汽車防抱死制動系統(tǒng)設(shè)計論文1

1、 摘要 防抱死制動控制系統(tǒng)（ABS）是在傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用智能控制技術(shù)，在制動時自動調(diào)節(jié)制動力防止車輪抱死，充分利用道路附著力，提高制動方向穩(wěn)定性和操縱穩(wěn)定性，從而獲得最大制動力且縮短制動距離，盡可能地避免交通事故發(fā)生的機電一體化安全裝置。 本文根據(jù)防抱死制動控制系統(tǒng)的工作原理，應(yīng)用汽車單輪運動的力學模型,分析了制動過程中的運動情況。采用基于車輪滑移率的防抱控制理論，根據(jù)車速、輪速來計算車輪滑移率。以MSP430F149單片機為核心，完成了輸入電路、輸出驅(qū)動電路及故障診斷等電路設(shè)計，闡述了ABS系統(tǒng)軟件各功能模塊的設(shè)計思想和實現(xiàn)方法，完成了ABS檢測軟件、控制軟件的設(shè)計。 課題所完成的汽

2、車防抱死制動控制系統(tǒng)己通過模擬試驗臺的基本性能試驗，結(jié)果表明： 汽車防抱死制動控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計合理可行，軟件所采用的控制策略正確、 有效，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，改善了汽車制動系統(tǒng)性能，基本能夠滿足汽車安全制動的需要。本文對汽車防抱死制動系統(tǒng)進行了數(shù)學建模，并在Matlab/Simulink 的環(huán)境下，對汽車常規(guī)制動系統(tǒng)和基于 PID 控制器的防抱死制動系統(tǒng)的制動過程進行了仿真，通過對比分析，驗證了基于PID 控制器的汽車防抱死制動系統(tǒng)具有良好的制動性能和方向操縱性。 關(guān)鍵詞： 防抱死制動系統(tǒng) （ABS）；滑移率；控制策略；單片機；建模；仿真； 第一章 緒論 1.1 防抱死制動系統(tǒng)概述 1.1

3、.1 防抱死制動系統(tǒng)的產(chǎn)生 當汽車以較高的車速在表面潮濕或有冰雪的路面上緊急制動時，很可能會出現(xiàn)這樣一些危險的情況：車尾在制動的過程中偏離行進的方向，嚴重的時候會出現(xiàn)汽車旋轉(zhuǎn)掉頭，汽車失去方向穩(wěn)定性，這種現(xiàn)象稱為側(cè)滑；另一種情況是在制動過程中駕駛員控制不了汽車的行駛方向，即汽車失去方向可操縱性，若在彎道制動，汽車會沿路邊滑出或闖入對面車道，即便是直線制動，也會因為失去對方向的控制而無法避讓對面的障礙物。產(chǎn)生這些危險狀況的原因在于汽車的車輪在制動過程中產(chǎn)生抱死現(xiàn)象，此時，車輪相對于路面的運動不再是滾動，而是滑動，路面作用在輪胎上的側(cè)滑摩擦力和縱向制動力變得很小，路面越滑，車輪越容易出現(xiàn)抱死現(xiàn)象；

4、同時汽車制動的初速度越高，車輪抱死所產(chǎn)生的危險性也越大。這將導(dǎo)致汽車可能會出現(xiàn)下面三種情況： 制動距離變長 方向穩(wěn)定性變差，出現(xiàn)側(cè)滑現(xiàn)象，嚴重時出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)掉頭 方向操縱性喪失，駕駛員不能控制汽車的行駛方向 防抱死制動系統(tǒng)ABS（Anti-lock Braking System） 是一種主動安全裝置，它在制動過程中根據(jù) “車輛一路面”狀況，采用電子控制方式自動調(diào)節(jié)車輪的制動力矩來達到防止車輪抱死的目的。即在汽車制動時使車輪的縱向處于附著系數(shù)的峰值，同時使其側(cè)向也保持著較高的附著系數(shù)，防止車輪抱死滑拖，提高制動過程中的方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向控制能力和縮短制動距離，使制動更為安全有效。隨著汽車行駛速度的提高

5、、道路行車密度的增大、以及人們對汽車行駛安全性的要求越來越高，汽車行駛的安全性理所當然是最應(yīng)受到關(guān)注的問題。 影響汽車安全性的因素很多，諸如汽車的制動性、操縱性、行駛的穩(wěn)定性、 抵御外界影響（碰撞、 擦掛等）的能力等都影響汽車的安全性。統(tǒng)計資料顯示，在道路交通事故中，大約10%的事故是由于車輛在制動瞬間偏離預(yù)定軌道或甩尾造成的.因此完善制動性能是減少交通事故的重要措施。 汽車行駛時能在短距離內(nèi)停車且維持行駛方向穩(wěn)定性和在下長坡時能維持一定車速的能力稱為汽車的制動性。汽車的制動性還應(yīng)包括汽車能在一定坡度的坡道上長時間停車不動的性能. 汽車的制動性主要由下列三個方面來評價： 制動效能 在一定車速行

6、駛時，采取制動措施后能使之停下的距離己相應(yīng)的制動減速制動距離越短，越有利于避免交通事故的發(fā)生，它是制動性最基本的評價指標 制動時汽車的方向穩(wěn)定性汽車制動時，維持原有的行駛方向，不發(fā)生跑偏，側(cè)滑，性能。汽車制動過程中，失去方向穩(wěn)定性和失去轉(zhuǎn)向控制能力 。 制動效能的恒定性汽車在連續(xù)多次制動或涉水后仍具備必要的制動功能的能力，即抗衰退性?？顾ネ诵允侵钙囋诜敝毓ぷ鳁l件下制動時（如下長坡時長時間連續(xù)制動），制動器溫度升高后，其制動效能的保持程度。它是設(shè)計制動器及選材中必須認真考慮的一個重要問題。 以上三項指標中，前兩項指標采用 ABS裝置后，其性能都會有明顯的改善和提高，對避免交通事故的發(fā)生能起到很

7、好的作用，因此 ABS是汽車上十分重要的主動安全裝置。 1.1.2 防抱死制動系統(tǒng)的優(yōu)點 ABS與常規(guī)制動系統(tǒng)相比，有以下優(yōu)點： 改善制動效能這是因為在同樣緊急制動情況下，ABS系統(tǒng)可以將滑移率控制在20%左右，充分利用縱向峰值附著系數(shù)和較大的側(cè)向附著系數(shù)，使車輪和地面間產(chǎn)生最大的地面制動力，縮短了制動距離。 改善汽車制動時的方向穩(wěn)定性。汽車制動時，四個輪子的制動力是不一樣的。 如果汽車的前輪抱死滑拖，駕駛員就無法控制汽車的行駛方向，汽車就失去了轉(zhuǎn)向操縱能力，只能按慣性力的方向運行，無法避開行人和障礙物：若后輪先抱死，則會出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾，甚至使汽車整個調(diào)頭等嚴重事故。 改善汽車制動時的橫向穩(wěn)定

8、性如果車輪抱死，橫向附著系數(shù)（也稱側(cè)向附著系數(shù)）就非常小，汽車極易側(cè)滑。ABS把滑移率控制在8%25%之間，橫向附著系數(shù)較大，有足夠的抵抗橫向千擾的能力。 改善車輪的磨損狀況。汽車車輪抱死滑拖會造成輪胎局部杯型磨損，輪胎面磨損也會不均勻，使輪胎磨損消耗增加。經(jīng)測定，汽車在緊急制動時，車輪抱死所造成的輪胎累加磨損費，己超過一套防抱死制動系統(tǒng)的造價，縮短輪胎的使用壽命，ABS系統(tǒng)可以防止這種情況出現(xiàn)。 減輕駕駛員的勞動強度，減少駕駛員緊張情緒，提高了乘客的乘坐舒適性和安全性。 使用方便，工作可靠，維修簡便。制動時只要把腳踏在制動踏板上，ABS系統(tǒng)就會根據(jù)情況自動進入工作狀態(tài)，如遇雨雪路滑，駕駛員也

9、沒有必要用一連串的點剎車方式進行制動，ABS系統(tǒng)會使制動狀態(tài)保持在最佳點。如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)有故障，就會自動恢復(fù)為常規(guī)制動狀態(tài)。 1.2 防抱死制動系統(tǒng)的發(fā)展歷史 ABS發(fā)展至今，其發(fā)展史大致可劃分為三個階段。20世紀30年代至50年代，這一時期是 ABS誕生和初步發(fā)展的時期。 制動防抱死系統(tǒng)最初不是用在汽車上，而是首先用在鐵路機車上，以防止火車車輪制動抱死后在鋼軌上滑行使制動距離延長，同時造成局部摩擦，致使車輪、鋼軌早期損壞和車輪不能平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生噪聲和振動。隨后又應(yīng)用于飛機上，以防止飛機著陸后制動跑偏、 甩尾和輪胎劇烈磨損，縮短滑行距離。在30年代機械式防抱死制動系統(tǒng)就開始在飛機上獲得應(yīng)用。由于

10、飛機對制動時的方向穩(wěn)定性要求高，而 ABS的價格占飛機總價格比例較小，機場的場面條件簡單，尾部機輪可以精確測量機速，從而可獲得正確的滑移率，實現(xiàn)精確控制等一系列有利條件，使 ABS在飛機上的應(yīng)用取得成功，普及率很快上升，并很快成為飛機上的標準裝備。 汽車上使用 ABS始于20世紀50年代，福特汽車公司首先將它裝配在汽車上，這開創(chuàng)了汽車使用 ABS的先河。1969年，林肯大陸牌III型汽車安裝了由凱。海斯研制成功的奧托一林納防抱死裝置。裝在后輪上的傳感器能發(fā)送訊號到雜物箱后面的計算機，當傳感器向計算機發(fā)出制動器將要抱死訊號時，計算機便控制制動管路上的真空操縱閥，以降低后制動器的油壓。 裝用 AB

11、S的轎車在光滑路面制動時確實提高了其穩(wěn)定性，但在不好路面上制動，其制動距離較一般制動系的汽車長，加上ABS的體積、質(zhì)量大，價格高，銷路很有限。 制動廠家終于在70代中期停止了ABS汽車的生產(chǎn)。由于科學技術(shù)的發(fā)展，歐洲隨后研制成由數(shù)字計算機組成的較為現(xiàn)代型的 ABS。數(shù)字計算機不易受干擾，速度快，可以把降低增加制動液壓循環(huán)的次數(shù)增加到每秒十余次。其速度完全可以與數(shù)字計算機處理數(shù)據(jù)的速度相匹配。這種較為現(xiàn)代的ABS體積小、質(zhì)量輕、動作更快、更準確。 波許公司在 20世紀 60年代初就開始ABS的開發(fā)工作，于 1978年正式生產(chǎn)出ABS型汽車防抱死制動系統(tǒng)，以后相繼開發(fā)出將汽車防抱死制動系統(tǒng)與驅(qū)動力

12、自動調(diào)節(jié)裝置有機結(jié)合的ABSASR系統(tǒng)。該公司于 1975年研制出部分集成模擬信號處理的第一代 ABS產(chǎn)品，以后又相繼研制出全數(shù)字化和高度集成化的ABS產(chǎn)品，并將微機控制用于制動系統(tǒng)中。德國的坦威斯公司 （TEVES）于1984 年首次推出了整體式 ABS 坦威斯MK11 ，該系統(tǒng)將防抱死制動壓力調(diào)節(jié)裝置與制動主缸和液壓制動助力器組合為一個整體，而在該系統(tǒng)出現(xiàn)以前，所有的ABS都是將制動壓力調(diào)節(jié)裝置作為一個單獨的整體，附加在常規(guī)的制動系統(tǒng)中，即采用的都是分離式結(jié)構(gòu)。 20世紀30-50年代，西方國家研制出純機械式的ABS并少量裝備于汽車。到了60年代，模擬電子技術(shù)在 ABS上開始使用，但因成本

13、太高，可靠性也不穩(wěn)定，未能在汽車上廣泛使用。70年代后期出現(xiàn)了數(shù)字式電子控制的ABS，從而揭開了現(xiàn)代ABS大發(fā)展的序幕。通過數(shù)字化和集成化，使ABS的組件數(shù)目大大減少，降低了成本，提高了可靠性，歐、美、日的汽車公司逐步在汽車上裝備了ABS。進入70年代后，隨著電子技術(shù)的進步，數(shù)字電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路的發(fā)展和微機的運用，電子控制式ABS日趨成熟，成本不斷降低，并且體積小、質(zhì)量輕、控制精度高，其安全效能十分顯著，普遍受到人們的歡迎和認可，為其迅速普及創(chuàng)造了條件。20世紀80年代ABS向著提高效能成本比的方向發(fā)展，是汽車ABS研制生產(chǎn)應(yīng)用迅速發(fā)展的階段，加之法規(guī)的推動作用，ABS已成為汽車上標準

14、裝備或選擇裝備。 1.3 防抱死制動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 1. ABS本身控制技術(shù)的提高。 現(xiàn)代制動防抱死裝置多是電子計算機控制，這也反映了現(xiàn)代汽車制動系向電子化方向發(fā)展。 基于滑移率的控制算法容易實現(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)展的瓶頸主要是實現(xiàn)的成本問題。 隨著體積更小、價格更便宜、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確而快速。 全電制動控制系統(tǒng)BBW(Brake-By-Wire)是未來制動控制系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。它不同于傳統(tǒng)的制動系統(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，縮短制動反應(yīng)時間，

15、維護簡單，易于改進，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)動能源問題，控制系統(tǒng)失效處理，抗干擾處理等。目前電制動系統(tǒng)首先用在混合動力制動系統(tǒng)車輛上，采用液壓制動和電制動兩種制動系統(tǒng)。 2. 防滑控制系統(tǒng) 防滑控制系統(tǒng)ASR(Acceleration Slip Regulation)或稱為牽引力控制系統(tǒng)TCS(Traction Contro System)是驅(qū)動時防止車輪打滑，使車輪獲得最大限度的驅(qū)動力，并具有行駛穩(wěn)定性，減少輪胎磨損和發(fā)動機的功耗，增加有效的驅(qū)動牽引力。防滑控制系統(tǒng)包括兩部分：制動防滑與發(fā)動機牽引力控制。制動部分是當驅(qū)動輪（后輪）在低附著系數(shù)路面工作時

16、，由于驅(qū)動力過大，則產(chǎn)生打滑，當ASR制動部分工作時，通過傳感器將非驅(qū)動輪及驅(qū)動輪的輪速信號采集到控制器中，控制器根據(jù)輪速信號計算出驅(qū)動車輪滑移率及車輪減、加速度，當滑移率或減、加速度超過某一設(shè)定閥值時，則控制器打開開關(guān)閥，氣壓由儲氣筒直接進入制動氣室進行制動，由于三通單向閥的作用氣壓只能進入打滑驅(qū)動輪的制動氣室，在低附著系數(shù)路面上制動時，輪速對壓力十分敏感，壓力稍稍過大，車輪就會抱死。為此利用ABS電磁閥對制動壓力進行精細的調(diào)節(jié)，即用小步長增壓或減壓，以達到最佳的車輪滑移的效果既可以得到最大驅(qū)動力，也可保持行駛的穩(wěn)定性。 電子控制制動系統(tǒng) 由于ASS在功能方面存在許多缺陷,如氣壓系統(tǒng)的滯后，

17、主車與接車制動相容性問題等。為改善這些,出現(xiàn)了電子制動控制系統(tǒng)EBS(Electronics Break System)它是將氣壓傳動改為電線傳動，縮短了制動響應(yīng)時間。最重要的特點是各個車輪上制動力可以獨立控制。 控制強度則由司機踏板位移信號的大小來決定，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)形成一個控制回路，來實現(xiàn)各種控制功能，如制動力分布控制、減速控制、牽引車與掛車處禍合力控制等。 車輛動力學控制系統(tǒng) 車輛動力學控制系統(tǒng)VDC(Vehicle Dynamics Control)是在ABS的基礎(chǔ)上通過測量方向盤轉(zhuǎn)角、橫擺角速度和側(cè)向加速度對車輛的運動狀態(tài)進行控

18、制。VDC系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向角、油門、制動壓力，通過觀測器決定出車輛應(yīng)具有的名義運動狀態(tài)。同時由輪速、橫擺角速度和側(cè)向加速度傳感器測出車輛的實際運動狀態(tài)。名義狀態(tài)與實際狀態(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到最小，實現(xiàn)的方法則是利用車輪滑移率特性。車輛動力學控制系統(tǒng)目的是改善車輛操縱的穩(wěn)定性，它可以在車輛運動狀態(tài)處于危險狀態(tài)下自動進行控制。其主要作用就是通過控制車輛的橫向運動狀態(tài)，使車輛處于穩(wěn)定的運動狀態(tài)，使人能夠更容易地操縱車輛。 控制系統(tǒng)總線技術(shù) 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，需要采用總線結(jié)構(gòu)將各個系統(tǒng)聯(lián)系起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源信息實時共享，并可以

19、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)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。 1.4 國內(nèi)防抱死制動系統(tǒng)的研究和應(yīng)用概況 我國ABS的研究始于20世紀80年代初，現(xiàn)剛剛進入產(chǎn)品試制和裝車試驗階段。 隨著我國市場經(jīng)濟的不斷發(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，許多高校、科研單位和生產(chǎn)廠家正在加快研究攻關(guān)和技術(shù)引進步伐。國內(nèi)研制ABS的單位主要有東風汽車公司、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

20、安公路學院、清華大學、西安艾韋機電科技公司等單位和部門。 東風公司從80年代初就開始研究ABS，是較早研究ABS的廠家之一，現(xiàn)研究工作的主要目標是對國外的產(chǎn)品進行消化吸收。 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80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工NTEL公司的MCS96系列8098單片機。我國目前己著手制定有關(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)。 從 1998年起，國產(chǎn)的奧迪、桑塔納和富康等轎車，己普遍裝上了ABS1.5 主要研究工作 根據(jù)西安艾韋機電科技公司提出的具體

21、要求，給出了相應(yīng)的ABS設(shè)計方案，并進行了初步試驗，理論和試驗結(jié)果都表明，此設(shè)計方案能夠?qū)⑵囋谥苿訒r車輪的滑移率限制在一定范圍之內(nèi)，避免車輪抱死，滿足了控制要求。 第二章首先給出了汽車防抱死系統(tǒng)工作原理，分析了ABS制動系統(tǒng)的特點、附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系曲線： 通過本章對ABS制動系統(tǒng)主要組成部分的原理和模型進行的研究，對ASS的工作原理有一個初步的了解。 第三章對防抱死制動系統(tǒng)ASS的電子控制單元ECU的硬件電路和故障診斷電路進行了設(shè)計。對所選用的器件和電路進行了分析。實踐表明，控制電路能夠滿足ABS的實時性控制要求，故障診斷電路能夠準確的檢測出元器件故障，為維修人員提供便利。 第四章對

22、“PID控制方式，“最優(yōu)化控制方式”、“滑模變結(jié)構(gòu)控制方式”和 “基于門限值的控制策略”等進行了比較與研究，最終采用基于車輪角加、減速度和滑移率門限值的控制策略，該設(shè)計方案能夠滿足設(shè)計精度要求，并且設(shè)計成本較低。本章對該控制策略進行了深入研究，給出了控制系統(tǒng)流程圖，并在模擬試驗臺上進行了試驗。 第五章對研究工作進行了總結(jié)，并展望了汽車ABS制動系統(tǒng)發(fā)展方向 。 第二章 防抱死制動系統(tǒng)基本原理 ABS系統(tǒng)能夠通過控制制動過程中車輪的運動狀態(tài)，使車輪不產(chǎn)生抱死，保證汽車制動時處于最佳的制動狀態(tài)，即保持方向穩(wěn)定性、方向操縱性和縮短制動距離。所以，要對ABS系統(tǒng)進行研究，就必須先了解汽車制動時的制動特

23、性。2.1 制動時汽車的運動 2.1.1 制動時汽車受力分析 汽車在制動的過程中主要受到地面給汽車的作用力、風的阻力和自身重力的作用。 地面對汽車的作用力又分為： 作用在車輪上垂直于地面的支承力和作用在車輪上平行于地面的力。汽車在直線行駛并受橫向外界干擾力作用和汽車轉(zhuǎn)彎時所受到地面給汽車的力如圖2-1所示。其中 ：為地面作用在每個車輪上的地面制動力，他的大小決定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力的總和作為地面給汽車的總的地面制動力，他是使汽車在制動時減速并停止的主要作用力。 為地面作用在每個車輪上的側(cè)滑摩擦力，側(cè)滑摩擦力的大小取決于側(cè)向附著系數(shù)和車輪所受的載荷，當

24、車輪抱死時，側(cè)滑摩擦力將變得很小，幾乎為零。汽車直線制動時，若受到橫向干擾力的作用，如橫向風力或路面不平，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)彎時制動或在制動時轉(zhuǎn)彎，也將產(chǎn)生側(cè)滑摩 圖2-1汽車直線和轉(zhuǎn)彎制動時的平面受力簡圖擦力使汽車能夠轉(zhuǎn)向，如圖2-1（）所示。 地面制動力決定制動距離的長短，側(cè)滑摩擦力則決定了汽車制動時的方向穩(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方向。轉(zhuǎn)彎

25、力越大，汽車的方向操縱性越好；側(cè)向力越大，汽車的方向穩(wěn)定性越好。 如上所述，施加適當?shù)闹苿樱軌蛴行У厥蛊囃Ｏ隆Ｖ苿訌姸冗^大，是汽車發(fā)生各種危險運動狀況的主要原因。因此，汽車行駛時，要根據(jù)冰路、雪路、砂石路、壞路、 水濕路 干路、直路、彎曲路等道路條件，根據(jù)汽車速度、方向轉(zhuǎn)角等行駛條件進行制動操作， 必須時常注意不能讓車輪完全抱死。 2.1.2 車輪抱死時汽車運動情況 車輪抱死時汽車所受到的側(cè)滑摩擦力將會變的很小，這將使汽車制動時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，使汽車在制動時出現(xiàn)一些危險的運動情況。對ABS系統(tǒng)來說，就是要防止這些危險情況的出現(xiàn)。下面從汽車在一種路面上直線

26、和轉(zhuǎn)彎制動兩方面簡單討論一下當車輪抱死時汽車的運動情況。 汽車在一種路面上直線運動制動車輪抱死時可能出現(xiàn)的運動情況如圖2-2所示。 圖2-2（a）為只有前輪抱死時，由于前輪的轉(zhuǎn)彎力基本為零，無法進行正常的轉(zhuǎn)向操作。為制動時前輪全部抱死而后輪不抱死汽車的運動情況示意，當前輪抱死時轉(zhuǎn)彎力為零，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2-2（b） 為只有后輪抱死時，后輪的側(cè)向力接近于零，汽車仍具有方向操縱性，但會因后輪抱死而失去方向穩(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

27、轉(zhuǎn)一面沿曲線行駛（這種運動叫外旋轉(zhuǎn)）。 圖2-2（c）為前后車輪全部抱死時時轉(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、左右輪地面制動力不相等時，即使對汽車施加很小的偏轉(zhuǎn)力矩，汽車就會產(chǎn)生不規(guī)則運動而處于危險狀態(tài)，在不規(guī)則旋轉(zhuǎn)的過程中將制動釋放，汽車就會沿著瞬時行駛方向急速駛出，這也是很危險的。 圖2-2 汽車直線制動車輪抱死時的運動情況2 汽車在一種路面上轉(zhuǎn)彎制動車輪抱死時可能出現(xiàn)的運動情況如圖 2-3 所示。 所有這些運動情況若在制動時出現(xiàn)，都是極其危險的。圖2-3 汽車轉(zhuǎn)彎制動車輪抱死時的運動情況 從上面對出現(xiàn)這些危險運動情況的簡單分析可以看出，制動時車輪抱死導(dǎo)致汽車出現(xiàn)各種危險

28、運動情況，實質(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)這些運動情況，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力及汽車的側(cè)滑摩擦力之間存在一定的關(guān)系，ABS之所以能防止汽車制動時出現(xiàn)危險的運動情況，就是根據(jù)這個關(guān)系來調(diào)整車輪的運動狀態(tài)，以避免側(cè)滑摩擦力為零。 2.2 滑移率和路面附著系數(shù)的關(guān)系 制動時道路作用于車輪上的縱向附著力就等于汽車制動力。道路給予汽車轉(zhuǎn)向輪的側(cè)向附著力就是使汽車轉(zhuǎn)向的側(cè)向力。 定義縱向附著力為F，側(cè)向附著力，車輪的垂直載荷，則縱向附著系數(shù)和側(cè)向附著系數(shù)可以用下式表示： （21） （22）汽車在制動的過程中出現(xiàn)車輪抱

29、死時，車輪的運動狀態(tài)并不是從旋轉(zhuǎn)狀態(tài)突然進入到相對于汽車停止的抱死狀態(tài)，即車輪從旋轉(zhuǎn)狀態(tài)進入抱死狀態(tài)要經(jīng)歷一個過渡過程。 在此過渡過程中，車輪相對于汽車的轉(zhuǎn)速慢慢降低，直至為零時車輪抱死。若以車輪抱死時的抱死程度為最大，則在過渡過程時車輪的抱死程度就較小，在不對車輪進行制動時，車輪抱死的程度為最小。車輪滑移程度用滑移率表示： （23） ： 車輪中心的速度，單位 ； ： 車輪制動時轉(zhuǎn)速，單位 弧度； ： 沒有地面制動力時的車輪滾動半徑，單位 ： 這里，車輪中心的速度即為車速。顯然，滑移率的取值范圍為 當不對車輪進行制動時，車輪隨汽車的運動而滾動，由車輪輪速計算出的車輪中心速度汽車速度心速度和汽車

30、的速度大小相等，滑移率為。若對車輪施加制動，車輪的旋轉(zhuǎn)將減速， 這時由輪速計算的車輪中心速度比車速小，使汽車開始拖動車輪使車輪中心的速度汽車速度一樣，造成乍輪相對路面產(chǎn)生滑動，車輪既做滾動又做滑動，滑移率介于和之間。當制動增強時，車輪的轉(zhuǎn)速逐漸變小，最終為零，這時汽車拖帶車輪相對于路面做純滑動，滑移率為1?？梢姡坡誓軌蚨勘硎拒囕啽赖某潭取?車輪滑移率和車輪的縱向及側(cè)向附著系數(shù)之間有如圖2-4所示的關(guān)系。 顯然它們之間的關(guān)系是一種非線性關(guān)系。 圖2-4 滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系 滑移率為零時，縱向附著系數(shù)為零，側(cè)向附著系數(shù)為最大?；坡试龃髸r，車輪與地面之間開始出現(xiàn)滑動，縱向附著系數(shù)近似呈

31、線性增長，同時側(cè)向附著系數(shù)減小。當滑移率繼續(xù)增大時，縱向附著系數(shù)在滑移率S為20%左右時達到峰值后開始迅速減小。 達到峰值時的縱向附著系數(shù)稱為峰值附著系數(shù)，側(cè)向附著系數(shù)繼續(xù)減小。車輪抱死時，滑移率為最大，縱向附著系數(shù)降至某一數(shù)值后不再變化，側(cè)向附著系數(shù)在車輪抱死時幾乎為零。實質(zhì)上車輪通過輪胎的胎面與地面接觸，輪胎是彈性體，有很強的非線性，車輪滑移率和附著系數(shù)之間的非線性是輪胎的非線性及輪胎與地面之間接觸的非線性所造成的。 由于制動時地面作用在車輪上的地面制動力、和側(cè)滑摩擦力與車輪的附著系數(shù)之間存在式（2-1）、（2-2）所示的線性關(guān)系，所以在制動過程中汽車所受到的地面制動力和側(cè)滑摩擦力，與車輪

32、的滑移率之間也存在同樣的非線性關(guān)系。并且，從圖2-4中縱向附著系數(shù)與車輪滑移率之間的關(guān)系還可以得出制動時車輪由轉(zhuǎn)動到抱死的過程中，地面制動力、將會在車輪的運動狀態(tài)處于滑移率在20%左右的區(qū)域時，達到一個最大值，車輪抱死時，地面制動力反而會減小，減小的程度示路面種類的不同而不同。所以，制動時車輪抱死不僅影響到汽車制動的方向穩(wěn)定性和方向操作性，還通過地面制動力的變化影響到汽車的制動距離。 如果能在制動時把車輪的運動狀態(tài)控制在車輪滑移率S為20%左右，即在圖2-4中的帶狀區(qū)域內(nèi)，既能獲得最大的縱向附著系數(shù)又能獲得較高的側(cè)向附著系數(shù)，使得汽車具有最大的地面制動力和較大的側(cè)滑摩擦力。 這樣能夠在保證汽車

33、的方向穩(wěn)定性和操作性的前提下使汽車有更短的制動距離。這就是ABS系統(tǒng)的基本控制目標。 實驗證明，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移率一縱向附著系數(shù)之間的關(guān)系。 圖2-5 不同路面上滑移率和縱向附著系數(shù)關(guān)系由圖2-5可以看出，各種路面上的變化的總體趨勢是一致的?；坡屎涂v向附著系數(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不一樣，并且對應(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

34、青路面縱向峰值附著系數(shù)高達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。如果這種差別隨路面類型的不同變化比較明顯，則在設(shè)計ABS系統(tǒng)控制方法時，就必須考慮到隨路面類型的不同而采取不同的控制目標和策略。 若汽車在同一種類型路面上制動時的初速度不一樣，車輪的縱向附著系數(shù)和滑移率之間的關(guān)系曲線也會略有不同，制動時的車速越高，車輪的縱向附著系數(shù)越低。但在同一路面上以不同制動初速度制動時車輪的附著系數(shù)一滑移率關(guān)系曲線不會有太大變化。 總之，對于在一種路面上制動的汽車，車輪附著系數(shù)和滑移率之間的非線性特性是決定汽車制動性能的主要因素。 實際上，汽車的制動過程就是車輪和路面之間的一種非線性

35、變化過程，即車輪附著系數(shù)隨車輪運動狀態(tài)非線性變化的過程，所以說汽車的制動過程是一種非線性的制動過程。制動時汽車通過制動系統(tǒng)改變車輪的運動狀態(tài)，從而改變車輪的滑移率，形成整個非線性的制動過程。 2.3 制動時車輪運動方程 制動過程單輪受力如圖2-6所示。 圖2-6 制動過程單輪受力簡圖 制動車輪軸荷與支撐力平衡，該輪轉(zhuǎn)動慣量，半徑r：軸心平移速度V轉(zhuǎn)動角速度，制動器制動力矩 Mu， 通常與車輪制動壓力成正比，系數(shù)K， 則有（2-4） （2-5）制動時制動力遠大于空氣阻力和滾動阻力， 分別為右側(cè)前后輪制， 汽車初速為V，質(zhì)量為（重力G），質(zhì)心到前后軸距離I1 I2 ,軸距，B質(zhì)心高hg， 汽車制動

36、減速度為 （2-6） 前軸載荷 （2-7）后軸載荷 （2-8） 制動時附加轉(zhuǎn)向力矩 MS（Fb1t +F）-（F1r+Fr）B=（F1t -F1r）+（Fb2t-Fr）B（2-9） （2-10）從式 （-）可知，調(diào)節(jié)制動壓力可以使車輪角減速度產(chǎn)生變化：從式（2-10）計算制動時的瞬時車速V，可計算各車輪滑移率，從式 （2-7）（2-8）及各軸載荷可以判斷道路附著系數(shù)，并進行調(diào)節(jié)，故知ABS可以用w/（角加速度）或滑移率S，或滑移率與角加速度聯(lián)合作為控制參數(shù)。 2.4 采用防抱死制動系統(tǒng)的必要性 汽車直線行駛過程中，突然緊急制動，汽車車輪一下子抱死，汽車仍然向前，輪胎和地面之間發(fā)出嚇人的磨擦聲，

37、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痕跡，判斷司機在事故中是否采取了制動措施。然后再測量一下制動距離，看一看該車制動效果好不好。當輪胎的滑移率在 8%-25%時，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。如果司機能控制輪胎的滑移率，使其在制動期間始終處于8%-25% 范圍之內(nèi)，汽車將在更短的制動距離內(nèi)停車。 當汽車轉(zhuǎn)向時，如果汽車緊急制動的話，和直線行駛一樣會出現(xiàn)車輪抱死現(xiàn)象。 由于車輪抱死,汽車的側(cè)向附著力變成了零，汽車輪胎出現(xiàn)側(cè)向滑動，汽車喪夫了控制方向的能力,

38、這是十分危險的。汽車的側(cè)向附著力和制動力之間的關(guān)系十分緊密。在不制動的時候，輪胎前后方向的滑動為零，這時車輪側(cè)向附著力最大。司機踏動制動踏板，隨著制動力的加大，輪胎的滑移率增加，側(cè)向附著力逐漸減速小。最后，當輪胎的滑移率達到 100%時，輪胎抱死。這樣汽車的側(cè)向附著力幾乎等于零。此時汽車正在轉(zhuǎn)彎中，輪胎開始出現(xiàn)側(cè)向滑動。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，如果前后輪都抱死的話，汽車一邊轉(zhuǎn)一邊沿直線前進最后停車。上述各種狀態(tài)是極其危險的。為了避免發(fā)生這些現(xiàn)象，司機在踏動制動板時，必須謹

39、慎從事。在制動過程中，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距離內(nèi)停車并具有良好的控制方向的能力。為了達到上述目的，要求司機在操作時應(yīng)十分精心，即踏動制動踏板使車輪抱死，然后在輪胎抱死的一瞬間放松制動踏板，輪胎一旦開始轉(zhuǎn)動再踏動制動踏板使車輪抱死，如此反復(fù)操作。 在摩擦系數(shù)小的光滑路面上，司機在制動時都很小心，唯恐使車輪抱死，但仍很難做到，原因是司機不知道車輪什么時候抱死。 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時刻刻都在變化，輪胎著地狀態(tài)也每時每刻各不一樣，前后輪胎的載荷分配更是如此。 要完成上述制動要求確實難上加難。 當然技術(shù)熟練

40、的司機在某種程度上能根據(jù)各種條件合理地操作制動，如采用點制動?？墒且坏┯錾暇o急狀態(tài)，大多數(shù)人都是一腳踏死制動踏板，使輪胎抱死為此。上述司機做不到的許多事，利用傳感器就能辦到。將傳感器的數(shù)據(jù)進行整理、判斷、變成執(zhí)行機構(gòu)所必需的信息，這部分工作對于電腦來說是很簡單的，按照電腦的指令執(zhí)行操作，這在機械結(jié)構(gòu)上也不會有什么大問題。ABS系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用到每個車輪制動缸的制動液壓力，以防止無論任何時由于制動過猛而可能引起的車輪抱死。 當不再有可能抱死車輪時，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，增強了車輛方向的可控性，而且縮短了制動距離。 2.5 防抱死制動系統(tǒng)的類型

41、按控制方式分類 目前ABS采用的控制方式可分為兩種：預(yù)測控制方式和模仿控制方式。模仿控制方式是在控制過程中，記錄前一控制周期 即從制動減壓到增壓過程中的各種參數(shù)，再按這些參數(shù)規(guī)定出下一控制周期的控制條件。 此中控制方式更接近理想的制動控制，它能對制動過程中各種因素 （如路面條件、使用的檔位等）的影響及時修正，在各種路面或行駛條件下緊急制動時，使車輪滑移率的變化范圍更窄。 預(yù)測控制方式是預(yù)先規(guī)定控制參數(shù)和設(shè)定值等控制條件，然后再根據(jù)檢測的實際參數(shù)與設(shè)定值進行比較，對制動過程進行控制。根據(jù)控制參數(shù)不同，采用預(yù)測控制方式的ABS又可分為下列四種形式： （1） 以車輪減速度為控制參數(shù)的ABS。此種形式

42、的ABS通過輪速傳感器檢測輪速，并對其進行微分計算求得車輪減速度，然后與ABS電腦中預(yù)先設(shè)定的車輪減速度門限值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令以增加或減小制動壓力，對制動過程進行控制。 （2） 以車輪滑移率為控制參數(shù)的ABS。此種形式的ABS通過傳感器檢測的車速和輪速計算求得車輪的滑移率，然后與ABS電腦中預(yù)先設(shè)定的車輪滑移率門限值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令以增加或減小制動壓力，對制動過程進行控制。輪速傳感器可準確檢測輪速，而準確檢測車速比較困難，目前ABS中應(yīng)用最多的檢測車速的方法是根據(jù)車輪速度近似計算車速。（3） 以車輪減速度和加速度為控制參數(shù)的ABS。此種形式的AB

43、S通過輪速傳感器檢測輪速，并計算求得車輪減速度和加速度，然后與ABS電腦中預(yù)先設(shè)定的車輪減速度或加速度門限值進行比較，對制動過程進行控制。當車輪減速度超過其設(shè)定值時，ABS電腦向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令以減小制動壓力此后車輪將加速旋轉(zhuǎn)； 當車輪加速度超過其設(shè)定值時，ABS電腦向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令增加制動壓力，此后車輪將減速旋轉(zhuǎn)；如此反復(fù)實現(xiàn)ABS控制。（4） 以車輪減速度、加速度和滑移率為控制參數(shù)的ABS。此種控制方式的ABS采用多參數(shù)控制，綜合了上述三種控制方式的優(yōu)點，對制動過程的控制更準確，目前多數(shù)ABS均采用此種控制方式。 按 ABS的布置形式分類ABS的布置形式是指輪速傳感器的數(shù)量、 制動壓力調(diào)

44、節(jié)器控制的通道數(shù)和對各車輪制動器壓力的控制方式。 根據(jù) ABS中控制管路 （通道） 數(shù)和傳感器數(shù)量及其控制方式的不同，ABS可分為以下幾種類型： （1） 四傳感器四通道式 （四輪獨立控制方式） 四傳感器四通道分別控制，系統(tǒng)具有四個傳感和四個控制通道，可對兩前輪和兩后輪獨立進行制動壓力的控制。 這種類型的ABS系統(tǒng)能根據(jù)各個車輪的瞬間附著狀態(tài)的需要分別控制車輪制動器制動力矩，因此采用這種類型ABS的汽車在緊急制動時可獲得最短的制動距離和最好的操縱性。但在不對稱路面上緊急制動時,由于作用在前后左右輪上的制動力不相同，汽車偏轉(zhuǎn)力矩較大，方向穩(wěn)定性不太好，未經(jīng)培訓的駕駛員很難控制住汽車的偏轉(zhuǎn)。（2）

45、四傳感器四通道式（前輪獨立一后輪低選擇控制方式）對于采用X形制動管路的汽車，常用四傳感器四通道后輪選控式ABS系統(tǒng)。 該系統(tǒng)前輪獨立控制，后輪按選擇方式控制，即以易抱死的車輪（轉(zhuǎn)矩較小的車輪）為標準，給兩后輪施加相等的制動力矩控制車輪轉(zhuǎn)動。 由于后輪采用了低選擇控制方式，從而使得汽車在不對稱路面上緊急制動時偏轉(zhuǎn)力矩減小，駕駛員較容易控制住汽車的偏轉(zhuǎn)。 采用形制動管路布置方式時因為左右兩后輪不是同一制動管路，因此需要四個控制通道。 （） 四傳感器三通道式 （前輪獨立一后輪低選擇控制方式）對于采用制動管路前后布置方式的汽車，常用四傳感器三通道式ABS系統(tǒng)來實現(xiàn)前輪左右獨立控制，后輪低選擇控制（以轉(zhuǎn)

46、矩較小的車輪為控制標準），同時對兩個后輪進行控制，使汽車有較好的方向穩(wěn)定性。 （） 四傳感器二通道式（前輪獨立控制方式）這種控制方式是在X形制動管路布置方式汽車上采用的一種簡易ABS系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用兩個傳感器分別控制汽車兩前輪，根據(jù)后輪的兩個輪速傳感器信號計算出基準速度，利用對角前輪的制動液壓力通過減壓閥按一定比例減壓后傳至后輪，從而控制后輪的制動器制動力矩。 在不對稱的路面上緊急制動時，高附著系數(shù)一側(cè)前輪產(chǎn)生的高壓傳至低附著系數(shù)一側(cè)后輪，該后輪發(fā)生抱死。 而低附著系數(shù)一側(cè)前輪液壓較低，傳至高附著系數(shù)一側(cè)后輪時不發(fā)生抱死，能夠保持汽車方向穩(wěn)定性。四傳感器二通道前輪獨立控制ABS系統(tǒng)與三通道式或

47、四通道式相比較，后輪制動力一般都稍微不足，汽車緊急制動時制動距離有所加長，但后輪滑移較小，制動穩(wěn)定性較好。（） 四傳感器二通道式 （前輪獨立一后輪低選擇控制方式） 在前述四傳感器二通道前輪獨立控制方式基礎(chǔ)上，把比例閥改為選擇閥，控制高附著系數(shù)一側(cè)前輪的高壓不直接傳到低附著系數(shù)一側(cè)后輪，只升至低附著系數(shù)一側(cè)前輪的制動壓力。這種類型的ABS系統(tǒng)與前述的沒有選擇閥的系統(tǒng)相比，可以避免后輪抱死，使其控制效果更接近于三通道甚至四通道ABS系統(tǒng)。（） 三傳感器三通道式 （前輪獨立一后輪低選擇控制方式）該類型ABS系統(tǒng)適用于前后布置管路的汽車，兩個前輪上分別安裝輪速傳感器，兩個后輪的傳感器由裝在差速器上的傳

48、感器代替。 兩個前輪采用獨立控制，后輪的控制則是根據(jù)差速器發(fā)出的信號，對兩個后輪進行低選，用一條通道實施控制。 （） 二傳感器二通道式 二傳感器二通道式ABS系統(tǒng)主要用于摩托車。 這種方式?jīng)]有電子控制單元，屬于機械A(chǔ)BS （） 單傳感器單通道式 （后輪近似低選擇控制方式） 這種控制方式采用一個傳感器及同一條通道控制兩個后輪。對于制動管路前后布置的汽車只對后輪進行低選擇控制，因為前輪易抱死，汽車操縱性不好，在濕路面上緊急制動時，制動距離較長。ABS是把汽車車輪的運動狀態(tài)控制在窄小滑移范圍之內(nèi)的一種控制裝置，它的作用效果在于： 緊急制動時既保證了前輪的操縱性，又保證了后輪不產(chǎn)生側(cè)滑，能夠保持汽車的

49、方向穩(wěn)定性。 ABS對汽車車輪所控制的滑移率范圍也是保證最佳地面制動力產(chǎn)生的范圍，因此也能得到最短制動距離。 即對各種類型ABS系統(tǒng)的優(yōu)劣評價應(yīng)是基于操縱性、 方向穩(wěn)定性和制動距離這3個方面來進行。 按 ABS的結(jié)構(gòu)和原理分類 （） 液壓制動系統(tǒng) ABS。按其液壓控制部分的結(jié)構(gòu)原理不同主要可分為整體式、分離式和活塞泵式三種類型。其主要區(qū)別是：整體式ABS中，制動壓力調(diào)節(jié)器與制動主缸結(jié)合為一個整體，其結(jié)構(gòu)更為緊湊；分離式 ABS中，制動壓力調(diào)節(jié)器與制動主缸分別為獨立的總成；活塞泵式ABS中裝有三個帶控制閥的活塞泵。 （2）氣壓制動系統(tǒng) ABS （） 氣頂液制動系統(tǒng) ABS。氣頂液制動系統(tǒng)兼有氣壓

50、和液壓兩種制動系統(tǒng)的特點。 氣頂液制動系統(tǒng)ABS按其結(jié)構(gòu)原理又可分為兩種類型：一種是通過對氣頂液動力缸輸入空氣壓力來控制制動壓力的ABS：另一種是直接控制由氣頂液動力缸輸出到各車輪制動器的制動液壓力的ABS 2.6 防抱死制動系統(tǒng)基本工作原理 ABS系統(tǒng)是通過在制動時按一定規(guī)律不斷改變制動液壓力使車輪不產(chǎn)生抱死狀態(tài)的。這種對制動液壓力的改變過程實際上就是ABS系統(tǒng)控制方法實施的過程。下面以基于車輪加減速度邏輯門限值的控制方法對直線單一路面的制動過程的控制為例，簡單說明ABS的基本工作原理。 ABS系統(tǒng)在制動時對制動油壓的控制過程如圖 2-7所示。 汽車開始制動時，駕駛員踩下制動踏板，制動管路中

51、油壓由零開始上升，制動器使車輪上產(chǎn)生制動力矩，同時產(chǎn)生地面制動力使汽車和車輪都開始減速。此時 ABS系統(tǒng)不對制動過程進行干預(yù)，所以制動油壓迅速增加，車輪減速度也增大。當車輪減速度的值達到規(guī)定的門限值-時，產(chǎn)生減壓信號，圖2-7中1點所示，ABS系統(tǒng)開始工作，降低制動油壓。由于液壓制動系統(tǒng)的慣性，車輪減速度仍然下降一段時間，然后開始減小并小于門限值-時，圖 2-7中2點，產(chǎn)生保壓信號，ABS保持制動油壓不變，車輪由減速狀態(tài)進入加速狀態(tài)，車輪速度開始回升并靠近車速，當車輪加速度值達到設(shè)定的門限值時，圖2-7中3點，產(chǎn)生升壓信號，ABS使制動油壓上升，車輪加速度在上升一段時間后開始減小，車輪由加速狀

52、態(tài)又進入減速狀態(tài)，并再次進入另一個控制循環(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)鍵在于對車輪加、 減速度門限值的設(shè)定，合適的門限值可以使車輪的運動狀態(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來確定。 除了設(shè)定車輪加減速度門限值之外，還可以根據(jù)控制質(zhì)量和路面類型的不同設(shè)定不同的門限值來提高控制的質(zhì)量，如參考滑移率門限值等。 在ABS中，每個車輪上各安置一個轉(zhuǎn)速傳感器，將各車輪轉(zhuǎn)速信號輸入電子控制裝置 ECU. ECU根據(jù)各車輪轉(zhuǎn)傳感器輸入的信號對各個車輪的運動狀態(tài)進行監(jiān)測和判定并形成相應(yīng)的控制指令。制動壓力調(diào)節(jié)裝置主要由調(diào)壓電

53、磁閥總成、電動泵總成和儲液器等組成一個獨立的整體，通過制動管路與制動主缸和各制動輪缸相連，制動壓力調(diào)節(jié)裝置受電子控制裝置的控制，對各制動輪缸的制動壓力進行調(diào)節(jié)。 ABS的工作過程可以分為常規(guī)制動、制動壓力保持、制動壓力減小和制動壓力增大等階段。在常規(guī)制動階段，ABS并不介入制動壓力控制，調(diào)壓電磁閥總成中的各進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)，電動泵也不通電運轉(zhuǎn)，制動主缸至各制動輪缸的制動管路均處于溝通狀態(tài)，而各制動輪缸至儲液器的制動管路均處于封閉狀態(tài)，各制動輪缸的制動壓力將隨制動主缸的輸出壓力而變化，此時的制動過程與常規(guī)制動系統(tǒng)的制動過程完全相同。 在制動過

54、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)速信號判定有車輪趨于抱死時，ABS就進入防抱死制動壓力調(diào)節(jié)過程。 例如，當ECU判定右前輪趨于抱死時，ECU就使控制右前輪制動壓力的進液電磁閥通電，使右前進液電磁閥轉(zhuǎn)入關(guān)閉狀態(tài)，制動主缸輸出的制動液不再進入右前制動輪缸，此時，右前出液電磁閥仍未通電而處于關(guān)閉狀態(tài)，右前制動輪缸中的制動液也不會流出，右前制動輪缸的制動壓力就保持一定，而其它未趨于抱死車輪的制動壓力仍會隨制動輪缸的制動主缸輸出壓力的增大而增大，如果在右前制動輪缸的制動壓力保持一定時，ECU右前輪仍然趨于抱死，ECU右前出液電磁閥也通電 圖2-7 基于車輪加減速度邏輯門限值控制方法的AB

55、S系統(tǒng)油壓控制循環(huán)圖而轉(zhuǎn)入開啟狀態(tài)，右前制動輪缸中的部分制動液就會經(jīng)過處于開啟狀態(tài)的出液電磁閥流回儲液器，使右前制動輪缸的制動壓力迅速減小，右前輪的抱死趨勢將開始消除，隨著右前輪的抱死趨勢己經(jīng)完全消除時，ECU就使右前進液電磁閥和出液電磁閥都斷電，使進液電磁閥轉(zhuǎn)入開啟狀態(tài)，使出液電磁閥轉(zhuǎn)入關(guān)閉狀態(tài)，同時也使電動泵通電運轉(zhuǎn)，向制動輪缸送制動液，由制動主缸輸出的制動液和電動泵通電運轉(zhuǎn)，向制動輪缸泵送制動液，由制動主缸輸出的制動液和電動泵通電運轉(zhuǎn)，向制動輪缸泵送制動液，由制動主缸輸出的制動液和電動泵泵送的制動液都經(jīng)過處于開啟狀態(tài)的右前進液電磁閥進入右前制動輪缸，使右前制動輪缸的制動壓力迅速增大，右前

56、輪又開始減速轉(zhuǎn)動。ABS 通過使趨于抱死車輪的制動壓力循環(huán)往復(fù)地經(jīng)歷保持一減小一增大過程，而將趨于抱死車輪的滑移率控制在峰值附著系數(shù)滑移率的上范圍內(nèi)，直至汽車速度減小到很低或者制動主缸的輸出壓力不再使車輪趨于抱死時為止，制動壓力調(diào)節(jié)循環(huán)的頻率可達 3-20Hz在該ABS中對應(yīng)于每一個制動輪缸各有一對進液和出液電磁閥，可由ECU分別進行控制，因此，各制動輪缸的制動壓力能夠被獨立地調(diào)節(jié)，從而使四個車輪都不發(fā)生制動抱死現(xiàn)象。 2.6 .1系統(tǒng)工作過程 制動壓力調(diào)節(jié)裝置 （簡稱液壓調(diào)節(jié)器）主要由8個2位2通調(diào)壓電磁閥、1個雙聯(lián)式電動液壓柱塞泵、2個儲液室、2個低壓儲能室、1個電動液壓泵和幾個單向閥等組成。電動液壓泵轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速信號輸入ECU，供ECU動液壓泵的運轉(zhuǎn)情況。 液壓調(diào)節(jié)閥通過管路與制動主缸和各制動輪缸相連。液壓調(diào)節(jié)器工作原理如圖2-8示。 圖2-8 液壓調(diào)節(jié)器工作原理圖1一低壓儲能器： 2液壓柱塞泵； 3一電動機： 4嘴業(yè)動土缸儲液室；5制動主缸： 6一儲液室； 7一進液電磁閥 （常開）； 8一出液電磁閥 （常閉） 1常規(guī)制動過程 制動系