汽車abs系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　汽車ABS系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文</p><p>　　題目：汽車ABS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　ABS (Anti-locked Braking System)系統(tǒng)可以顯著提高或改善汽車緊急制動(dòng)時(shí)的操控性和穩(wěn)定性，縮短了制動(dòng)距離，是目前汽車上制動(dòng)效果最佳的制動(dòng)裝置，并得到了

2、越來越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　本文以一汽大眾速騰汽車為研究對(duì)象，展開對(duì)汽車ABS系統(tǒng)的研究：</p><p>　　通過對(duì)單個(gè)車輪時(shí)的受力分析確定了影響車輪附著系數(shù)的主要因素；</p><p>　　通過對(duì)控制結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)了以INTEL公司生產(chǎn)的80C196KC單片機(jī)為核心的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，包括信號(hào)輸入電路、控制輸出電路、驅(qū)動(dòng)電路等硬件部分，并畫出電子線路圖；

3、</p><p>　　通過設(shè)計(jì)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，畫出液壓傳動(dòng)原理圖，以及系統(tǒng)圖；</p><p>　　經(jīng)比較各種控制方案，確定了“邏輯門限控制法”作為控制方案，并選用加速度和滑移率的組合作為控制參數(shù)。采用事件門限來計(jì)算車輪的轉(zhuǎn)速；</p><p>　　本文通過學(xué)習(xí)比較根據(jù)所學(xué)只是設(shè)計(jì)了ABS控制系統(tǒng)。從理論上實(shí)現(xiàn)了ABS的控制功能，完成了設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)過程中對(duì)汽車制動(dòng)

4、理論和制動(dòng)裝置有了較為深入的了解，擴(kuò)大了自己的知識(shí)面，自己解決問題的能力也得到了提高。</p><p>　　關(guān)鍵詞：防抱死制動(dòng)系統(tǒng) 電子控制單元 門限值滑移率 輪速傳感器 液壓傳動(dòng)控制統(tǒng)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　ABS (Anti-locked Braking System)

5、 system can significantly enhance or improve handling and stability during vehicle control emergency braking, shorter braking distance, braking effect is the best on the brakes, and has been more And more widely used.<

6、;/p><p>　　In this paper, FAW-Volkswagen Jetta cars as the research object, expand the ABS system of the car:</p><p>　　By the time the force analysis on a single wheel of the wheel friction coeffici

7、ent determined the main factors;</p><p>　　Through the analysis and design of the control structure produced by INTEL 80C196KC microcontroller as the core real-time control system, including the signal input

8、circuit, the control output circuit, drive circuit and other hardware parts, and draw circuit diagrams;</p><p>　　Through the design of the hydraulic control system, hydraulic schematic drawing, and the syste

9、m diagram;</p><p>　　The comparison of different control schemes to determine the "logic threshold control method" as the control program, and use a combination of acceleration and slip rate as the

10、control parameter. Threshold used to calculate the event the wheel speed.</p><p>　　By comparison study is designed according to the ABS control school system. Theoretically achieve the ABS control functions

11、to complete the design requirements. In the design process for automotive brake system with brake theory and deeper understanding and expand their knowledge, their problem-solving ability has been improved.</p>&l

12、t;p>　　Key words: Anti-lock braking system Electronic control unit Slip ratio threshold Wheel Speed ??Sensor Hydraulic control system</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘

13、 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 ABS防抱死控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢(shì)1</p><p>　　1.2.1 ABS系統(tǒng)發(fā)展概況1&

14、lt;/p><p>　　1.2.2 ABS系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)3</p><p>　　1.2.3 國內(nèi)ABS系統(tǒng)研究的理論狀態(tài)和具有代表的ABS產(chǎn)品公司4</p><p>　　1.3 本文主要研究任務(wù)5</p><p>　　第2章 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本原理6</p><p>　　2.1 汽車制動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)6</p>

15、;<p>　　2.1.1 制動(dòng)時(shí)汽車受力分析6</p><p>　　2.1.2 滑移率定義8</p><p>　　2.1.3 滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系8</p><p>　　2.2 汽車車輪抱死時(shí)運(yùn)動(dòng)情況10</p><p>　　2.3 制動(dòng)時(shí)車輪運(yùn)動(dòng)方程11</p><p>　　2.4 采用防抱

16、死制動(dòng)系統(tǒng)的必要性12</p><p>　　2.5 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本工作原理13</p><p>　　第3章 速騰汽車ABS系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.1 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的基本組成16</p><p>　　3.2 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式18</p><p>　　3.3 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速傳

17、感器選擇20</p><p>　　3.3.1 輪速傳感器的分類20</p><p>　　3.3.2 霍爾式傳感器的設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.4 電子控制單元設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.4.1 80C196KC最小系統(tǒng)簡(jiǎn)介23</p><p>　　3.4.2 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路設(shè)計(jì)25</

18、p><p>　　3.4.3 EPROM和RAM的擴(kuò)展26</p><p>　　3.5 ABS液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)27</p><p>　　3.6 電源設(shè)計(jì)28</p><p>　　3.7 信號(hào)輸入電路設(shè)計(jì)29</p><p>　　3.8 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路30</p><p>　　3.9 泵電機(jī)驅(qū)

19、動(dòng)電路的設(shè)計(jì)32</p><p>　　3.10 ABS系統(tǒng)報(bào)警LED燈設(shè)計(jì)33</p><p>　　3.11 故障診斷硬件電路設(shè)計(jì)34</p><p>　　3.12 硬件抗干擾設(shè)計(jì)35</p><p>　　第4章 速騰汽車ABS系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)36</p><p>　　4.1 控制方案和控制參數(shù)的選取37&l

20、t;/p><p>　　4.2 控制參數(shù)及其計(jì)算38</p><p>　　4.2.1 門限角減速度的求取38</p><p>　　4.2.2 門限角加速度的求取39</p><p>　　4.2.3 路面識(shí)別技術(shù)39</p><p>　　4.2.4 車身參考速度的確定40</p><p>　　

21、4.2 程序設(shè)計(jì)41</p><p>　　第5章 結(jié)論與展望43</p><p>　　5.1 研究工作總結(jié)43</p><p>　　5.2 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展方向43</p><p><b>　　致 謝45</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)46</b>

22、;</p><p><b>　　附 錄47</b></p><p><b>　　第1章?緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　汽車ABS系統(tǒng)是在車輛制動(dòng)過程中用來防止車輪抱死造成危險(xiǎn)，ABS系統(tǒng)是英文Anti-lock Br

23、ake System的縮寫，全文的意思是防抱死制動(dòng)系統(tǒng)。</p><p>　　凡駕駛過汽車的人都有這樣的經(jīng)歷：在積水的柏油路上或在冰雪路面緊急制動(dòng)時(shí)，汽車輕者會(huì)發(fā)生側(cè)滑，嚴(yán)重時(shí)會(huì)掉頭、甩尾，甚至產(chǎn)生劇烈旋轉(zhuǎn)；制動(dòng)力過大，將使車輪抱死，汽車方向失去控制后，若是彎道就有可能從路邊滑出或闖入對(duì)面車道，即使不是彎道也無法躲避障礙物，產(chǎn)生這些危險(xiǎn)狀況的原因在于汽車的車輪在制動(dòng)過程中產(chǎn)生抱死現(xiàn)象，此時(shí)，車輪相對(duì)于路

24、面的運(yùn)動(dòng)不再是滾動(dòng)，而是滑動(dòng)，路面作用在輪胎上的側(cè)滑摩擦力和縱向制動(dòng)力變得很小，路面越滑，車輪越容易?？傊?，汽車制動(dòng)時(shí)車輪如果抱死將使制動(dòng)效率下降，延長了制動(dòng)距離；輪胎過度磨損，產(chǎn)生“小平面”，甚至爆胎。</p><p>　　ABS防抱死制動(dòng)裝置就是為了防止上述缺陷發(fā)生而研制的裝置，它有以下幾點(diǎn)作用：</p><p>　　ABS的第一個(gè)作用是增加了汽車制動(dòng)時(shí)候的穩(wěn)定性。汽車制動(dòng)時(shí)，四個(gè)輪子

25、上的制動(dòng)力是不一樣的，如果汽車的前輪抱死，駕駛員就無法控制汽車的行駛方向，這是非常危險(xiǎn)的；倘若汽車的后輪先抱死，則會(huì)出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾，甚至使汽車整個(gè)掉頭等嚴(yán)重事故。ABS可以防止四個(gè)輪子制動(dòng)時(shí)被完全抱死，提高了汽車行駛的穩(wěn)定性。汽車生產(chǎn)廠家的研究數(shù)據(jù)表明，裝有ABS的車輛，可使因車論側(cè)滑引起的事故比例下降8%左右。</p><p>　　ABS的第二個(gè)作用是能縮短制動(dòng)距離。這是因?yàn)樵谕瑯泳o急制動(dòng)的情況下，ABS可以將

26、滑移率(汽車滑移距離與行駛比)控制在20%左右，即可獲得最大的縱向制動(dòng)力的結(jié)果。</p><p>　　ABS的第三個(gè)作用是改善了輪胎的磨損狀況，防止爆胎。事實(shí)上，車輪抱死會(huì)造成輪胎小平面磨損，輪胎面損耗會(huì)不均勻，使輪胎磨損消耗費(fèi)增加，嚴(yán)重時(shí)將無法繼續(xù)使用。因此，裝有ABS具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和安全保障。</p><p>　　另外，ABS使用方便，工作可靠。ABS的使用與普通制動(dòng)系統(tǒng)的使用幾乎

27、沒有區(qū)別，緊急制動(dòng)時(shí)只有把腳用力踏在制動(dòng)踏板上，ABS就會(huì)根據(jù)情況進(jìn)入工作狀態(tài)，即使雨雪路滑，ABS也會(huì)使制動(dòng)狀態(tài)保持在最佳點(diǎn)。ABS利用電腦控制車輪制動(dòng)力，可以充分發(fā)揮制動(dòng)器的效能，提高制動(dòng)減速度和縮短制動(dòng)距離，并能有效地提高車輛制動(dòng)的穩(wěn)定性，防止車輛側(cè)滑和甩尾，減少車禍?zhǔn)鹿实陌l(fā)生，因此被認(rèn)為是當(dāng)前提高汽車行駛安全性的有效措施。目前ABS已經(jīng)在國內(nèi)外中高級(jí)轎和客車上得到了廣泛使用。</p><p>　　1.2

28、ABS防抱死控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　1.2.1 ABS系統(tǒng)發(fā)展概況</p><p>　　ABS裝置最早應(yīng)用在飛機(jī)和火車上，而在汽車上的應(yīng)用比較晚。鐵路機(jī)車在制動(dòng)時(shí)如果制動(dòng)強(qiáng)度過大，車輪就會(huì)很容易抱死在平滑的軌道上滑行。1908年英國工程師J. E. Francis提出了“鐵路車輛車輪抱死滑動(dòng)控制器”理論，但卻無法將它實(shí)用化。接下來的30年中，包括Karl Wess

29、el的“剎車力控制器”、Werner Mhl的“液壓剎車安全裝置”與Richard Trappe的“車輪抱死防止器”等嘗試都宣告失敗。在1941年出版的《汽車科技手冊(cè)》中寫到：“到現(xiàn)在為止，任何通過機(jī)械裝置防止車輪抱死危險(xiǎn)的嘗試皆尚未成功，當(dāng)這項(xiàng)裝置成功的那一天，即是交通安全史上的一個(gè)重要里程碑”，可惜該書的作者恐怕沒想到這一天竟還要再等30年之久。</p><p>　　當(dāng)時(shí)開發(fā)剎車防抱死裝置的技術(shù)瓶頸是什么？首

30、先該裝置需要一套系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎速度變化量并立即通過液壓系統(tǒng)調(diào)整剎車壓力大小，在那個(gè)沒有集成電路與計(jì)算機(jī)的年代，沒有任何機(jī)械裝置能夠達(dá)成如此敏捷的反應(yīng)。等到ABS系統(tǒng)的誕生露出一線曙光時(shí)，已經(jīng)是半導(dǎo)體技術(shù)有了初步規(guī)模的1960年代早期。</p><p>　　精于汽車電子系統(tǒng)的德國公司Bosch(博世)研發(fā)ABS系統(tǒng)的起源要追溯到1936年，當(dāng)年Bosch申請(qǐng)“機(jī)動(dòng)車輛防止剎車抱死裝置”的專利。1964年(也是集成

31、電路誕生的一年)Bosch公司再度開始ABS的研發(fā)計(jì)劃，最后有了“通過電子裝置控制來防止車輪抱死是可行的”結(jié)論，這是ABS(Antilock Braking System)名詞在歷史上第一次出現(xiàn)！世界上第一個(gè)ABS原型機(jī)于1966年出現(xiàn)，向世人證明“縮短剎車距離”并非不可能完成的任務(wù)。因?yàn)橥度氲馁Y金過于龐大，ABS初期的應(yīng)用僅限于鐵路車輛或航空器。</p><p>　　圖1-1 BOCSH防抱死控制系統(tǒng)</

32、p><p>　　Teldix GmbH公司從1970年和奔馳車廠合作開發(fā)出第一具用于道路車輛的原型機(jī)--ABS 1，該系統(tǒng)已具備量產(chǎn)基礎(chǔ)，但可靠性不足，而且控制單元內(nèi)的組件超過1000個(gè)，不但成本高也很容易發(fā)生故障。1973年Bosch公司購得50％的Teldix GmbH公司股權(quán)及ABS領(lǐng)域的研發(fā)成果，1975年AEG、Teldix與Bosch達(dá)成協(xié)議，將ABS系統(tǒng)的開發(fā)計(jì)劃完全委托Bosch公司整合執(zhí)行?！癆BS

33、 2”在3年的努力后誕生！有別于ABS 1采用模擬式電子組件，ABS 2系統(tǒng)完全以數(shù)字式組件進(jìn)行設(shè)計(jì)，不但控制單元內(nèi)組件數(shù)目從1000個(gè)銳減到140個(gè)，而且有造價(jià)降低、可靠性大幅提升與運(yùn)算速度明顯加快的三大優(yōu)勢(shì)。兩家德國車廠奔馳與寶馬于1978年底決定將ABS 2這項(xiàng)高科技系統(tǒng)裝置在S級(jí)及7系列車款上。</p><p>　　在誕生的前3年中，ABS系統(tǒng)都苦于成本過于高昂而無法開拓市場(chǎng)。從1978到1980年底，B

34、osch公司總共才售出24000套ABS系統(tǒng)。所幸第二年即成長到76000套。受到市場(chǎng)上的正面響應(yīng)，Bosch開始TCS循跡控制系統(tǒng)的研發(fā)計(jì)劃。1983年推出的ABS 2S系統(tǒng)重量由5.5公斤減輕到4.3公斤，控制組件也減少到70個(gè)。從此以后，歐美日許多的制動(dòng)器專業(yè)公司和汽車公司相繼開始了各式各樣的ABS系統(tǒng)的研發(fā)。到了1985年代中期，全球新出廠車輛安裝ABS系統(tǒng)的比例首次超過1％。</p><p>　　1.2

35、.2 ABS系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　ABS 技術(shù)雖然在20世紀(jì)90年代初期就已成熟，但隨著電子技術(shù)和汽車技術(shù)的快速發(fā)展，ABS 技術(shù)也得到了不斷完善。今后，ABS 技術(shù)將沿以下幾個(gè)方面繼續(xù)發(fā)展。</p><p>　　1.2.2.1 ABS本身控制技術(shù)的提高</p><p>　　現(xiàn)代制動(dòng)防抱死裝置多是電子計(jì)算機(jī)控制，這也反映了現(xiàn)代汽車制動(dòng)系向電子化方向發(fā)展。

36、基于滑移率的控制算法容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，且有十分明確的理論加以指導(dǎo)，但目前制約其發(fā)展的瓶頸主要是實(shí)現(xiàn)的成本問題。隨著體積更小、價(jià)格更便宜、可靠性更高的車速傳感器的出現(xiàn)，ABS系統(tǒng)中增加車速傳感器成為可能，確定車輪滑移率將變得準(zhǔn)確而快速。全電制動(dòng)控制系統(tǒng)BBW (Brake-By-Wire)是未來制動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。它不同于傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)，其傳遞的是電，而不是液壓油或壓縮空氣，可以省略許多管路和傳感器，縮短制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間，維護(hù)簡(jiǎn)單，易

37、于改進(jìn)，為未來的車輛智能控制提供條件。但是，它還有不少問題需要解決，如驅(qū)動(dòng)能源問題，控制系統(tǒng)失效處理，抗干擾處理等。</p><p>　　1.2.2.2 防滑控制系統(tǒng)</p><p>　　防滑控制系統(tǒng)ASR (Acceleration Slip Regulation)或稱為牽引力控制系統(tǒng)TCS(Traction Control System)是在驅(qū)動(dòng)時(shí)防止車輪打滑，使車輪獲得最大限度的驅(qū)動(dòng)

38、力，并具有行駛穩(wěn)定性，減少輪胎磨損和發(fā)動(dòng)機(jī)的功耗，增加有效的驅(qū)動(dòng)牽引力。防滑控制系統(tǒng)包括兩部分:制動(dòng)防滑與發(fā)動(dòng)機(jī)牽引力控制。制動(dòng)部分是當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪 (后輪)在低附著系數(shù)路面工作時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)力過大，則產(chǎn)生打滑，當(dāng)ASR制動(dòng)部分工作時(shí)，通過傳感器將非驅(qū)動(dòng)輪及驅(qū)動(dòng)輪的輪速信號(hào)采集到控制器中，控制器根據(jù)輪速信號(hào)計(jì)算出驅(qū)動(dòng)車輪滑移率及車輪減、加速度，當(dāng)滑移率或減、加速度超過某一設(shè)定閥值時(shí)，則控制器打開開關(guān)閥，氣壓由儲(chǔ)氣筒直接進(jìn)入制動(dòng)氣室進(jìn)行制動(dòng)，由于

39、三通單向閥的作用氣壓只能進(jìn)入打滑驅(qū)動(dòng)輪的制動(dòng)氣室，在低附著系數(shù)路面上制動(dòng)時(shí)，輪速對(duì)壓力十分敏感，壓力稍稍過大，車輪就會(huì)抱死。</p><p>　　1.2.2.3 電子控制制動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　由于ass在功能方面存在許多缺陷，如氣壓系統(tǒng)的滯后，主車與接車制動(dòng)相容性問題等。為改善這些，出現(xiàn)了電子制動(dòng)控制系統(tǒng)EBS (Electronics Break System)它是將氣壓傳動(dòng)改為

40、電線傳動(dòng)，縮短了制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間。最重要的特點(diǎn)是各個(gè)車輪上制動(dòng)力可以獨(dú)立控制?？刂茝?qiáng)度則由司機(jī)踏板位移信號(hào)的大小來決定，由壓力調(diào)節(jié)閥、氣壓傳感器及控制器構(gòu)成閉環(huán)的連續(xù)壓力控制，這樣可以在外環(huán)形成一個(gè)控制回路，來實(shí)現(xiàn)各種控制功能，如制動(dòng)力分布控制、減速控制、牽引車與掛車處合力控制等。</p><p>　　1.2.2.4 車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)</p><p>　　車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)VDC(Vehic

41、le Dynamics Control)是在ABS的基礎(chǔ)上通過測(cè)量方向盤轉(zhuǎn)角、橫擺角速度和側(cè)向加速度對(duì)車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行控制。VDC系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向角、油門、制動(dòng)壓力，通過觀測(cè)器決定出車輛應(yīng)具有的名義運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。同時(shí)由輪速、橫擺角速度和側(cè)向加速度傳感器測(cè)出車輛的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。名義狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)的差值即為控制的狀態(tài)變量，控制的目的就是使這種差值達(dá)到最小，實(shí)現(xiàn)的方法則是利用車輪滑移率特性。車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)目的是改善車輛操縱的穩(wěn)定性，它可以在車輛

42、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處于危險(xiǎn)狀態(tài)下自動(dòng)進(jìn)行控制。其主要作用就是通過控制車輛的橫向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使車輛處于穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使人能夠更容易地操縱車輛。</p><p>　　1.2.2.5 ABS/ASR與自動(dòng)巡航系統(tǒng)(ACC)集成</p><p>　　自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)(ACC)的目的是在巡航行駛時(shí)自動(dòng)把車速限制在一個(gè)設(shè)定的速度，并且能夠根據(jù)前方車輛的行駛善，自動(dòng)施加制動(dòng)或加速使其保持在一定的安全距離內(nèi)行駛。在

43、遇到障礙物時(shí)，可以自動(dòng)施加制動(dòng)，把車速調(diào)整到安全范圍內(nèi)。由于ABS/ASR 和ACC都要用到相同的輪速采集系統(tǒng)，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置以及發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力矩調(diào)節(jié)裝置，因此ABS/ASR/ACC集成化系統(tǒng)，不僅可以大大降低成本，而且可以提高汽車的整體安全性能</p><p>　　1.2.2.6 控制系統(tǒng)總線技術(shù)</p><p>　　隨著汽車技術(shù)科技含量的不斷增加，必然造成龐大的布線系統(tǒng)。因此，需要采用

44、總線結(jié)構(gòu)將各個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源信息實(shí)時(shí)共享，并可以減少傳感器數(shù)量，從而降低整車成本，朝著系統(tǒng)集成化的方向發(fā)展。目前多使用CAN控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network)用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。</p><p>　　1.2.3 國內(nèi)ABS系統(tǒng)研究的理論狀態(tài)和具有代表的ABS產(chǎn)品公司</p><p>　　我國ABS的研究始于20世紀(jì)80年

45、代初，隨著我國市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展及汽車保有量和車速的不斷提高，行車安全問題變得越來越突出。ABS系統(tǒng)的研究在我國成為熱門課題，許多髙校、科研單位和生產(chǎn)廠家正在加快研究攻關(guān)和技術(shù)引進(jìn)步伐。國內(nèi)研制ABS的單位主要有東風(fēng)汽車公司、交通部重慶公路研究所、重慶宏安ABS有限公司、陜西興平514廠、西安公路學(xué)院、清華大學(xué)、西安艾韋機(jī)電科技公司等單位和部門。東風(fēng)公司從80年 代初就開始研究旭3，是較早研究ABS的廠家之一，現(xiàn)研究工作的主要目標(biāo)是對(duì)國

46、 外的產(chǎn)品進(jìn)行消化吸收。重慶公路研究所相繼開發(fā)出了兩代ABS產(chǎn)品，第一代ABS的ECU采用了280芯片。第二代ABS產(chǎn)品為FKX-ACI型，該裝置的ECU中的CPU微處理器采用了美國INTEL公司的MCS-96系列8098單片機(jī)。我國前己著手制定有關(guān)車輛安全性方面的法規(guī)，并決定首先在重型汽車和大客車上安裝ABS系統(tǒng)。</p><p>　　清華大學(xué)和浙江亞太等承擔(dān)的汽車液壓防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)“九五”國家科技攻

47、關(guān)課題，在ABS控制理論與方法、電子控制單元、液壓控制單元、開發(fā)裝置和匹配方法等關(guān)鍵技術(shù)方面均取得了重大成果。采用的耗散功率理論，避免了傳統(tǒng)的邏輯門限值研究方法的局限性，取得了理論上的突破，研發(fā)ABS成功且進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化、批量生產(chǎn)階段。其試樣在南京IVECO輕型客車上匹配使用全面達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)(GB12676-1999)和歐洲法規(guī)EECR13的要求。這對(duì)振興我國汽車工業(yè)與汽車零部件業(yè)具有劃時(shí)代意義，標(biāo)志著我國汽車液壓ABS 國產(chǎn)化已邁出堅(jiān)實(shí)

48、的一步。國內(nèi)液壓ABS技術(shù)含量與國外雖有一定的差距，但在政府的大力支持和國內(nèi)豐富的人力資源配合下，相信國內(nèi)可以在較短的時(shí)間內(nèi)在ABS技術(shù)某些領(lǐng)域達(dá)到國際水平。</p><p>　　1.3 本文主要研究任務(wù)</p><p>　　根據(jù)速騰汽車的主要技術(shù)參數(shù)，給出了相應(yīng)的ABS設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了初步試驗(yàn)，理論和試驗(yàn)結(jié)果都表明，此設(shè)計(jì)方案能夠?qū)⑵囋谥苿?dòng)時(shí)車輪的滑移率限制在一定范圍之內(nèi)，避免車輪抱

49、死，滿足了控制耍求。</p><p>　　第二章首先給出了汽車防抱死系統(tǒng)工作原理，分析了ABS制動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)、附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系曲線;通過本章對(duì)ABS制動(dòng)系統(tǒng)主耍組成部分的原理和模型進(jìn)行的研究，對(duì)ABS的工作原理有一個(gè)初步的了解。</p><p>　　第三章對(duì)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS的電子控制單元ECU的硬件電路和故障診斷電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。對(duì)所選用的器件和電路進(jìn)行了分析。實(shí)踐表明，控制電路能

50、夠滿足ABS的實(shí)時(shí)性控制要求，故障診斷電路能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)出元器件故障，為維修人員提供便利。</p><p>　　第四章對(duì)基于角加減速度和滑移率門限值控制策略進(jìn)行了深入研究，該方案能夠滿足設(shè)計(jì)精度，并且成本較低。給出了控制系統(tǒng)流程圖，并在模擬試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)。</p><p>　　第五章對(duì)研究工作進(jìn)行總結(jié)，展望未來ABS系統(tǒng)的發(fā)展方向。</p><p>　　第2章 防

51、抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本原理</p><p>　　ABS系統(tǒng)能夠通過控制制動(dòng)過程中車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使車輪不產(chǎn)生抱死，保證汽車制動(dòng)時(shí)處于最佳的制動(dòng)狀態(tài)，即保持方向穩(wěn)定性、方向操縱性和縮短制動(dòng)距離。所以要對(duì)ABS系統(tǒng)進(jìn)行研究，就必須先了解汽車制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)特性。</p><p>　　2.1 汽車制動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)</p><p>　　2.1.1 制動(dòng)時(shí)汽車受力分析</p>

52、<p>　　汽車在制動(dòng)的過程中主要受到地面給汽車的作用力、風(fēng)的阻力和自身重力的作用。汽車在直線行駛并受橫向外界干擾力作用和汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受到地面給汽車的力如圖(2-1)所示。其中Fx為地面作用在每個(gè)車輪上的地面制動(dòng)力，其大小取決于路面的縱向附著系數(shù)和車輪所受的載荷。所有車輪上所受地面制動(dòng)力的總和作為地面給汽車的總的地面制動(dòng)力，他是使汽車在制動(dòng)時(shí)減速并停止的主要作用力。Fy為地面作用在每個(gè)車輪上的側(cè)滑摩擦力，側(cè)滑摩擦力的大小取決

53、于側(cè)向附著系數(shù)和車輪所受的載荷，當(dāng)車輪抱死時(shí)，側(cè)滑摩擦力將變得很小，幾乎為零。汽車直線制動(dòng)時(shí)，若受到橫向干擾力的作用，如橫向風(fēng)力或路面不平，汽車將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力來保持汽車的直線行駛方向，如圖2-1(a)所示。若汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)制動(dòng)或在制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)彎，也將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力使汽車能夠轉(zhuǎn)向，如圖2-1 (b)所示。地面制動(dòng)力決定制動(dòng)距離的長短，側(cè)滑摩擦力則決定了汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。這里將作用在前輪上的側(cè)滑摩擦力稱為轉(zhuǎn)彎力，將作用在后輪上的側(cè)滑摩擦力

54、稱為側(cè)向力。轉(zhuǎn)彎力和汽車的方向操縱性有關(guān)，它保證了汽車能夠按照駕駛員的意愿轉(zhuǎn)向；側(cè)向力和汽車的方向穩(wěn)定性有關(guān)，它保證了汽車的行進(jìn)方向。轉(zhuǎn)彎力越大</p><p>　　圖2-1 汽車直線和轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)的平面受力簡(jiǎn)圖</p><p>　　汽車單車輪在良好的硬路面上制動(dòng)時(shí)受力狀況如圖(2-2)所示。圖中Tµ是制動(dòng)器制動(dòng)盤與制動(dòng)鉗之間的摩擦力矩；Fxb是輪胎與地面之間作用的地面制動(dòng)力；G是

55、汽車車體作用于車輪的垂直載荷；Ft是車軸作用于車輪的推力；N是地面對(duì)車輪的法向反作用力；ν是車體速度；ω是車輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；r是車輪半徑。</p><p>　　圖2-2 單個(gè)車輪在制動(dòng)時(shí)的受力分析</p><p>　　若定義制動(dòng)器制動(dòng)力Fµ為作用于車輪周緣上克服制動(dòng)器摩擦力矩Tµ所需要的力，則：</p><p><b>　　(2-1)&l

56、t;/b></p><p>　　制動(dòng)器制動(dòng)力僅由制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定，其大小取決于制動(dòng)器的形式、結(jié)構(gòu)尺寸、制動(dòng)器摩擦副的摩擦系數(shù)以及車輪半徑。通常制動(dòng)器制動(dòng)力與制動(dòng)踏板力，即制動(dòng)系的液壓或氣壓成正比。</p><p>　　真正直接使汽車減速停止的外力是路面作用于車輪輪胎上的路面制動(dòng)力，路面制動(dòng)力取決于制動(dòng)器制動(dòng)力及車輪輪胎與路面間的摩擦力。輪胎與路面間的最大摩擦力稱為路面附著力F。&

57、lt;/p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　式中 – –車輪輪胎與路面之間的摩擦系數(shù)，通常稱為附著系數(shù)。</p><p>　　制動(dòng)器制動(dòng)力是生成路面制動(dòng)力的源泉，路面制動(dòng)力的大小，首先取決于制動(dòng)器制動(dòng)力，只有足夠的制動(dòng)器制動(dòng)力才能產(chǎn)生足夠的路面制動(dòng)力。但是，路面制動(dòng)力的最大值受車輪與路面間的摩擦力的限制，不可能大于路面附

58、著力。路面制動(dòng)力、制動(dòng)器制動(dòng)力及路面附著力的關(guān)系如圖(2-3)所示。</p><p>　　從圖中可見，當(dāng)制動(dòng)管路壓力P或制動(dòng)踏板力Fp較小，未達(dá)到某一極限值時(shí)，制動(dòng)器摩擦力矩不大，路面與輪胎間的摩擦力(路面制動(dòng)力)足以克服制動(dòng)器摩擦力矩而使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)路面制動(dòng)力的值與制動(dòng)器制動(dòng)力的值相等，且隨制動(dòng)踏板力的增長成正比地增長。當(dāng)制動(dòng)系管路壓力P上升到某一足夠大的值時(shí)，路面制動(dòng)力達(dá)到路面最大附著力，汽車車輪即抱死停轉(zhuǎn)

59、而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象，且路面制動(dòng)力路面附著力之間的關(guān)系動(dòng)力不再增加，但制動(dòng)器制動(dòng)力隨著制動(dòng)踏板力或制動(dòng)系統(tǒng)壓力的增加而繼續(xù)增大。</p><p>　　由此可知，汽車的地面制動(dòng)力首先取決于制動(dòng)器制動(dòng)力，但同時(shí)又受地面附著條件的限制。只有當(dāng)汽車具有足夠的制動(dòng)器制動(dòng)力，同時(shí)又能提供高的附著力時(shí)，才能獲得足夠的路面制動(dòng)力，保證較高的制動(dòng)效果。</p><p>　　圖2-3 路面制動(dòng)力、制動(dòng)器制動(dòng)力及路面

60、附著力之間的關(guān)系</p><p>　　2.1.2 滑移率定義</p><p>　　如果制動(dòng)系制動(dòng)力小于輪胎一道路附著力，則汽車制動(dòng)時(shí)會(huì)保持穩(wěn)定狀態(tài)；反之，如果制動(dòng)系制動(dòng)力大于輪胎一道路附著力，則汽車制動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)車輪抱死和滑移。由于地面制動(dòng)力受地面附著系數(shù)的制約，當(dāng)制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)系制動(dòng)力增大到一定值(大于附著力)時(shí)，汽車輪胎將在地面上出現(xiàn)滑移?；扑俣?實(shí)際車速與車輪滾動(dòng)的圓周速度之間的差

61、值)與實(shí)際車速的比值，即滑移率。</p><p>　　滑移率S的定義式為:</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　式中 S– –滑移率；</p><p>　　Vω– –汽車的理論速度或車輪中心的速度(m/s)；</p><p>　　ω– –汽車車輪的角速度(rad/s

62、)；</p><p>　　r– –汽車車輪的滾動(dòng)半徑(m)。</p><p>　　由上式可知:當(dāng)車輪中心的速度(即汽車的實(shí)際車速)Vt等于車輪的角速度ω和車輪滾動(dòng)半徑r乘積時(shí)，滑移率為零(S=0)，車輪為純滾動(dòng)；當(dāng)ω=0時(shí)，S=100%，車輪完全抱死而作純滑動(dòng)；當(dāng)0<S<100%時(shí)，車輪既滾動(dòng)又滑動(dòng)。</p><p>　　2.1.3 滑移率與附著系數(shù)的關(guān)

63、系</p><p>　　圖2-4給出車輪與路面縱向附著系數(shù)和橫向附著系數(shù)隨滑移率變化的典型曲線。當(dāng)輪胎純滾動(dòng)時(shí)，縱向附著系數(shù)為零；當(dāng)滑移率為15%～30%時(shí)，縱向附著數(shù)達(dá)到峰值；當(dāng)滑移率繼續(xù)增大，縱向附著系數(shù)持續(xù)下降，直到車輪抱死(S=100%)，縱向附著系數(shù)降到一個(gè)較低值。另外，隨著滑移率增大，橫向附著系數(shù)急劇下降，當(dāng)車輪抱死時(shí)，橫向附著系數(shù)幾乎為零。從圖中可以看出，如果能將車輪滑移率控制在15%～30%的范圍

64、內(nèi)，則既可以使縱向附著系數(shù)接近峰值，同時(shí)又可以兼顧到較大的側(cè)向附著系數(shù)。這樣，汽車就能獲得最佳的制動(dòng)效能和方向穩(wěn)定性。</p><p>　　圖2-4 滑移率與附著系數(shù)關(guān)系曲線 圖2-5 不同路面縱向橫向附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系曲線</p><p>　　實(shí)驗(yàn)證明，道路的附著系數(shù)受車輪結(jié)構(gòu)、材料、道路表面形狀、材料有關(guān)。不同性質(zhì)道路其附著系數(shù)變化很大。圖(2-5)給出了不同類型路面上滑

65、移率與附著系數(shù)之間的關(guān)系。 由圖(2-5)可以看出，各種路面上的變化的總體趨勢(shì)是一致的?；坡屎透街禂?shù)之間的關(guān)系曲線隨路面類型的不同，出現(xiàn)峰值的滑移率的取值也會(huì)不一樣，并且對(duì)應(yīng)不同路面類型的滑移率一縱向附著系數(shù)曲線在峰值附著系數(shù)后曲線下降的速度也不相同，在干燥的路面上下降的快些，在濕滑的路面上略微有些下降。一般干燥潔凈的平整水泥、瀝青路面縱向峰值附著系數(shù)高達(dá)0.8～0.9，而冰雪路面的縱向峰值附著系數(shù)低至0.1～0.2。如果這種

66、差別隨路面類型的不同變化比較明顯，則在設(shè)計(jì)ABS系統(tǒng)控制方法時(shí)，就必須考慮到隨路面類型的不同而采取不同的控制目標(biāo)和策略。若汽車在同一種類型路面上制動(dòng)時(shí)的初速度不一樣，車輪的縱向附著系數(shù)和滑移率之間的關(guān)系曲線也會(huì)略有不同，制動(dòng)時(shí)的車速越高，車輪的縱向附著系數(shù)越低。但在同一路面上以不同制動(dòng)初速度制動(dòng)時(shí)車輪的附著系數(shù)一滑移率關(guān)系曲線不會(huì)有太大變化。</p><p>　　總之，對(duì)于在一種路面上制動(dòng)的汽車，車輪附著系數(shù)和滑

67、移率之間的非線性特性是決定汽車制動(dòng)性能的主要因素。實(shí)際上，汽車的制動(dòng)過程就是車輪和路面之間的一種非線性變化過程，即車輪附著系數(shù)隨車輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)非線性變化的過程，所以說汽車的制動(dòng)過程是一種非線性的制動(dòng)過程。制動(dòng)時(shí)汽車通過制動(dòng)系統(tǒng)改變車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而改變車輪的滑移率，形成整個(gè)非線性的制動(dòng)過程。本設(shè)計(jì)主要研究縱向附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系，以下將縱向附著系數(shù)簡(jiǎn)稱為附著系數(shù)。</p><p>　　2.2 汽車車輪抱死時(shí)運(yùn)動(dòng)

68、情況</p><p>　　車輪抱死時(shí)汽車所受到的側(cè)滑摩擦力將會(huì)變的很小，這將使汽車制動(dòng)時(shí)保持方向操縱性和方向穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)彎力和側(cè)向力變的很小，使汽車在制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)一些危險(xiǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。對(duì)ABS系統(tǒng)來說，就是要防止這些危險(xiǎn)情況的出現(xiàn)。下面從汽車在一種路面上直線和轉(zhuǎn)彎制動(dòng)兩方面簡(jiǎn)單討論一下當(dāng)車輪抱死時(shí)汽車的運(yùn)動(dòng)情況。</p><p>　　圖2-6 汽車直線制動(dòng)車輪抱死時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況 圖2-7

69、汽車轉(zhuǎn)彎制動(dòng)車輪抱死時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況</p><p>　　(1)汽車在一種路面上直線運(yùn)動(dòng)制動(dòng)車輪抱死時(shí)可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)情況如圖2-6所示。圖2-6(a)為只有前輪抱死時(shí)，由于前輪的轉(zhuǎn)彎力基本為零，無法進(jìn)行正常的轉(zhuǎn)向操作。駕駛員無法控制汽車的方向使汽車轉(zhuǎn)向來避讓前方的障礙物，這時(shí)由于汽車后輪不抱死，所以汽車仍具有側(cè)向力來維持方向穩(wěn)定性。圖2-6(b)為只有后輪抱死時(shí)，后輪的側(cè)向力接近于零，汽車仍具有方向操縱性，但會(huì)因后輪

70、抱死而失去方向穩(wěn)定性使汽車側(cè)滑。汽車不能保持原來的行駛方向，由于離心力和前輪轉(zhuǎn)向力的作用，汽車將一面旋轉(zhuǎn)一面沿曲線行駛(這種運(yùn)動(dòng)叫外旋轉(zhuǎn))。圖2-6(c)為前后車輪全部抱死時(shí)時(shí)轉(zhuǎn)彎力和側(cè)向力都為零，這種狀態(tài)很不穩(wěn)定，路面不均勻、左右輪地面制動(dòng)力不相等時(shí)，即使對(duì)汽車施加很小的偏轉(zhuǎn)力矩，汽車就會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而處于危險(xiǎn)狀態(tài)，在不規(guī)則旋轉(zhuǎn)的過程中將制動(dòng)釋放，汽車就會(huì)沿著瞬時(shí)行駛方向急速駛出，這也是很危險(xiǎn)的。</p><p&

71、gt;　　(2)汽車在一種路面上轉(zhuǎn)彎制動(dòng)車輪抱死時(shí)可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)情況如圖2-7所示。所有這些運(yùn)動(dòng)情況若在制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)，都是極其危險(xiǎn)的。</p><p>　　從上面對(duì)出現(xiàn)這些危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)情況的簡(jiǎn)單分析可以看出，制動(dòng)時(shí)車輪抱死導(dǎo)致汽車出現(xiàn)各種危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)情況，實(shí)質(zhì)上是汽車因失去相應(yīng)的維持本身方向穩(wěn)定性方向操縱性的側(cè)滑摩擦力而使汽車出現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)情況，即車輪抱死導(dǎo)致汽車的側(cè)滑摩擦力為零。車輪的抱死程度和汽車的地面制動(dòng)力及汽車的側(cè)滑

72、摩擦力之間存在一定的關(guān)系，ABS之所以能防止汽車制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)危險(xiǎn)的運(yùn)動(dòng)情況，就是根據(jù)這個(gè)關(guān)系來調(diào)整車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。</p><p>　　2.3 制動(dòng)時(shí)車輪運(yùn)動(dòng)方程</p><p>　　由圖(2-2)和圖(2-8)知，制動(dòng)車輪軸和支撐力N平衡，該轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J,制動(dòng)力力矩Tμ通常與時(shí)間成正比系數(shù)K。忽略空氣阻力和滾動(dòng)阻力，則可列出微分方程如下：</p><p><b

73、>　　(2-4)</b></p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　汽車慣性力 (2-6)</p><p>　　對(duì)后輪接力點(diǎn)取力矩 (2-7)</p><p>

74、;　　前軸載荷 (2-8)</p><p>　　后軸載荷 (2-9)</p><p>　　制動(dòng)時(shí)附加轉(zhuǎn)向力矩 (2-10)</p><p>　

75、　瞬時(shí)車速 (2-11)</p><p>　　式中 m– –汽車質(zhì)量(Kg)；</p><p>　　G– –汽車重力(N)；</p><p>　　g– –重力加速度(m/s)；</p><p>　　L– –汽車軸距(mm)；</p>&

76、lt;p>　　B– –汽車輪距(mm)；</p><p>　　hg– –汽車質(zhì)心高度(mm)；</p><p>　　a– –汽車質(zhì)心至前軸中心線距離(mm)；</p><p>　　b– –汽車質(zhì)心至后軸中心線距離(mm)；</p><p>　　dω/dt– –汽車制動(dòng)減速度(m/s)；</p><p>　　Fxb

77、1﹑Fxb2﹑Fxa1﹑Fxa2– –分別為左側(cè)前后輪制動(dòng)力，右側(cè)前后輪制動(dòng)力。</p><p>　　圖2-8 汽車制動(dòng)時(shí)受力分析</p><p>　　從式(2-4)可以使車輪角減速度產(chǎn)生變化:從式(2-11)計(jì)算制動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)車速V，可計(jì)算各車輪滑移率，從式(2-8)和(2-9)及各軸載荷可以判斷道路附著系數(shù)，并進(jìn)行調(diào)節(jié)，故知ABS可以用dω/dt(角加速度)或滑移率S,或滑移率與角加速度

78、聯(lián)合作為控制參數(shù)。</p><p>　　2.4 采用防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的必要性</p><p>　　汽車直線行駛過程中，突然緊急制動(dòng)，汽車車輪一下子抱死，汽車仍然向前行滑，輪胎和地面之間發(fā)出嚇人的摩擦聲，汽車最后終于停了下來。在日常生活中，大家都可能遇到過這種現(xiàn)象。如果汽車發(fā)生交通事故，交通警察來了之后首先總是檢查一下汽車制動(dòng)痕跡，判斷司機(jī)在事故中是否采取了制動(dòng)措施。然后再測(cè)量一下制動(dòng)距離，看

79、一看該車制動(dòng)效果好不好。當(dāng)輪胎的滑移率在8%～25%時(shí)，輪胎和她面的摩擦力(附著力)最大。如果輪胎的滑移率過大的話，附著力反而要降低。如果司機(jī)能控制輪胎的滑移率，使其在制動(dòng)期間始終處于8%～25%范圍之內(nèi)，汽車將在更短的制動(dòng)距離內(nèi)停車。</p><p>　　當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，如果汽車緊急制動(dòng)的話，和直線行駛一樣會(huì)出現(xiàn)車輪抱死現(xiàn)象。汽車輪胎出現(xiàn)側(cè)向滑動(dòng)，汽車喪夫了控制方向的能力，這是十分危險(xiǎn)的。汽車的側(cè)向附著力和制動(dòng)力

80、之間的關(guān)系十分緊密。在不制動(dòng)的時(shí)候，輪胎前后方向的滑動(dòng)為零，這時(shí)車輪側(cè)向附著力最大。司機(jī)踏動(dòng)制動(dòng)踏板，隨著制動(dòng)力的加大，輪胎的滑移率增加，側(cè)向附著力逐漸減速小。最后，當(dāng)輪胎的滑移率達(dá)到100%時(shí)，輪胎抱死。這樣汽車的側(cè)向附著力幾乎等于零。此時(shí)汽車正在轉(zhuǎn)彎中，輪胎開始出現(xiàn)側(cè)向滑動(dòng)。在車輪抱死之后，方向盤己經(jīng)不起作用了，汽車陷入了不能控制方向的困境。只有前輪抱死的汽車沿著直線前進(jìn)最后停車，只有后輪抱死的汽車發(fā)生旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象最后停車，如果前后輪都

81、抱死的話，汽車一邊轉(zhuǎn)一邊沿直線前進(jìn)最后停車。上述各種狀態(tài)是極其危險(xiǎn)的。為了避免發(fā)生這些現(xiàn)象，司機(jī)在踏動(dòng)制動(dòng)板時(shí)，必須謹(jǐn)慎從事。</p><p>　　在制動(dòng)過程中，如果始終能使輪胎的滑移率處于8%～25%范圍之內(nèi)的話，汽車將在最短的制動(dòng)距離內(nèi)停車并具有良好的控制方向的能力。為了達(dá)到上述目的，要求司機(jī)在操作時(shí)應(yīng)十分精心，即踏動(dòng)制動(dòng)踏板使車輪抱死，然后在輪胎抱死的一瞬間放松制動(dòng)踏板，輪胎一旦開始轉(zhuǎn)動(dòng)再踏動(dòng)制動(dòng)踏板使車輪

82、抱死，如此反復(fù)操作。在摩擦系數(shù)小的光滑路面上，司機(jī)在制動(dòng)時(shí)都很小心，唯恐使車輪抱死，但仍很難做到，原因是司機(jī)不知道車輪什么時(shí)候抱死。除此之外，汽車行駛的許多條件也都在變化之中，如道路的路面狀況時(shí)時(shí)刻刻都在變化，輪胎著地狀態(tài)也每時(shí)每刻各不一樣，前后輪胎的載荷分配更是如此。要完成上述制動(dòng)要求確實(shí)難上加難。</p><p>　　上述司機(jī)做不到的許多事，利用傳感器就能辦到。將傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、判斷、變成執(zhí)行機(jī)構(gòu)所必需

83、的信息，這部分工作對(duì)于電腦來說是很簡(jiǎn)單的，按照電腦的指令執(zhí)行操作，這在機(jī)械結(jié)構(gòu)上也不會(huì)有什么大問題。ABS系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用到每個(gè)車輪制動(dòng)缸的制動(dòng)液壓力，以防止無論任何時(shí)由于制動(dòng)過猛而可能引起的車輪抱死。當(dāng)不再有可能抱死車輪時(shí)，再恢復(fù)正常壓力。使滑移率控制在一定范圍之內(nèi)。這樣不但提高了車輛行駛的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了車輛方向的可控性，而且縮短了制動(dòng)距離。</p><p>　　2.5 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本工作原理</p>

84、;<p>　　ABS系統(tǒng)是通過在制動(dòng)時(shí)按一定規(guī)律不斷改變制動(dòng)液壓力使車輪不產(chǎn)生抱死狀態(tài)的。這種對(duì)制動(dòng)液壓力的改變過程實(shí)際上就是ABS系統(tǒng)控制方法實(shí)施的過程。下面以基于車輪加減速度邏輯門限值的控制方法對(duì)直線單一路面的制動(dòng)過程的控制為例，說明ABS的基本工作原理。</p><p>　　ABS系統(tǒng)在制動(dòng)時(shí)對(duì)制動(dòng)油壓的控制過程如圖(2-9)所示。汽車開始制動(dòng)時(shí)，駕駛員踩下制動(dòng)踏板，制動(dòng)管路中油壓由零開始上升

85、，制動(dòng)器使車輪上產(chǎn)生制動(dòng)力矩，同時(shí)產(chǎn)生地面制動(dòng)力使汽車和車輪都開始減速。此時(shí)ABS系統(tǒng)不對(duì)制動(dòng)過程進(jìn)行干預(yù)，所以制動(dòng)油壓迅速增加，車輪減速度也增大。當(dāng)車輪減速度的值達(dá)到規(guī)定的門限值-a時(shí)，產(chǎn)生減壓信號(hào)，圖(2-9)中1點(diǎn)所示，ABS系統(tǒng)開始工作，降低制動(dòng)油壓。由于液壓制動(dòng)系統(tǒng)的慣性，車輪減速度仍然下降一段時(shí)間，然后開始減小并小于門限值-a時(shí)，圖(2-9)中2點(diǎn)，產(chǎn)生保壓信號(hào)，ABS保持制動(dòng)油壓不變，車輪由減速狀態(tài)進(jìn)入加速狀態(tài)，車輪速度開

86、始回升并靠近車速，當(dāng)車輪加速度值達(dá)到設(shè)定的門限值a時(shí)，圖(2-9)中3點(diǎn)，產(chǎn)生升壓信號(hào)，ABS使制動(dòng)油壓上升，車輪加速度在上升一段時(shí)間后開始減小，車輪由加速狀態(tài)又進(jìn)入減速狀態(tài)，并再次進(jìn)入另一個(gè)控制循環(huán)。ABS通過這樣的控制過程可以使車輪的速度控制在一定的范圍內(nèi)而不產(chǎn)生抱死。這種控制方法的關(guān)鍵在于對(duì)車輪加、減速門限值的設(shè)定，合適的門限值可以使車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制在比較理想的范圍內(nèi)。但顯然門限值的確定需要大量的試驗(yàn)來確定。除了設(shè)定車輪加減速度

87、</p><p>　　在ABS系統(tǒng)中，每個(gè)車輪上各安置一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，將各控制裝置ECU。ECU根據(jù)各車輪轉(zhuǎn)傳感器輸入的信號(hào)對(duì)各個(gè)測(cè)和判定并形成相應(yīng)的控制指令。制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置主要?jiǎng)颖每偝珊蛢?chǔ)液器等組成一個(gè)獨(dú)立的整體，通過制動(dòng)管路與制動(dòng)主缸相連，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置受電子控制裝置的控制，對(duì)各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p><p>　　ABS的工作過程可以分為常規(guī)制動(dòng)、制動(dòng)壓力保持、制動(dòng)壓

88、力減小和制動(dòng)壓力增大等階段。在常規(guī)制動(dòng)階段，ABS并不介入制動(dòng)壓力控制，調(diào)壓電磁閥總成中的各進(jìn)液電磁閥均不通電而處于開啟狀態(tài)，各出液壓電磁閥均不通電而處于關(guān)閉狀態(tài)，電動(dòng)泵也不通電運(yùn)轉(zhuǎn)，制動(dòng)主缸至各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)管路均處于溝通狀態(tài)，而各制動(dòng)輪缸至儲(chǔ)液器的制動(dòng)管路均處于封閉狀態(tài)，各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力將隨制動(dòng)主缸的輸出壓力而變化，此時(shí)的制動(dòng)過程與常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)過程完全相同。</p><p>　　圖2-9 基于車輪加

89、減速度邏輯門限控制方法的ABS系統(tǒng)油壓控制循環(huán)圖</p><p>　　在制動(dòng)過程中，電子控制裝置根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)判定有車輪趨于抱死時(shí)，ABS就進(jìn)入防抱死制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)過程。例如：當(dāng)ECU判定右前輪趨于抱死時(shí)，ECU就使控制右前輪制動(dòng)壓力的進(jìn)液電磁閥通電，使右前進(jìn)液電磁閥轉(zhuǎn)入關(guān)閉狀態(tài)，制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液不再進(jìn)入右前制動(dòng)輪缸，此時(shí)，右前出液電磁閥仍未通電而處于關(guān)閉狀態(tài)，右前制動(dòng)輪缸中的制動(dòng)液也不會(huì)

90、流出，右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力就保持一定，而其它未趨于抱死車輪的制動(dòng)壓力仍會(huì)隨制動(dòng)輪缸的制動(dòng)主缸輸出壓力的增大而增大，如果在右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力保持一定時(shí)，ECU判定右前輪仍然趨于抱死，ECU又使右前出液電磁閥也通電而轉(zhuǎn)入開啟狀態(tài)，右前制動(dòng)輪缸中的部分制動(dòng)液就會(huì)經(jīng)過處于開啟狀態(tài)的出液電磁閥流回儲(chǔ)液器，使右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力迅速減小，右前輪的抱死趨勢(shì)將開始消除，隨著右前輪的抱死趨勢(shì)己經(jīng)完全消除時(shí)，ECU就使右前進(jìn)液電磁閥和出液電磁閥都斷

91、電，使進(jìn)液電磁閥轉(zhuǎn)入開啟狀態(tài)，使出液電磁閥轉(zhuǎn)入關(guān)閉狀態(tài)同時(shí)也使電動(dòng)泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)，向制動(dòng)輪缸送制動(dòng)液，由制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液和電動(dòng)泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)，向制動(dòng)輪缸泵送制動(dòng)液，由制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液和電動(dòng)泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)，向制動(dòng)輪缸泵送</p><p>　　第3章 速騰汽車ABS系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　大眾速騰(SAGITAR)汽車是于2006年5月正式在國內(nèi)投產(chǎn)上市，是唯一一部同步引進(jìn)的捷達(dá)A5車

92、型，經(jīng)過多年的升級(jí)，已有2006款﹑2007款﹑2009款﹑2010款﹑2011款一共五種年款，其配備的ABS系統(tǒng)是由德國大陸特維斯公司(Continental Teves)提供的MK系列產(chǎn)品。每一款都配備較好的ABS系統(tǒng)，因此本文主要是對(duì)ABS系統(tǒng)進(jìn)行了改良，本著經(jīng)濟(jì)性實(shí)用性原則，設(shè)計(jì)符合中國道路的ABS系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)ABS系統(tǒng)時(shí)，首先要先了解其現(xiàn)有狀態(tài)和參數(shù)，下表即為速騰汽車主要技術(shù)參數(shù)。</p><p>　　

93、表3-1 速騰汽車主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　3.1 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的基本組成</p><p>　　ABS系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制單元(ECU)和電磁閥三部分組成，其系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)組成圖如圖(3-1)所示。傳感器一般安裝在車輪上以測(cè)量車輪的轉(zhuǎn)速，傳感器一般為磁電感應(yīng)式。ABS工作時(shí)ECU接收傳感器送來的車輪信號(hào)，一般為符合ECU電壓要求的矩形電壓波，然后固化在ECU中的程序根據(jù)各個(gè)車

94、輪的速度來決定對(duì)各個(gè)車輪的制動(dòng)液壓力如何調(diào)節(jié)，并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)給各個(gè)車輪的液壓控制單元。液壓控制單元接收到信號(hào)后對(duì)車輪分泵的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳感器的作用是為ECU提供車輪的運(yùn)動(dòng)情況，ECU是ABS系統(tǒng)的控制中心，ECU中固化的程序?qū)嶋H上是ABS的控制方法，而液壓控制單元是ABS控制方法的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。</p><p>　　輪速傳感器是汽車輪速的檢測(cè)元件，它能產(chǎn)生頻率與車輪速度成正比的近似正弦電信號(hào)，ABS控制單元根

95、據(jù)處理后的信號(hào)計(jì)算車輪速度。電子控制單元是整個(gè)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的核心控制部件，它接受車輪速度傳感器送來的頻率信號(hào)，通過計(jì)算與邏輯判斷產(chǎn)生相應(yīng)的控制電信號(hào)，操縱電磁閥去調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力。定性的來說，就是當(dāng)車輪的滑移率不在控制范圍之內(nèi)時(shí)，ECU就輸出一個(gè)控制信號(hào)，命令電磁閥打開或閉合，從而調(diào)節(jié)制動(dòng)輪缸壓力，使輪速上升或下降，將汽車車輪滑移率控制在一定范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)汽車的安全、可靠制動(dòng)。電子控制單元原理圖如圖(3-2)所示。</p>

96、<p>　　電磁閥是防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，在沒有控制信號(hào)的情況下，該制動(dòng)系統(tǒng)相當(dāng)于常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)，直接輸出最大制動(dòng)壓力；當(dāng)ECU向電磁閥發(fā)出控制信號(hào)時(shí)，電磁閥動(dòng)作，對(duì)輪缸壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)車輪的滑移率，使制動(dòng)力在接近峰值區(qū)域內(nèi)波動(dòng)，但又不達(dá)到峰值制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)最佳制動(dòng)效率。</p><p>　　ABS就是在汽車制動(dòng)過程中不斷檢測(cè)車輪速度的變化，按一定的控制方法，通過電磁閥調(diào)節(jié)制動(dòng)輪缸壓力，以獲得最高

97、的縱向附著系數(shù)，使車輪始終處于較好的制動(dòng)狀態(tài)。</p><p>　　1– –前輪速度傳感器 2– –制動(dòng)輪缸 3– –制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置 4– –ABS電控單元 5– –ABS警示燈 </p><p>　　6– –后輪速度傳感器 7– –停車燈開關(guān) 8– –制動(dòng)主缸 9– –比例分配閥 10– –蓄電池 11– –點(diǎn)火開關(guān)</p><p>　　圖3-1 ABS系統(tǒng)的組

98、成圖</p><p>　　圖3-2 電子控制單元原理結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.2 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式</p><p>　　ABS系統(tǒng)中，能夠獨(dú)立進(jìn)行制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)的制動(dòng)管路稱為控制通道。如果對(duì)某車輪的制動(dòng)壓力可以進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，稱這種控制方式為獨(dú)立控制；如果對(duì)兩個(gè)(或兩以上)車輪的制動(dòng)壓力一同進(jìn)行調(diào)節(jié)，則稱這種控制方式為一同控制。在兩個(gè)車輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行一同

99、控制時(shí)，如果以保證附著力較大的車輪不發(fā)生制動(dòng)抱死為原則進(jìn)行制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)，稱這種控制方式為按高選原則一同控制；如果以保證附著力較小的車輪不發(fā)生制動(dòng)抱死為原則進(jìn)行制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)，則稱這種控制方式為按低選原則一同控制</p><p>　　按照控制通道數(shù)目的不同分類</p><p><b>　　(1)四通道ABS</b></p><p>　　對(duì)應(yīng)于雙制動(dòng)

100、管路的H型(前后)或X型(對(duì)角)兩種布置形式，四通道ABS有兩種布置形式，見圖3-3(a,b)。為了對(duì)四個(gè)車輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行獨(dú)立控制，在每個(gè)車輪上各安裝一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，并在通往各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)管路中各設(shè)置一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置(通道)。由于四通道ABS可以最大程度地利用每個(gè)車輪的附著力進(jìn)行制動(dòng)，因此汽車的制動(dòng)效能最好。但在附著系數(shù)分離(兩側(cè)車輪的附著系數(shù)不相等)的路面上制動(dòng)時(shí)，由于同一軸上的制動(dòng)力不相等，使得汽車產(chǎn)生較大的偏轉(zhuǎn)力矩而產(chǎn)生

101、制動(dòng)跑偏。因此，ABS通常不對(duì)四個(gè)車輪進(jìn)行獨(dú)立的制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　(2)三通道ABS</b></p><p>　　四輪ABS大多為三通道系統(tǒng)，而三通道系統(tǒng)都是對(duì)兩前輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行單獨(dú)控制，對(duì)兩后輪的制動(dòng)壓力按低選原則一同控制，其布置形式見圖3-3(c,d,e)。</p><p>　　圖(c)所示的按對(duì)角布置的雙管路制

102、動(dòng)系統(tǒng)中，雖然在通往四個(gè)制動(dòng)輪缸的制動(dòng)管路中各設(shè)置一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置，但兩個(gè)后制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置卻是由電子控制裝置一同控制的，實(shí)際上仍是三通道ABS。由于三通道ABS對(duì)兩后輪進(jìn)行一同控制，對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車可在變速器或主減速器中只設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器來檢測(cè)兩后輪的平均轉(zhuǎn)速。.</p><p>　　汽車緊急制動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生很大的軸荷轉(zhuǎn)移(前軸荷增加，后軸荷減小)，使得前輪附著力比后輪的附著力大很多(前置驅(qū)動(dòng)汽車的前輪

103、附著力約占汽車總附著力的70%～80%)。對(duì)前輪制動(dòng)壓力進(jìn)行獨(dú)立控制，可充分利用兩前輪的附著力對(duì)汽車進(jìn)行制動(dòng)，有利于縮短制動(dòng)距離，并且汽車的方向穩(wěn)定性卻得到很大改善。</p><p><b>　　(3)雙通道ABS</b></p><p>　　圖3-3(f)所示的雙通道ABS在按前后布置的雙管路制動(dòng)系統(tǒng)的前后制動(dòng)管路中各設(shè)置一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置，分別對(duì)兩前輪和兩后輪

104、進(jìn)行一同控制。兩前輪可以根據(jù)附著條件進(jìn)行高選和低選轉(zhuǎn)換，兩后輪則按低選原則一同控制。對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車，可以在兩前輪和傳動(dòng)系中各安裝一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器。當(dāng)在路面上進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí)，兩前輪的制動(dòng)力相差很大，為保持汽車的行駛方向，駕駛員會(huì)通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)向盤使前輪偏轉(zhuǎn)，保持汽車行駛方向的穩(wěn)定性。但是在附著系數(shù)分離路面駛?cè)敫街禂?shù)均勻路面的瞬間，由于駕駛員無法在瞬間將轉(zhuǎn)向輪回正，轉(zhuǎn)向輪上仍然存在的橫向力將會(huì)使汽車向轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)方向行駛，這在高速行駛時(shí)是一種

105、無法控制的危險(xiǎn)狀態(tài)。</p><p>　　由于雙通道ABS難以在方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向操縱能力和制動(dòng)距離等方面得到兼顧，因此目前很少被采用。</p><p><b>　　(4)單通道ABS</b></p><p>　　所有單通道ABS都是在前后布置的雙管路制動(dòng)系統(tǒng)的后制動(dòng)管路中設(shè)置一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置，對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車只需在傳動(dòng)系中安裝一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感