方向穩(wěn)定性降低。圖 2.10中給出的滑移率范圍 0.1-0.3稱之為最佳滑移率范圍。ABS 系統(tǒng)的作用，就是在制動時，通過控制車輪的速度，將滑移率范圍控制在 0.1-0.3之間，從而縮短制動距離，提高車輪制動時的方向穩(wěn)定性。圖 2.10 最佳滑移率范圍 [12]2.4 小結我們知道汽車的制動效果與制動過程中車輪的運動狀態(tài)及車輪與路面之間楊斌：汽車防抱死制動系統(tǒng) ABS研究- 14 -的作用力密切相關。通過對車輪運動過程中車輪和路面之間的受力分析，得出制動力系數(shù)和側向力系數(shù)與車輪的運動狀態(tài)有關，并在制動過程中是動態(tài)變化的。而輪胎的制動力系數(shù)與側向力系數(shù)反映了輪胎的附著性能，輪胎的附著性能與又輪胎的滑移率密切相關。當滑移率保持在 0.1-0.3之間時，輪胎的縱向附著系數(shù)和側向附著系數(shù)都較大?；坡食鲞@個范圍后，特別是車輪抱死后，縱向附著系數(shù)下降，而側向附著系數(shù)將為零。這意味著制動距離加長，而且方向穩(wěn)定性降低。 ABS 系統(tǒng)的作用，就是在制動時，通過控制車輪的速度，將滑移率范圍控制在 0.1-0.3之間，從而縮短制動距離，獲得較高的附著利用率來提高車輪制動時的方向穩(wěn)定性。3 ABS 構造與工作原理同其他機電一體化系統(tǒng)一樣，ABS 的硬件構成除了機械系統(tǒng)本體（汽車的液壓制動系統(tǒng)）以外，主要由傳感器、執(zhí)行器和控制器三部分組成。這里，傳感器主要指車輪輪速傳感器，其功能是檢測車輪轉速，并將信號輸入控制器；執(zhí)行器實際上是一個附加在普通液壓力調節(jié)裝置，其功能是自動調節(jié)制動輪缸的液壓；控制器即前述的 ABS ECU，其作用是接收車速、輪速和減速度等傳感器的信號，計算出車速、輪速、滑移率和車輪的減速度、加速度，并對這些信號進行分析和判斷，根據(jù)分析和判斷的結果控制 ABS 執(zhí)行器的動作。3.1 輪速傳感器如圖 3.1所示，輪速傳感器主要由傳感器轉子與傳感頭兩部分組成。常見的傳感器轉子是一個帶齒的圓環(huán)，由磁阻較小的鐵磁性材料制成，一般安裝在隨車輪一起轉動的部件上，如半軸、輪轂或制動盤等，與車輪同步轉動。傳感頭根據(jù)極軸形狀的不同可分為鑿式、菱式和柱式極軸輪速傳感頭等，其內部結構基本相同：主要由永磁體磁芯、傳感線圈和極軸等組成。傳感頭直接安裝在車輪附近不隨車輪轉動的部件上，如半軸套管、轉向節(jié)、制動底板等，極軸端部與傳感器轉子的輪齒之間保持一定的間隙。輪速傳感器的主要工作原理如圖 3.2所示。當轉子的齒隙與傳感頭的極軸端部想對應時，極軸端部與齒圈之間的空氣隙最大，永磁體磁芯產生的磁力線山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)論文- 15 -就不容易通過齒圈，傳感線圈周圍的磁線就較弱；而當轉子上的齒頂與傳感頭的極軸端部相對應時，極軸端部與齒圈之間的空氣隙最小，永磁體磁芯所產生的磁力線就容易通過齒圈，感應線圈周圍的磁場就較強。當轉子隨同車輪轉動時，轉子的齒頂和齒隙交替地與傳感頭極軸端部相對，傳感器感應線圈周圍的磁場隨著發(fā)生強弱交替變化，在感應線圈中產生交變電壓。交變電壓的頻率與齒圈的齒數(shù)成正比。因此，輪速傳感頭輸出的交變電壓的頻率與相應車輪的轉速成正比。通過計算感應線圈感應交變電壓的頻率即可確定車輪的轉速和角加速度。圖 3.1 輪速傳感器 [14]1.導線 2.永久磁鐵 3.殼體 4.線圈 5.極軸 6.轉子楊斌：汽車防抱死制動系統(tǒng) ABS研究- 16 -圖 3.2 輪速傳感器的工作原理 [14]1.轉子 2.極軸 3.感應線圈 4.永磁體磁芯3.2 ABS 執(zhí)行器ABS執(zhí)行器又稱液壓調節(jié)器或制動壓力調節(jié)器，是在普通的液壓制動系統(tǒng)上加裝的液壓調節(jié)裝置，主要由調節(jié)制動液壓的電磁閥（又稱壓力控制閥） 、電動液壓泵和低壓儲液器等組成。ABS 執(zhí)行器通常集成為一個整體，安裝在制動主缸和制動輪缸之間。3.2.1 執(zhí)行器的構造（1）電磁閥。電磁閥是 ABS 執(zhí)行器的核心部件，其作用是控制制動輪缸的進油和出油。ABS 電磁閥主要有二位三通 、三位三通和二位二通幾種。早期的 ABS 執(zhí)行器有的采用二位三通或三位三通電磁閥，現(xiàn)代汽車防抱死制動系統(tǒng)采用二位二通電磁閥的居多，每個制動輪一般對應兩個二位二通電磁閥，一個常開吸入電磁閥，簡稱進油閥，控制制動主缸到制動輪缸的進油，另一個常閉排出電磁閥，簡稱出油閥，控制從制動輪缸到電動液壓泵和低壓儲液器的出油。圖 3.3所示為 Bosch ABS5 型 ABS 二位二通進油閥結構示意圖。當電磁線11上沒有端電壓時，閥芯 7的錐形頂部在彈簧 6預緊力的作用下脫離閥座 4，進油口和出油口接通，進油閥處于開啟狀態(tài)，來自制動主缸的制動液經進油管濾清器 1進入閥座 4內的通道，并經出油口進入制動輪缸；當向電磁線圈 11提供端電壓時，電磁線圈對銜鐵 9產生電磁吸引力，閥芯在電磁吸引力的作用下克服彈簧張力向下移動，直至閥芯錐形頂部緊壓靠在錐形閥座上，進油口和出油口的通道被斷開，制動液不能從制動輪缸進入制動主缸，制動主缸中的制動液也不能流入制動輪缸。山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)論文- 17 -圖 3.3 二位二通進油閥示意圖 [15] 圖 3.4 二位二通出油閥示意圖 [15]1.進油管濾清器 2.密封圈 3.閥體 1. 閥座 2.O 形環(huán) 3.濾清器支撐體4.閥座 5.濾清器 6.彈簧 7.閥芯 4.濾清器 5.密封圈 6.閥芯 7.彈簧8.O 形環(huán) 9.銜鐵 10.密封圈 8.閥體 9.銜鐵 10.電磁線圈11.電磁線圈 12.線圈架 11.線圈架Bosch ABS 5型 ABS 二位二通出油閥結構見圖 3.4與進油閥一樣，出油閥采用的也是電磁工作原理，所不同的是電磁閥開啟和關閉的條件與進油閥正好相反。當電磁線圈 10不通點時，閥芯 6的錐形頂部在彈簧 7預緊力的作用下緊壓靠在閥座 1上，進油口和出油口的通道斷開，出油閥處于關閉狀態(tài)；向電磁線圈施加端電壓后，電磁線圈對銜鐵 9產生電磁吸引力，閥芯在電磁吸引力的作用下克服彈簧張力向上移動，閥芯錐形頂部與閥座之間產生間隙，進油口和出油口的通道被接通，出油閥處于開啟狀態(tài)。（2）低壓儲液器和電動液壓泵。低壓儲液器和電動液壓泵是執(zhí)行器的壓力降低裝置。當出油閥開啟時，從制動輪缸流出的制動液經過低壓儲液器并由電動液壓泵泵回制動主缸中。電動液壓泵由電動機驅動，并根據(jù) ECU的指令運轉和停止。3.2.2 執(zhí)行器的工作原理 ABS執(zhí)行器液壓制動系統(tǒng)的種類很多，但其工作原理大同小異，下面以Bosch ABS 5 為例分析 ABS 執(zhí)行器的工作原理。楊斌：汽車防抱死制動系統(tǒng) ABS研究- 18 -（1）常規(guī)制動時（ABS 不工作）：常規(guī)制動過程中，ABS 不起作用，ECU 也不向電磁閥輸出電壓。因此，進油閥 4保持開啟狀態(tài)，出油閥 7保持關閉狀態(tài)，來自制動主缸 2的制動液經進油閥進入制動輪缸 6，在制動輪缸中建立制動壓力，實施汽車制動。此時電動液壓泵 10不工作，位于出油路中的單向閥 11防止制動液流到液壓泵中。放松制動踏板 1時，車輪制動輪缸中的制動液一部分通過單向閥 5，另一部分經進油閥 4回流到制動主缸中。以上過程如圖 3.5所示。圖 3.5 常規(guī)制動時，液壓制動系統(tǒng)工作原理圖 [15]1.制動踏板 2.制動主缸 3.注油容器 4.進油閥 6.制動輪缸 7.出油閥 8.儲油罐 9.單向閥 10.電動液壓泵 11.單向閥（2）緊急制動時（ABS 工作）：緊急制動時，當四個車輪中的任一車輪即將抱死時，ABS 執(zhí)行器根據(jù)電子控制單元（ECU）傳送的信號控制該車輪上制動輪缸中的制動液壓，從而達到防止該車輪抱死的目的?！皦毫档汀睜顟B(tài)：當車輪即將抱死時，ECU 向進油閥和出油閥電磁線圈施加 12V的端電壓，進油閥關閉，出油閥打開，來自制動主缸的制動液不能流進制動輪缸，制動輪缸中的制動液通過出油閥送至儲液罐 8中。如此作用的結果是車輪制動輪缸中的制動液壓下降，制動輪制動力減小，從而達到防止車輪抱死的目的。與此同時，ECU 傳送信號給電動液壓泵，使之開始工作，將儲液罐中的制動液送至制動主缸中。制動管路壓力降低的速率是由“壓力降低”和“壓力保持”兩種狀態(tài)的交替進行來調節(jié)的，以上過程如圖 3.6 所示。山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)論文- 19 -圖 3.6 壓力降低時，液壓制動系統(tǒng)原理圖 [15]1.制動踏板 2.制動主缸 3.注油容器 4.進油閥 6.制動輪缸 7.出油閥 8.儲油罐 9.單向閥 10.電動液壓泵 11.單向閥“壓力保持”狀態(tài)：當制動輪缸中的制動壓力降低或升高且輪速已達到預定值時，ECU 給進油閥電磁線圈提供 12V 的端電壓，給出油閥電磁線圈提供0V 的端電壓，進油閥和除頭發(fā)都關閉，制動液在回路中不流動，制動輪缸中的制動壓力保持在該水平上。以上過程如圖 3-7 所示。圖 3.7 壓力保持時，液壓制動系統(tǒng)原理圖 [15]1.制動踏板 2.制動主缸 3.注油容器 4.進油閥 6.制動輪缸 7.出油閥 8.儲油罐 9.單向閥 10.電動液壓泵 11.單向閥“壓力升高”狀態(tài)：當車輪制動輪缸中的制動管路壓力需要升高以提供更大的制動力時，ECU 將進油閥和出油閥電磁線圈的端電壓均置為 0V，進油閥楊斌：汽車防抱死制動系統(tǒng) ABS研究- 20 -打開，出油閥關閉，制動主缸中的制動液經進油閥流至制動輪缸中。如此作用的結果是制動輪缸中的液壓升高，同時產生的制動輪制動力也隨之升高。制動管路壓力升高的速率是由“壓力升高”和“壓力保持”兩種狀態(tài)的交替進行來調節(jié)的。以上過程如圖 3.8 所示。圖 3.8 壓力升高時，液壓制動系統(tǒng)原理圖 [15]1.制動踏板 2.制動主缸 3.注油容器 4.進油閥 6.制動輪缸 7.出油閥 8.儲油罐 9.單向閥 10.電動液壓泵 11.單向閥3.3 ABS ECUABS ECU 的主要功能是接收輪速傳感器和其他傳感器輸入的信號，進行放大，轉換，計算，比較和判斷，談后根據(jù)判斷的結果控制電磁閥的開關和電動液壓泵的運轉，以控制制動器制動壓力。ABS ECU（圖 3.9）是一個基于單片機的控制器，包括硬件和軟件兩部分。ECU 硬件由輸入處理電路，單片計算機，輸出處理電路和安全保護電路組成，各組成部分集中安裝在一塊印刷電路板上，并封裝在金屬殼體內。ABS ECU 軟件是根據(jù) ABS 控制邏輯編寫的控制程序，固存在單片計算機的只讀存儲器（ROM）中。山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)論文- 21 -圖 3.9 ABS 電子控制單元 ECU[15]1. 輸入處理電路 輸入 ABS ECU 的信號主要有：1 輪速傳感器信號;2點火開關，制動開關，液位開關等外部信號；3 輪速傳感器監(jiān)測信號的反饋信號；4 電磁閥繼電器，液壓泵驅動電器繼電器等工作電路的監(jiān)測信號等。按照輸入信號的形態(tài)可以將其分為三種類型：模擬信號，通斷二進制數(shù)字信號和連續(xù)脈沖數(shù)字信號。對于輪速傳感器信號這樣的模擬信號，需要進行低通濾波，整形，放大等預處理，并將處理過的信號通過 A/D 轉換器轉換成適合單片計算機 CPU 處理的數(shù)字信號。對于點火開關，制動開關，液位開關這樣的通斷二進制數(shù)字信號和電磁閥繼電器監(jiān)測信號等這樣的連續(xù)脈沖數(shù)字信號，盡管他們本身是數(shù)字信號，但由于各種各樣的原因洗腦的幅值不適合單片計算機 CPU 直接進行處理（CPU 的工作電壓為 5V） ，必須經過輸入處理電路的處理，變成計算機能處理的數(shù)字信號形式后在輸入控制器的計算機中，進行進一步的分析處理。2.單片機 單片機是 ABS ECU 的核心，也是 ABS 的核心。早期的 ABS ECU 采用 8位單片機，目前采用 16位單片機的居多，也有的開始采用 32位單片機。單片機內部的 CPU 將輸入的信號按一定的算法進行計算，根據(jù)計算的結楊斌：汽車防抱死制動系統(tǒng) ABS研究- 22 -果確定出相應的控制命令，然后將控制信號通過數(shù)字端口 D0 輸出，經過模擬電路的驅動功率放大就可以直接舉動電磁閥。ABS ECU 一般由兩個單片機組成，以保證系統(tǒng)工作安全可靠。兩個單片機接收同樣的輸入信號，在進行運算和處理的過程中，通過交互式通訊，對兩個單片機的結果進行比較，如果處理結果不一致，單片機立即使 ABS 系統(tǒng)退出工作，防止系統(tǒng)發(fā)生故障后導致錯誤控制。單片機不僅能檢測 ECU 內部的工作過程，還能監(jiān)測系統(tǒng)中有關部件，如輪速傳感器，泵電動機工作電路，電磁閥繼電器工作電路等的工作狀況。當監(jiān)測到這些電路工作不正常時，也立即向安全保護電路輸出停止 ABS 系統(tǒng)工作的指令。3.輸出處理電路 輸出處理電路將單片機輸出的控制信號（如壓力增加，保持，減小） ，通過 D/A 轉換器轉換成模擬控制信號，通過控制功率放大器向執(zhí)行器（電磁閥）提供控制電流或電壓，驅動執(zhí)行器工作。4.安全保護電路 安全保護電路由電源控制，故障記憶，繼電器驅動和ABS 警告燈驅動等電路組成。安全保護電路接收騎車電源的電壓信號，對電源電壓是否穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內進行監(jiān)控，同時將 12V 或 14V 電源電壓變成ABS ECU 內部需要的 5V 標準電壓。同時還對繼電器電路， ABS 警告燈電路進行控制。當 ABS 出現(xiàn)故障時，如電源電壓過低，輪速傳感器信號不正常及計算電路，電磁閥控制電路等有故障時，能根據(jù)微處理器的指令，切斷有關繼電器的電源電路，使 ABS 停止工作，回復常規(guī)制動功能，起到失效保護作用。同時，將儀表板上的 ABS 警告燈點亮，提醒駕駛員 ABS 系統(tǒng)出現(xiàn)故障，應進行檢修。并將故障存儲在存儲器內，以便進行自診斷時，將存儲的故障信息調出，供維修時使用。3.4 小結ABS除了機械系統(tǒng)本體（汽車的液壓制動系統(tǒng)）以外，主要由傳感器、執(zhí)行器和控制器三部分組成。傳感器主要指車輪輪速傳感器，其功能是檢測車輪轉速，并將信號輸入控制器；執(zhí)行器實際上是一個附加在普通液壓力調節(jié)裝置，其功能是自動調節(jié)制動輪缸的液壓；控制器即前述的 ABS ECU，其作用是接收車速、輪速和減速度等傳感器的信號，計算出車速、輪速、滑移率和車輪的減山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)論文- 23 -速度、加速度，并對這些信號進行分析和判斷，根據(jù)分析和判斷的結果控制ABS 執(zhí)行器的動作。汽車防抱死制動系統(tǒng)根據(jù)汽車的行駛狀態(tài)、車輪的轉動情況，在制動過程中自動調節(jié)施加在制動器上的壓力，把車輪滑移率控制在一狹小范圍內，不使車輪抱死，以保證汽車在各種行駛條件下制動時均能充分利用輪胎與路面間的縱向和側向附著力，提高汽車抗側滑的能力，縮短制動距離，有效提高行車安全性。裝備 ABS 的車輛可以在不同路況、天氣下降低事故發(fā)生率，它已是世界上普遍公認的提高汽車安全性的有效措施之一。目前在國外，ABS 已作為汽車的標準裝備，國內法規(guī)也強制要求重型貨車和大型客車必須安裝 ABS。電子控制單元(ECU: Electronic Control Unit)是 ABS 控制系統(tǒng)的核心部件，也是衡量 ABS 系統(tǒng)性及功能等級的主要部件，它的性能好壞直接影響到整套 ABS 系統(tǒng)的控制效果，由它來控制 ABS 的執(zhí)行部件－壓力調節(jié)器，以決定輸出制動氣室內壓力的大小，進而決定制動力矩的大小。無論制動系統(tǒng)其它部件性能如何完好，一旦控制核心 ECU 出現(xiàn)了問題，則 ABS 系統(tǒng)的防抱制動性能將不會起到應有作用，有時甚至使制動效果惡化。因而在以后的 ABS 開發(fā)過程中ECU 應做為重點來開發(fā)，使 ABS 的性能能夠更好發(fā)揮利用。4 ABS 控制技術4.1 ABS 控制通道ABS 中能獨立進行制動壓力調節(jié)的管路稱控制通道，按照控制通道的數(shù)目，ABS 可以分為四通道式，三通道式，雙通道式和單通道式（圖 4.1） 。楊斌：汽車防抱死制動系統(tǒng) ABS研究- 24 -圖 4.1 ABS 控制通道 [13]（a）四通道式 （b）三通道式 （c）雙通道式 （d）單通道式1.轉速傳感器 2.壓力傳感器四通道式制造成本高，制動過程中容易產生橫擺力矩，ABS 采用這種布置方式的很少。雙通道式盡管制造成本低，但很難兼顧汽車對制動效能和方向穩(wěn)定性的要求，ABS 采用這種布置方式的也不多見。實際使用的 ABS 液壓系統(tǒng)以三通道式居多。三通道式的前輪有兩個獨立的控制通道，后輪則只有一個充分利用兩個全論的附著力，同時保證制動過程中的方向穩(wěn)定性。單通道式的控制通道一般不值在汽車的后橋上，其制造成本低，在一些輕型載貨車上有較廣泛的應用。4.2 ABS 控制方式ABS 控制通道有獨立控制，低選擇控制，高選擇控制，修正的獨立控制和智能選擇控制幾種控制方式。（1）獨立控制獨立控制室指每個車輪都有其專用的控制通道，與其他車輪無關，即一個輪速傳感器對應一個壓力控制閥。獨立控制能使每個車輪的制動力系數(shù)利用率達到最大值，以獲得最佳制動效果。但對于不對稱路面，由于制動力系數(shù)不同，使左右輪產生的路面制動力不同，導致汽車產生附加的橫擺力矩，使汽車難以控制。因此，獨立控制系統(tǒng)的制動距離短，但操縱性和方向穩(wěn)定性不太好，多山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)論文- 25 -用于中重型載貨車的后軸。（2）低選擇控制 低選擇控制是指一個車橋上的兩個車輪由一跳通道控制，即兩個輪速傳感器對應一個壓力控制閥。低選擇控制的制動壓力取決于先抱死的車輪，對于不對稱路面，即選擇制動力系數(shù)較低的一側車輪。低選擇控制使得左右車輪產生的制動力相同，減少或消除了橫擺和轉向力矩，提高了制動時的操縱穩(wěn)定性。但這種控制方式使得制動力系數(shù)較高的一側車輪的制動力系數(shù)得不到充分利用，使得制動距離加大。對于有著相同制動力系數(shù)的路面，地選擇控制和獨立控制的制動距離是相同的。（3）高選擇控制 高選擇控制也是一個車橋上的兩個車輪由一條通道控制，即兩個輪速傳感器對應一個壓力控制閥。但其選擇其中制動力系數(shù)較高的一側車輪進行控制，使制動力系數(shù)得到充分利用，制動距離短。對于制動力系數(shù)不對稱的路面，該控制方式會產生附加的橫擺力矩，降低制動時的方向穩(wěn)定性。（4）修正的獨立控制 修正的獨立控制和獨立控制一樣，每個輪速傳感器對應一個壓力控制閥。具體控制方式是：對一個車橋上的左，右輪中制動力系數(shù)低的一側車輪用獨立控制，制動力系數(shù)高的另一側按一定的比例以低于最大制動力系數(shù)利用率進行控制，或者使其控制壓力的建立時間退后一段。修正的獨立控制綜合了獨立控制和低選擇控制的優(yōu)點，其壓力控制閥的特殊運算法則使得左右車輪的制動壓力差控制在規(guī)定的范圍內，使橫擺力矩和轉向力矩限定在可以接受的水平內，保證有較好的操縱性和方向穩(wěn)定性，而制動距離與獨立控制相比只略有增加。修正的獨立控制 ABS常用于載重車的前軸。（5）智能選擇控制 智能選擇控制也是一個車橋上的兩個車輪由一條通道控制，即兩個輪速傳感器對應一個壓力控制閥。在控制方式上將高，低選擇控制有機地結合起來。當 ABS起作用時，智能選擇系統(tǒng)根據(jù)路面制動力系數(shù)和車輪運動狀態(tài)選擇控制方式。在左，右輪制動力系數(shù)相同的路面，選擇系統(tǒng)趨向于低選擇控制。對于左，右輪制動力系數(shù)不同的路面，當制動力低的一側其制動力系數(shù)相對較高時，楊斌：汽車防抱死制動系統(tǒng) ABS研究- 26 -選擇系統(tǒng)也趨向于低選擇控制；而其制動力系數(shù)相對較低時，選擇系統(tǒng)趨向于高選擇控制。4.3 ABS 控制方法4.3.1 邏輯門限值控制 這種控制方法是基于車輪角速度對制動力矩，制動力系數(shù)和滑移率的變化十分敏感，在制動過程中，車輪抱死總是出現(xiàn)在 dw/dt 相當發(fā)的時刻，因此可以預選一個角減速度門限值-a，當實際的角減速度超過此門限值是， ECU 發(fā)出指令，開始降低制動壓力使車輪得以加速旋轉；再選一個角加速度低門限值+a1，當車輪的角加速度達到此門限值時，ECU 發(fā)出指令，使制動壓力保持不變；當車輪的角加速度增大到高門限值+a2 時，又開始增大制動壓力，車輪做減速運動。所以可以采用一個輪速傳感器作為輸入信號，同時在 ECU 中設置合理的車輪角加，減速度門限值，實現(xiàn)防抱死制動的控制，這種方法稱為簡單邏輯門限值控制，其邏輯判定條件可以表示為dw/dt+a1 保壓，上一個是減壓過程；dw/dt>+a2 增壓，上一個是保壓過程。簡單邏輯門限值控制可以適應不同的路面特性，但當路面制動力系數(shù)發(fā)生突變時，系統(tǒng)不能快適應。此外，在初始和高速緊急制動情況下，有可能使防制動邏輯在后續(xù)的控制中失效，因此需要將角速度和滑移率這兩個門限結合起來，以識別不同的路況。目前，ABS 采用的基本上都是基于車輪加，減速度門限值及滑移率的控制方法。邏輯門限值控制具有控制簡單，計算量小，便于實現(xiàn)的優(yōu)點。目前已經在汽車上應用的 ABS 產品幾乎無一例外地采用該方法。邏輯門限值控制的缺點在于控制系統(tǒng)中的各種門限及保壓時間都是通過反復試驗得出，耗資巨大，產品開發(fā)周期長，而且從理論上講，在整個控制過程中車輪滑移率并不總是保持在最佳滑移率上，而是在它的移近波動，并未達到最佳的制動效果。4.3.2 PID 控制 為了進一步提高 ABS 的性能，研究人員正在致力于基于滑移率的控制系統(tǒng)山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)論文- 27 -研究。直接用滑移率作為控制目標容易實現(xiàn)連續(xù)控制，從而提高 ABS 在制動過程中的平順性，并最大限度地發(fā)揮它的制動性能。實現(xiàn)連續(xù)控制的最簡單算法是 PID（Proportional，Itegral and Derivative，即比例，幾份及微分控制，簡稱為 PID 控制）控制。圖 4.2為 ABS PID 控制的方框圖，從圖中可以看出，該方法將期望的滑移率 St 與實際滑移率 S 之差 es 定義為 PID 的輸入，由 PID 控制算法算出控制參數(shù)值（液壓制動系統(tǒng)的液壓或氣動制動系統(tǒng)的氣壓 P）反饋給制動系統(tǒng)，構成典型的反饋控制。PID 控制的難點在于 PID 參數(shù)的整定，一般結合具體的汽車用試湊的方法確定，只要 PID 參數(shù)選擇適當，就會得到較好的控制效果。圖 4.2 ABS 的 PID 控制 [13]4.3.3 模糊控制 模糊控制也是目前研究人員研究比較多的 ABS 控制方法之一。模糊控制通過模糊邏輯和近似推理方法，把人的經驗形式化，模糊化，使之成為計算機可以接受的控制模型。模糊控制是基于經驗規(guī)則的控制，與系統(tǒng)的模型無關，有很好的魯棒性和控制規(guī)則靈活性，控制規(guī)則符合人的思維規(guī)律，該控制方法是今后的發(fā)展方向。防抱死制動系統(tǒng) ABS 的模糊控制方框圖見圖 4.3其控制過程是：制動時由制動踏板輸出一個階躍輸入，而輸入給制動系統(tǒng)一個制動壓力設定值 Pt（液壓制動系統(tǒng)的液壓或氣壓制動系統(tǒng)的氣壓） ，進入求和模塊。另一個進入求和模塊的是來自模糊控制器的輸出變量 P，求和后輸出給私服系統(tǒng)的是實際給定系統(tǒng)的目標壓力值 Pe，通過限值模塊，輸入給制動系統(tǒng)（液壓制動系統(tǒng)或氣動伺服閥系統(tǒng)） ，求得系統(tǒng)的動態(tài)制動力矩，它輸入給車輛模糊控制器模塊，實際滑移率 S 與期望滑移率 St 構成誤差 es，由模糊控制算法算出控制壓力值 P 反饋給 制動系統(tǒng)。楊斌：汽車防抱死制動系統(tǒng) ABS研究- 28 -圖 4.3 ABS 的模糊控制 [13]4.4 ABS 控制過程如前所述，ABS 的控制方法很多，但實際使用的 ABS 主要采用邏輯門限值控制法，控制參數(shù)有：車輪角減（加）速度，車輪圓周減（加）速度，制動滑移率，汽車參考速度和汽車減速度等。下面以車輪圓周減（加）速度控制為例，詳細討論 ABS 的控制過程。圖 4.4 所示為 ABS 控制過程中汽車行駛速度 v，車輪圓周加速度 a，制動輪缸制動壓力 P 和電磁閥開關脈沖信號 mv 的變化曲線。圖中-a，+a1 和+a2 為車輪圓周減，加速度的三個門限值，-a 為圓周減速度門限值， +a1 和+a2 分別為圓周加速度低門限和高門限值。tFi 為濾波滯后時間，指車輪的圓周減速度達到門限值-a 到 ABS ECU 開始響應時的時間差，一般取為 20-50ms，目的是使ABS 對車輪運動狀態(tài)的變化不產生過敏的響應。tVe 為響應滯后時間，指從傳感器采集數(shù)據(jù)開始到電磁閥開關動作完成所需要的時間，包括輪速傳感器采集一次車輪角速度信號所需要的時間，ECU 對采集到的信號進行處理所需要的時間，電磁閥開啟或關閉所需要的時間等，總計為 10-15ms。山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)論文- 29 -圖 4.4 ABS 控制過程圖 [15]設汽車開始行駛在高制動力系數(shù)路面，其對應的滑移率一制動力系數(shù)特性曲線如圖 4.5中的曲線 1所示。緊急制動開始后，輪胎