文獻(xiàn)綜述--三通道abs液壓控制系統(tǒng)仿真

1、<p>　　三通道ABS液壓控制系統(tǒng)仿真</p><p>　　摘 　要:汽車用制動(dòng)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱ABS)是汽車主動(dòng)安全性能的一項(xiàng)重要技術(shù),目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,本文介紹了ABS發(fā)展歷史、現(xiàn)狀以及工作原理和發(fā)展趨勢(shì),并著重介紹了國(guó)內(nèi)ABS的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞:汽車;制動(dòng)防抱死系統(tǒng);滑移率;附著系數(shù)</p><p>　　A

2、bstract : The Anti—lock Braking System (ABS) , which is a great importance to active safety of vehicles , has been widely used in home and abroad. This paper introduces t he control concept ,the history of development of

3、 ABS, It emphasizes the domestic status and trend of ABS. It emphasizes t he domestic stat us and t rend of ABS.</p><p>　　Key words :automobile ; Anti—Lock Braking System ; slip ratio ; adhesion coefficient&

4、lt;/p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展和道路交通設(shè)施的不斷完善,汽車已經(jīng)逐漸成為人們的代步工具,人們?cè)谙硎芷噹硎孢m、便捷的同時(shí),也對(duì)汽車行駛的安全性能提出了更高的要求,改善汽車的制動(dòng)性能始終是汽車設(shè)計(jì)、制造部門的重要任務(wù)。制動(dòng)性能是汽車主要的安全性能之一。評(píng)價(jià)一輛汽車的制動(dòng)性能最基本的指標(biāo)是制動(dòng)加速度、制動(dòng)距離、制動(dòng)時(shí)

5、間及制動(dòng)時(shí)方向的穩(wěn)定性。制動(dòng)時(shí)方向的穩(wěn)定性,是指汽車制動(dòng)時(shí)仍能按指定的方向的軌跡行駛。如果因?yàn)槠嚨木o急制動(dòng)(尤其是高速行駛時(shí))而使車輪完全抱死,那是非常危險(xiǎn)的。若前輪抱死,將使汽車失去轉(zhuǎn)向能力;若后輪抱死,將會(huì)出現(xiàn)甩尾或調(diào)頭(跑偏、側(cè)滑),尤其在路面濕滑的情況下,對(duì)行車安全造成極大的危害。汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(Anti-lock Braking System，簡(jiǎn)稱ABS),是一種機(jī)電液一體化裝置,它在傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,采用電子控制技

6、術(shù),以實(shí)現(xiàn)制力的自動(dòng)調(diào)節(jié),防止制動(dòng)車輪抱死,以期獲得最有效的制動(dòng)效果,并大大提高車輛主動(dòng)安全性。ABS能夠利用輪胎和路面之間的峰值附著性能,提高汽車抗側(cè)滑性能,充分發(fā)揮制動(dòng)效能,同時(shí)增加汽車制動(dòng)過程中的可控性,從而減少事故發(fā)生的可能性,是一種具有防滑、</p><p>　　一、汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展</p><p>　　原始的制動(dòng)控制只是駕駛員操縱一組簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置向制動(dòng)器施加作用力，這

7、時(shí)的車輛質(zhì)量比較小，速度比較低，機(jī)械制動(dòng)已能滿足車輛制動(dòng)的需要。但是隨著汽車自身質(zhì)量的增加，助力裝置對(duì)機(jī)械制動(dòng)器來說已顯得十分必要。這時(shí)，開始出現(xiàn)了真空助力裝置。1932年生產(chǎn)的質(zhì)量為2860kg的凱迪拉克V16車，四輪采用直徑419．1mm的鼓式制動(dòng)器，裝有制動(dòng)踏板控制的真空助力裝置。這個(gè)時(shí)期各種防抱死制動(dòng)系統(tǒng)采用的都是機(jī)械式車輪速度傳感器和機(jī)械式制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置，因而其轉(zhuǎn)速信號(hào)不精確，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性和精確性也難以保證，控制效果

8、并不理想。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及汽車工業(yè)的發(fā)展，尤其是軍用車輛及軍用技術(shù)的發(fā)展，車輛制動(dòng)系統(tǒng)有了新的突破，液壓制動(dòng)是繼機(jī)械制動(dòng)后的又一重大革新?？巳R斯勒的四輪液壓制動(dòng)器于1924年問世。通用和福特分別于1934年和1939年采用了液壓制動(dòng)技術(shù)。1936年，博世公司申請(qǐng)一項(xiàng)電液控制的ABS裝置專利，促進(jìn)了防抱死制動(dòng)系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用。</p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)

9、展，電子控制防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展成為可能。20世紀(jì)60年代后期70年代初期，一些電子控制防抱死制動(dòng)系統(tǒng)開始進(jìn)入產(chǎn)品化階段。1968年凱爾塞·海伊斯公司研制生產(chǎn)了稱為“Sure-Track”的兩輪防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電子控制裝置根據(jù)磁電式轉(zhuǎn)速傳感器輸入的轉(zhuǎn)速信號(hào)，對(duì)制動(dòng)過程中后輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行判定，通過控制由真空驅(qū)動(dòng)的制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器對(duì)后制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，并在1969年裝于福特公司的雷鳥(Thunderbird)和大

10、陸·馬克(Continental MKIII)轎車上。1971年，克萊斯勒公司與迪克斯公司合作研制的被稱為“Sure-brake”四輪防抱死制動(dòng)系統(tǒng)開始裝備于帝國(guó)(Imperial)轎車上。博世公司和特維斯公司在同期都研制了各自的第一代電子控制防抱死制動(dòng)系統(tǒng)。這一時(shí)期各種防抱死制動(dòng)系統(tǒng)都采用模擬式電子控制裝置，這種裝置存在反應(yīng)速度慢、控制精度低、易受干擾等缺陷，致使各種防抱死制動(dòng)系統(tǒng)均未達(dá)到預(yù)期的控制效果。</p>

11、<p>　　進(jìn)入20年代后期，數(shù)字式電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，為防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)用化奠定了基礎(chǔ)。德國(guó)博世公司在1978年率先推出了采用數(shù)字電路控制的電子控制裝置的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，并將其裝備于奔馳轎車上，從而揭開了現(xiàn)代防抱死制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的序幕。此后，歐、美、日的許多制動(dòng)器專業(yè)公司和汽車公司也相繼研制出了形式多樣的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)。</p><p>　　20世紀(jì)80年代后期，ABS在世界汽

12、車技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的實(shí)用和推廣。它極大地提高了汽車的主動(dòng)安全性，被認(rèn)為是汽車上采用安全帶技術(shù)以來在安全性方面所取得的最為重要的技術(shù)成就。隨著大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的出現(xiàn)，以及電子信息處理技術(shù)的高速發(fā)展，ABS已成為性能可靠、成本日趨下降的具有廣泛應(yīng)用前景的成熟產(chǎn)品。</p><p>　　目前，通用、奔馳、寶馬和保時(shí)捷等公司生產(chǎn)的轎車上已100％裝備了ABS。</p><p>

13、;　　二、我國(guó)汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的研究及發(fā)展概況</p><p>　　我國(guó)對(duì)ABS的研究始于20世紀(jì)80年代初期，并逐步制定了一些制動(dòng)和安全性方面的法規(guī)。1999年10月1日實(shí)施的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBl2676—1999明確規(guī)定：重量在12噸以上的客車、重量在16噸以上的重型汽車，以及重量在10噸以上的04類掛車必須安裝ABS。目前，ABS的研究在我國(guó)成為熱門課題，許多高校、科研單位和生產(chǎn)廠家正在加速攻關(guān)和技術(shù)引進(jìn)步伐。

14、國(guó)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、長(zhǎng)安大學(xué)(原西安公路學(xué)院)、清華大學(xué)等。東風(fēng)汽車公司從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(biāo)是對(duì)國(guó)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，現(xiàn)已進(jìn)入產(chǎn)品試制和裝車試驗(yàn)階段。目前國(guó)內(nèi)研制生產(chǎn)的ABS產(chǎn)品中比較成熟的主要有FKX-ACI型、ABSl21型和ABSl41型等型號(hào)。但

15、是，我國(guó)ABS的研發(fā)工作起步較晚，技術(shù)水平與先進(jìn)國(guó)家相比還有一定差距，實(shí)際上還處于研制、試驗(yàn)階段，遠(yuǎn)未能達(dá)到大批量生產(chǎn)的階段，不少汽車所用的ABS仍然采用進(jìn)口產(chǎn)品，這一現(xiàn)狀亟待改進(jìn)。</p><p>　　三、ABS的組成和工作原理</p><p>　　通常，ABS是在普通制動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝車輪速度傳感器、ABS電控單元、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置及制動(dòng)控制電路等組成的(如圖1.1)。</p&

16、gt;<p>　　1.前輪速度傳感器2.制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置3.ABS電控單元4.ABS警告燈5．后輪速度傳感器6.停車燈開關(guān)7.制動(dòng)主缸8.比例分配閥9.制動(dòng)輪缸10.蓄電池11．點(diǎn)火開關(guān)</p><p>　　制動(dòng)過程中，ABS電控單元(ECU不斷地從傳感器l和5獲取車輪速度信號(hào)，并加以處理，分析是否有車輪即將抱死。</p><p>　　如果沒有車輪即將抱死拖滑，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝

17、置2不參與工作，制動(dòng)主缸7和各制動(dòng)輪缸9相通，制動(dòng)輪缸中的壓力繼續(xù)增大，此即ABS制動(dòng)過程中的增壓狀態(tài)。</p><p>　　如果電控單元判斷出某個(gè)車輪(假設(shè)為左前輪)即將抱死拖滑，它即向制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出命令，關(guān)閉制動(dòng)主缸與左前制動(dòng)輪缸的通道，使左前制動(dòng)輪缸的壓力不再增大，此即ABS制動(dòng)過程中的保壓狀態(tài)。</p><p>　　若電控單元判斷出左前輪仍趨于抱死拖滑狀態(tài)，它即向制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)

18、裝置發(fā)出命令，打開左前制動(dòng)輪缸與儲(chǔ)液室或儲(chǔ)能器(圖中未畫出)的通道，使左前制動(dòng)輪缸中的油壓降低，此即ABS制動(dòng)過程中的減壓狀態(tài)。</p><p>　　四、ABS的分類與控制方法</p><p>　　按實(shí)現(xiàn)制動(dòng)防抱死功能的結(jié)構(gòu)和控制方法的不同，ABS可分為以下三種類型：</p><p>　　(1)機(jī)械式ABS：這種類型的ABS是在車輪輪轂附近安裝一個(gè)慣性式車輪角減速度

19、傳感器，傳感器主要由飛輪和隨車輪減速自動(dòng)產(chǎn)生軸向位移的機(jī)構(gòu)所組成。該機(jī)構(gòu)的軸向位移用來控制制動(dòng)管路的壓力。</p><p>　　(2)電子控制的ABS：目前應(yīng)用最為廣泛同時(shí)也是發(fā)展得比較成熟的是電子控制式ABS產(chǎn)品，其中又包括液壓制動(dòng)ABS和氣壓制動(dòng)ABS，液壓制動(dòng)ABS通常應(yīng)用于整備質(zhì)量小于3．5t的轎車、越野車和輕型客、貨車上；氣壓制動(dòng)ABS通常用于整備質(zhì)量大于3．5t的客車和載重卡車上。電子控制的ABS主要

20、包括以下幾個(gè)組成部分：</p><p>　　①電控單元(簡(jiǎn)稱ECU)。它通常由16位單片機(jī)構(gòu)成，它的功能之一是檢測(cè)車輪速度信息，在進(jìn)行計(jì)算后按控制參數(shù)適時(shí)發(fā)出指令，調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力，防止車輪抱死；功能之二是對(duì)ABS系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷和報(bào)警，保證系統(tǒng)一旦發(fā)生嚴(yán)重故障，立刻向駕駛員報(bào)警并恢復(fù)常規(guī)制動(dòng)，使制動(dòng)功能不會(huì)失效。</p><p>　?、谳喫賯鞲衅?。它通常采用磁電式或霍爾式傳感器，由它獲得車輪

21、速度信號(hào)給ECU提供制動(dòng)過程車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息。</p><p>　　⑨電磁閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)(又稱壓力調(diào)節(jié)器)。它是控制制動(dòng)壓力的主要部件。其響應(yīng)速度一般要求12．15Hz。</p><p>　?、芟到y(tǒng)外圍電路和管路。它們是電源供給、報(bào)警燈顯示和制動(dòng)管路。</p><p>　　(3)自適應(yīng)控制ABS：自適應(yīng)控制是根據(jù)最佳控制理論構(gòu)成輪速的伺服控制，從而實(shí)現(xiàn)高精度的控制。它

22、的基本出發(fā)點(diǎn)是利用路面峰值附著系數(shù)處的滑移率來伺服控制汽車的制動(dòng)：從而達(dá)到最佳的制動(dòng)穩(wěn)定性和最短的制動(dòng)距離。但由于路面附著系數(shù)和瞬時(shí)車速的測(cè)量等一系列的難題有待克服，故自適應(yīng)控制的ABS尚處于研究中。日本、德國(guó)已經(jīng)在進(jìn)行此項(xiàng)課題的前期研究。</p><p>　　ABS配置的選擇主要由性能價(jià)格比來決定。性能主要以整車的穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向輪的可操縱性和制動(dòng)距離作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，控制通道數(shù)不同，其性能也不相同。按控制通道數(shù)ABS

23、可分為單通道、雙通道、三通道、四通道和多通道等幾種配置。單通道結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，常用于輕型卡車后輪低選控制，能有效防止后輪側(cè)滑；雙通道目前已很少采用；三通道是目前在轎車和輕型車上應(yīng)用最多的一種配置方式，它采用兩前輪獨(dú)立控制，后輪低選控制；四通道系統(tǒng)各車輪獨(dú)立控制，多用于轎車上；多通道ABS一般用于多軸卡車和掛車上。</p><p>　　目前市場(chǎng)上已有的ABS產(chǎn)品幾乎毫無例外地采用邏輯門限值控制方法，它并不涉&l

24、t;/p><p>　　及具體系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，這對(duì)于非線性系統(tǒng)是一種有效的控制方法，具有控制簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，便于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，但控制邏輯復(fù)雜，波動(dòng)較大。從目前的應(yīng)用情況看，該方法較好地實(shí)現(xiàn)了ABS的控制。ABS的控制方法還有滑模變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、制動(dòng)器耗散功率控制等許多種方法，但由于這些方法實(shí)現(xiàn)起來還有一定的困難，目前未應(yīng)用于實(shí)車上。邏輯門限值控制方法主要是根據(jù)兩個(gè)判據(jù)來進(jìn)行，一是以車輪角減速度作為控制參數(shù)，角減速度

25、大說明車輪容易抱死，所以存在一個(gè)門限值；二是以車輪滑移率作為輔助控制參數(shù)使用，滑移率大說明車輪容易抱死，也有一定的門限值與之對(duì)應(yīng)，此種控制方式是目前被普遍采用的方法。</p><p><b>　　五、發(fā)展趨勢(shì)與展望</b></p><p>　　由于ABS的有效性在汽車安全行駛中的不斷體現(xiàn)，得到了越來越多的認(rèn)同，未來汽車普遍安裝ABS已成為汽車工業(yè)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)，然

26、而作為ABS技術(shù)本身，在許多方面仍需研究和提高。ABS的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p>　　(1)ABS壓力調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)及制造加工技術(shù)：降低ABS系統(tǒng)的成本，是普及ABS的一個(gè)重要方面。在ABS系統(tǒng)中，機(jī)械執(zhí)行部件幾乎占整個(gè)系統(tǒng)成本的一半。其中電磁閥是ABS系統(tǒng)的執(zhí)行部件，應(yīng)當(dāng)具有響應(yīng)快、遲滯時(shí)間短等特點(diǎn)，一般應(yīng)當(dāng)具有大于150Hz的開關(guān)頻率。因此，目前ABS壓力調(diào)節(jié)器的發(fā)展一方面是提高

27、液壓機(jī)構(gòu)的集成度(針對(duì)液壓制動(dòng)ABS)，使電磁閥、回流泵、蓄能器和阻尼器等部件集成為一個(gè)整體，同時(shí)改進(jìn)電磁閥的設(shè)計(jì)和工藝，降低液壓部件的成本；另一方面是把制動(dòng)防抱(ABS)與驅(qū)動(dòng)防滑(ASR)兩種控制結(jié)合起來，使控制性能大大提高，價(jià)格卻因許多部件可以共用而提高不多。</p><p>　　(2)ABS電子控制單元ECU的軟硬件技術(shù)：隨著計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)的飛速發(fā)展，ABS電子控制單元不斷向小型化、低成本、高性能發(fā)展。

28、硬件方面，電控單元的主芯片正由原來的8位機(jī)、16位機(jī)向32位機(jī)發(fā)展，其他電子元件、集成電路也在向進(jìn)一步集成化、專用化發(fā)展。軟件方面將采用現(xiàn)代控制理論，實(shí)現(xiàn)更深入準(zhǔn)確的控制，即ABS的自適應(yīng)輪速伺服控制系統(tǒng)。另外，在目前的控制軟件設(shè)計(jì)中，引入模糊控制理論，也將對(duì)控制性能有所改善和提高。</p><p>　　(3)輪速傳感器技術(shù)：傳感器是ABS的一個(gè)重要元件，利用輪速傳感器可以獲得汽車的輪速信號(hào)。然而整車瞬時(shí)車速傳感

29、器價(jià)格昂貴，不適用于ABS系統(tǒng)。研制出低成本的瞬時(shí)車速傳感器或是能直接獲得汽車車輪瞬時(shí)滑移率的傳感器，將會(huì)使ABS開發(fā)中應(yīng)用自適應(yīng)控制理論問題得到重大突破，ABS的控制將更加簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確和高效。</p><p>　　(4)路面識(shí)別技術(shù)：ABS技術(shù)能適應(yīng)于不同材料、不同情況的路面并保持其優(yōu)良的工作性能。目前采用的方法是通過對(duì)輪速信號(hào)變化情況的分析，配合加速度傳感器(只有通、斷兩種狀態(tài))的使用，定性地識(shí)別路面附著性能，

30、使用相應(yīng)的控制門值去控制防抱過程。這種路面的識(shí)別方法是建立在合理的理論分析計(jì)算和大量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的。如何準(zhǔn)確地獲得制動(dòng)瞬間路面的附著性能也是ABS研究領(lǐng)域的一個(gè)難題。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]劉穎姣,王貴勇,韓繼光.汽車ABS技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)研究[J].重型汽車.2007,8</p><p>　　

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