機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-汽車abs系統(tǒng)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【全套圖紙】

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)概述1</p><p>　　1.1 ABS的功能1</p><p>　　1.2 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷史2</p><p>　　1.3 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)3</p><p>　　1.4

2、國(guó)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5</p><p>　　2 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本原理7</p><p>　　2.1 制動(dòng)時(shí)汽車的運(yùn)動(dòng)7</p><p>　　2.1.1 制動(dòng)時(shí)汽車受力分析7</p><p>　　2.1.2 車輪抱死時(shí)汽車運(yùn)動(dòng)情況8</p><p>　　2.2 滑移率定義

3、10</p><p>　　2.3 滑移率與附著系數(shù)關(guān)系10</p><p>　　2.4 制動(dòng)時(shí)車輪運(yùn)動(dòng)方程12</p><p>　　2.5 采用防抱死制動(dòng)的必要性13</p><p>　　2.6 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的基本工作原理14</p><p>　　3 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)18</p>

4、<p>　　3.1 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式與組成18</p><p>　　3.1.1防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式18</p><p>　　3.1.2防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的基本組成21</p><p>　　3.2 80C196KC最小系統(tǒng)23</p><p>　　3.2.1 CPU簡(jiǎn)介24</p><p&

5、gt;　　3.2.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)28</p><p>　　3.3 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)輪速傳感器選擇29</p><p>　　3.3.1霍爾傳感器的設(shè)計(jì)32</p><p>　　3.3.2霍爾開關(guān)電路的選擇32</p><p>　　3.3.3傳感器齒盤的設(shè)計(jì)34</p><p>　　3.4 防抱死制動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)

6、工作過程935</p><p>　　3.5 電源設(shè)計(jì)39</p><p>　　3.6 信號(hào)輸入電路設(shè)計(jì)39</p><p>　　3.7 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)40</p><p>　　3.8 泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)43</p><p>　　3.9 ABS系統(tǒng)報(bào)警LED燈設(shè)計(jì)44</p>

7、<p>　　3.10 EPROM和RAM的擴(kuò)展45</p><p>　　3.11故障診斷硬件電路設(shè)計(jì)47</p><p>　　3.12硬件抗干擾設(shè)計(jì)48</p><p>　　3.13車輪制動(dòng)器的選擇52</p><p>　　4 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)54</p><p>　　4.1 控制方案和控制

8、參數(shù)的選取55</p><p>　　4.2 控制參數(shù)及其計(jì)算56</p><p>　　4.2.1門限減速度的求取56</p><p>　　4.2.2門限加速度的求取58</p><p>　　4.2.3路面識(shí)別技術(shù)58</p><p>　　4.2.4車身參考速度的確定58</p><p&

9、gt;　　4.3 控制過程62</p><p>　　4.4 程序設(shè)計(jì)65</p><p>　　5 結(jié)論與展望67</p><p>　　5.1 研究工作總結(jié)67</p><p>　　5.2 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展方向67</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)70</b></p&

10、gt;<p><b>　　英文翻譯68</b></p><p><b>　　附錄77</b></p><p><b>　　致謝84</b></p><p>　　全套圖紙，加153893706</p><p><b>　　摘 要</b>

11、</p><p>　　ABS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，是一種新型的汽車電子控制產(chǎn)品，并得到了越來越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　本文以轎車為研究對(duì)象，展開對(duì)汽車ABS的研究。主要完成了以下的工作：</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>

12、　　通過比較電磁感應(yīng)式輪速傳感器和霍爾效應(yīng)傳感器的性能優(yōu)缺點(diǎn)，采用并設(shè)計(jì)了霍爾效應(yīng)式輪速傳感器；</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；</p><p>　　經(jīng)比較各種控制方案，確定了“邏輯門限制法”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

13、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)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</p><p><

14、b>　　ABSTRCT</b></p><p>　　Anti-lock Braking System (ABS) is an important device to improve the active safety of vehicle. ABS can greatly improve steering control ability during the brake maneuver and

15、 shorten stopping distance. Today with the improvement of the vehicle speed, ABS is applied widely.</p><p>　　With the car as the research object, the research on ABS has been carried on. And a series of work

16、 were finished:</p><p>　　The dynamic situation of wheel was analyzed. Then, the model of hydraulic ABS was built and assured main complication affect the wheeler appendiculate coefficient.</p><p&g

17、t;　　By comparing the capability of electromagnetism rotate speed sensor with Houer rotate speed sensor, we chose the later, and have designed a sensor of this kind.</p><p>　　Via analyse the control system st

18、ructure, we have designed a real-time system with the singlechip 80c196kc produced by Intel company .It comprises with signal input, singlechip system, output, drive electro circuit and otherwise parts of hardware segmen

19、t.</p><p>　　After comparing the different projects of the controllers, the method of logic rate has been comfirmed, and the combination of acceleration and slippage rate as been chose as control parameters.

20、 The time gate method to calculate the wheel rotate speed was adopted.</p><p>　　In this paper, based on the knowledge I have mastered, I designed a ABS system and realized the control function in theory, acc

21、omplished my assignment. I have gotten a in-depth understand of motorcar trig theory and equipment. It widen my knowledge scope, improved my ability of solving problems.</p><p>　　Kyewords: ABS electronic

22、control slippage gate rotate speed sensor</p><p>　　1 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)概述</p><p>　　1.1 ABS的功能 </p><p>　　汽車ABS在高速制動(dòng)時(shí)用來防止車輪抱死，ABS是英文Anti-lock Brake Syetem的縮寫，全文的意思是防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱ABS。</p&g

23、t;<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

24、面越滑，車輪越容易?？傊?，汽車制動(dòng)時(shí)車輪如果抱死將產(chǎn)生以下不良影響：方向失去控制，出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾，甚至翻車；制動(dòng)效率下降，延長(zhǎng)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的發(fā)生而研制的裝置，它有以下幾點(diǎn)好處：增加制動(dòng)穩(wěn)定性，防止方向失控、側(cè)滑和甩尾；提高制動(dòng)效率，縮短制動(dòng)距離（松軟的沙石路面除外）；減少輪胎磨損，防止爆胎。</p>

25、<p>　　現(xiàn)代轎車的ABS由輸入傳感器、控制電腦、輸出調(diào)制器及連接線等組成。輸入傳感器通常包括死個(gè)車輪的輪速信號(hào)、剎車信號(hào)，個(gè)別車型還有減速度信號(hào)、手剎車或車油面信號(hào)。</p><p>　　ABS的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)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

26、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)優(yōu)點(diǎn)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可以將滑移率（汽車華東距離與行駛的比）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)優(yōu)

27、點(diǎn)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

28、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(guó)內(nèi)外中高級(jí)轎和客車上得到了廣泛使用。</p><p>　　1.2 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷史</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)

29、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。由于車輪和軌道的摩擦，就會(huì)在車輪外圓上磨出一些小平面，小平面產(chǎn)生后，車輪就不能平穩(wěn)地行駛，產(chǎn)生噪聲和掙動(dòng)。1908年英國(guó)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 Wessel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

30、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

31、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(guó)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（An

32、tilock Braking System）名詞在歷史上第一次出現(xiàn)！世界上第一具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。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)，不但成本過高也很容易發(fā)生故障。</p&

33、gt;<p>　　1973年Bosch公司購(gòu)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 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

34、三大優(yōu)勢(shì)。兩家德國(guó)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，Bosch公司總共才售出24000套ABS系統(tǒng)。所幸第二年即成長(zhǎng)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.

35、3公斤，控制組件也減少到70個(gè)。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％，通用車廠也決定把ABS列為旗下主力雪佛蘭車系的標(biāo)準(zhǔn)配備。</p><p>　　圖1-1 BOSCH防抱死制動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　1.3 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　?。?）ABS本身控制技術(shù)的提高現(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

36、現(xiàn)代汽車制動(dòng)系向電子化方向發(fā)展?；诨坡实目刂扑惴ㄈ菀讓?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。</p><p>　　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

37、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。目前電制動(dòng)系統(tǒng)首先用在混合動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)車輛上，采用液壓制動(dòng)和電制動(dòng)兩種制動(dòng)系統(tǒng)。</p><p>　?。?）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)T

38、CS(Traction Control System)是驅(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)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，

39、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。為此利用ABS電磁閥對(duì)制動(dòng)壓力進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)，即用小步長(zhǎng)增壓或減壓，以達(dá)到最佳的車輪滑移的效果 既可以得到最大驅(qū)動(dòng)力，也可保持行駛的穩(wěn)定性。</p><p>　　（3）電子控制制動(dòng)系統(tǒng)由

40、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

41、、牽引車與掛車處禍合力控制等。</p><p>　　（4）車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)VDC (Vehicle 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

42、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>　?。?）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(gè)系統(tǒng)聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)

43、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>　　1.4 國(guó)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(guó)ABS 的研究開始于80 年代初。從事ABS研制工作的單位和企業(yè)很

44、多,諸如東風(fēng)汽車公司、重慶公路研究所、西安公路學(xué)院、清華大學(xué)、吉林大學(xué)、北京理工大學(xué)、上海汽車制動(dòng)有限公司和山東重汽集團(tuán)等。具有代表性的有以下幾個(gè)。清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有宋健等多名博導(dǎo)、教授,有很強(qiáng)的科技實(shí)力,他們還配套有一批先進(jìn)的儀器設(shè)備,如汽車力學(xué)參數(shù)綜合試驗(yàn)臺(tái)、汽車彈射式碰撞試驗(yàn)臺(tái)及翻轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)、模擬人及標(biāo)定試驗(yàn)臺(tái)、Kodak 高速圖像運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng)、電液振動(dòng)臺(tái)、直流電力測(cè)功機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)排放分析儀、發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)開發(fā)裝置

45、及工況模擬器、計(jì)算機(jī)工作站及ADAMS、IDEAS 軟件、非接觸式速度儀、噪聲測(cè)試系統(tǒng)、轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)、電動(dòng)車蓄電池試驗(yàn)臺(tái)、電機(jī)及其控制系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)等。該實(shí)驗(yàn)室針對(duì)ABS 做了多方面的研究,其中,在ABS 控制量、輪速信號(hào)抗干擾處理、輪速信號(hào)異點(diǎn)剔除、防抱死電磁閥動(dòng)作響應(yīng)研究等方面的研究處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。</p><p>　　吉林大學(xué)汽車動(dòng)態(tài)模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以郭孔輝院士為代表的研究人員致力于汽車操縱穩(wěn)定性、汽車操縱動(dòng)

46、力學(xué)、汽車輪胎模型、汽車輪胎穩(wěn)態(tài)和非</p><p>　　穩(wěn)態(tài)側(cè)偏特性的研究,在輪胎力學(xué)模型、汽車操縱穩(wěn)定性以及人- 車閉環(huán)操縱運(yùn)動(dòng)仿真等方面的研究成果均達(dá)到世界先進(jìn)水平。</p><p>　　華南理工交通學(xué)院汽車系以吳浩佳教授為代表從事汽車安全與電子技術(shù)及汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的研究,在ABS 技術(shù)方面有獨(dú)到之處,能夠建立制動(dòng)壓力函數(shù),通過車輪地面制動(dòng)力和整車動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算出汽車制動(dòng)的平均減速

47、度和車速;還可以通過輪缸等效壓力函數(shù)計(jì)算防抱死制動(dòng)時(shí)的滑移率。另外,在滑移率和附著系數(shù)之間的關(guān)系、汽車整車技術(shù)條件和試驗(yàn)方法方面也有獨(dú)到見解。</p><p>　　濟(jì)南程軍電子科技公司以ABS 專家程軍為代表的濟(jì)南程軍電子科技公司對(duì)ABS 控制算法研究頗深,著有《汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的理論與實(shí)踐》等專著幾本,專門講述ABS 控制算法,是國(guó)內(nèi)ABS 開發(fā)人員的必備資料之一。另外,他們?cè)诨贛AT2LAB 仿真環(huán)境實(shí)現(xiàn)

48、防抱死控制邏輯、基于VB 開發(fā)環(huán)境進(jìn)行車輛操縱仿真和車輛動(dòng)力學(xué)控制的模擬研究等方面也頗有研究。</p><p>　　重慶聚能公司產(chǎn)品包括汽車、摩托車系列JN111FB 氣制動(dòng)電子式單通道、JN144FB 氣制動(dòng)電子式四通道和JN244FB 液壓電子式四通道等類型ABS 裝置及其相關(guān)零部件30 多個(gè)品種,其ABS 產(chǎn)品已通過國(guó)家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心和國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心的認(rèn)定,獲得國(guó)家實(shí)用新技術(shù)專利,并正式被列

49、為國(guó)家火炬項(xiàng)目計(jì)劃。</p><p>　　西安博華公司主要產(chǎn)品是適用于大中型客車和貨車的氣壓四通道ABS 和適用中型面包車的液壓三通道ABS 及其相關(guān)零部件。其中BH1203 -FB 型ABS 和BH1101 - FB 型ABS 已通過陜西省科委科技成果鑒定和陜西省機(jī)械工業(yè)局新產(chǎn)品鑒定,認(rèn)為該項(xiàng)技術(shù)已達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。</p><p>　　山東重汽集團(tuán)引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行的研究也已取得了一

50、些進(jìn)展。</p><p>　　重慶公路研究所研制的適用于中型汽車的氣制動(dòng)FKX - ACI 型ABS 裝置已通過國(guó)家級(jí)技術(shù)鑒定,但各種制動(dòng)情況的適應(yīng)性還有待提高。</p><p>　　清華大學(xué)研制的適用于中型客車的氣制動(dòng)ABS由于資源價(jià)格和性能上的優(yōu)勢(shì),陶瓷材料的應(yīng)用將迅速擴(kuò)展;金剛石和CBN 超硬材料的應(yīng)用將進(jìn)一步擴(kuò)大;新刀具材料的研制周期會(huì)越來越短,新品種新牌號(hào)的推出也將越來越快。人們

51、所希望的既有高速鋼、硬質(zhì)合金的強(qiáng)度和韌性,又有超硬材料的硬度和耐磨性的新刀具材料也完全有可能出現(xiàn)。</p><p>　　本文主要講述以80C196KC單片機(jī)為核心，完成了信號(hào)輸入回路、輸出驅(qū)動(dòng)回路、電源部分及故障診斷等硬件電路設(shè)計(jì)，對(duì)輪速傳感器、電磁閥等的故障檢測(cè)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。</p><p>　　2．防抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本原理</p><p>　　2.1 制動(dòng)時(shí)汽車

52、的運(yùn)動(dòng)</p><p>　　2.1.1 制動(dòng)時(shí)汽車受力分析</p><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。地面對(duì)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(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，他的大小決定于路面的縱向

53、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</p><p>　　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）&

54、lt;/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>　　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(zhǎng)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

55、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，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。</p><p>　　如上所述，施加適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)，能夠有效地使汽車停下。制動(dòng)強(qiáng)度過大，是汽車發(fā)生各種危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)狀況的主要原因。因此，汽車行駛時(shí)，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(jìn)行制動(dòng)操作，必須時(shí)常注意不能讓車輪完全

56、抱死。</p><p>　　2.1.2 車輪抱死時(shí)汽車運(yùn)動(dòng)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>&

57、lt;p>　?。?）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2-2所示。圖2-2 (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。為制動(dòng)時(shí)前輪全部抱死而后輪不抱死汽車的運(yùn)動(dòng)情況示意，當(dāng)前輪抱死時(shí)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(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2-2 (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

58、方向操縱性，但會(huì)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，汽車將一面旋轉(zhuǎn)一面沿曲線行駛(這種運(yùn)動(dòng)叫外旋轉(zhuǎn))。圖2-2 (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

59、><p>　?。?）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 2-3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

60、車的地面制動(dòng)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(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)，以避免側(cè)滑摩擦力為零。</p><p>　　圖2-2 汽車直線制動(dòng)車輪抱死時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況</p><p>　　圖2-3 汽車轉(zhuǎn)彎制動(dòng)車輪抱死時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況</p><p><b>　　2.2滑移率定義</b>&l

61、t;/p><p>　　通常,汽車在制動(dòng)過程中存在著兩種阻力:一種阻力是制動(dòng)器摩擦片與制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤之間產(chǎn)生的摩擦阻力,這種阻力稱為制動(dòng)系統(tǒng)的阻力,由于它提供制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力,因此也稱為制動(dòng)系制動(dòng)力;另一種阻力是輪胎與道路表面之間產(chǎn)生的摩擦阻力,也稱為地面制動(dòng)力。地面對(duì)輪胎切向反作用力的極限值稱為輪胎- 道路附著力,大小等于地面對(duì)輪胎的法向反作用力與輪胎- 道路附著系數(shù)的乘積。如果制動(dòng)系制動(dòng)力小于輪胎- 道路附著力,則汽

62、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- 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。</p><p>　　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。汽車的實(shí)際車速與車輪滾動(dòng)的圓周速度之間的差異稱為車輪的滑移率。</p><p>　　滑移率S的定義式為:</p><p>　　

63、-------------------------------（2-3）</p><p>　　式中:S —滑移率;</p><p>　　Vt —汽車的理論速度(車輪中心的速度) ; </p><p>　　ω—汽車車輪的角速度;</p><p>　　r —汽車車輪的滾動(dòng)半徑。</p><p>　　由上式可知:當(dāng)車輪中心的

64、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>　　2.3 滑移率與附著系數(shù)的關(guān)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)

65、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1 可以看出,如果能將車輪滑移率控制在15 %～30 %的范圍內(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

66、能和方向穩(wěn)定性。ABS 即是基于這一原理而研制的。</p><p>　　圖2-4 滑移率與附著系數(shù)關(guān)系</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移率--縱向附著系數(shù)之間的關(guān)系。</p><p>　　圖2-5 不同路面上縱向、側(cè)向附著系數(shù)與滑移率關(guān)系曲線<

67、/p><p>　　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(huì)不一樣，并且對(duì)應(yīng)不同路面類型的滑移率--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

68、果這種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)---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

69、著系數(shù)和滑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。</p><p>　　2.4 制動(dòng)時(shí)車輪運(yùn)動(dòng)方程</p><p>　　制動(dòng)過程單輪受力如圖

70、2-6所示。</p><p>　　圖 2-6 制動(dòng)過程車輪受力簡(jiǎn)圖</p><p>　　制動(dòng)車輪軸荷與支撐力N平衡，該輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，半徑r:，軸心平移速度V，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，制動(dòng)器制動(dòng)力矩 M，通常與車輪制動(dòng)壓力成正比系數(shù)K, 則有地面制動(dòng)力，緊急制動(dòng)不計(jì)滑動(dòng)阻力。則有</p><p>　　制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力遠(yuǎn)大于空氣阻力和滾動(dòng)阻力， ， ，分別為右側(cè)前后輪制動(dòng)力，汽車初速為

71、 ，質(zhì)量為m(重力G)，質(zhì)心c到前后軸距離 , ，軸距L,輪距B,質(zhì)心高h(yuǎn)g,汽車制動(dòng)減速為 </p><p><b>　　前軸載荷 </b></p><p>　　后軸載荷 </p><p><b>　　制動(dòng)時(shí)附加轉(zhuǎn)向力矩</b></p><p><b>　　-- &l

72、t;/b></p><p>　　從式(2-4)可知，調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力可以使車輪角減速度產(chǎn)生變化:從式(2-10)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 (2-7) (2-8)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dW/dt(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)。</p><p>　　2.5 采用防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的必要性</p>

73、<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)出嚇人的磨擦聲，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，

74、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。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(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

75、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

76、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

77、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。當(dāng)然技術(shù)熟練的司機(jī)在某種程度上能根據(jù)各種條件合理地操作制動(dòng)，如采用點(diǎn)制動(dòng)?？墒且坏┯錾暇o急狀態(tài)，大多數(shù)人都是一腳踏死制動(dòng)踏板，使輪胎抱死為此。</p><p>　　上述司機(jī)做不到的許

78、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>

79、<p>　　2.6 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本工作原理</p><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，簡(jiǎn)單說明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

80、圖2-7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，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2-7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2-7中2點(diǎn)，產(chǎn)生保

81、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2-7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、減速度門限值的設(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

82、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)定車輪加減速度門限值之外</p><p>　　在ABS中，每個(gè)車輪上各安置一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，將各車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)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(hào)對(duì)各個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)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)裝置主要由調(diào)壓電磁閥總成、電動(dòng)泵總成和儲(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)主缸和各制動(dòng)輪缸相連，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置受電

83、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>　　圖2-7 基于車輪加減速度邏輯門限值控制方法的ABS系統(tǒng)油壓控制循環(huán)圖</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

84、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。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

85、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)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</p><p>　　3 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p&

86、gt;　　3．1 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式與組成</p><p>　　3．1．1 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)行一同控制時(shí)，如果以保證附著力較大的

87、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，ABS系統(tǒng)分為四通道、三通道、雙通道和單通道四種形式，而其布置形式卻多種多樣。</p><p>　　(1)四通道ABS </p><p>　　

88、對(duì)應(yīng)于雙制動(dòng)管路的H型(前后)或X型(對(duì)角)兩種布置形式，四通道ABS也有兩種布置形式，見圖3-1(a,b)。</p><p><b>　　圖3-1(a,b)</b></p><p>　　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)。</p><p>

89、　　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>　　(2)三通道ABS </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)

90、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3-1(c)、(d)、(e)。</p><p>　　圖3-1(c)、(d)、(e)</p><p>　　圖(c)所示的按對(duì)角布置的雙管路制動(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

91、同控制，對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車可以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)，使得前輪的附著力比后輪的附著力大很多(前置前驅(qū)動(dòng)汽車的前輪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。本設(shè)計(jì)就是

92、為三通道ABS。</p><p>　　(3)雙通道ABS </p><p>　　圖3-1(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。</p><p>　　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

93、傳感器。當(dāng)在附著系數(shù)分離的路面上進(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)，以求用轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生的橫向力與不平衡的制動(dòng)力相抗衡，保持汽車行駛方向的穩(wěn)定性。但是在兩前輪從附著系數(shù)分離路面駛?cè)敫街禂?shù)均勻路面的瞬間，以前處于低附著系數(shù)路面而抱死的前輪的制動(dòng)力因附著力突然增大而增大，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)是一種無法

94、控制的危險(xiǎn)狀態(tài)。</p><p>　　圖 3-1 （f）（g）</p><p>　　圖3-1(g)所示的雙通道ABS多用于制動(dòng)管路對(duì)角布置的汽車上，兩前輪獨(dú)立控制，制動(dòng)液通過比例閥(P閥)按一定比例減壓后傳給對(duì)角后輪。</p><p>　　對(duì)于采用此控制方式的前輪驅(qū)動(dòng)汽車，如果在緊急制動(dòng)時(shí)離合器沒有及時(shí)分離，前輪在制動(dòng)壓力較小時(shí)就趨于抱死，而此時(shí)后輪的制動(dòng)力還遠(yuǎn)未達(dá)

95、到其附著力的水平，汽車的制動(dòng)力會(huì)顯著減小。而對(duì)于采用此控制方式的后輪驅(qū)動(dòng)汽車，如果將比例閥調(diào)整到正常制動(dòng)情況下前輪趨于抱死時(shí)，后輪的制動(dòng)力接近其附著力，則緊急制動(dòng)時(shí)由于離合器往往難以及時(shí)分離，導(dǎo)致后輪抱死，使汽車喪失方向穩(wěn)定性。 </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>　　(4)單通道ABS <

96、;/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)速傳感器，如圖3-1(h)。</p><p><b>　　圖3-1(h)</b></p><p>　　單通道ABS一般對(duì)兩后輪按低選原則一同控制，其主要作用是提高汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。在附著系數(shù)分離的

97、路面上進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，兩后輪的制動(dòng)力都被限制在處于低附著系數(shù)路面上的后輪的附著力水平，制動(dòng)距離會(huì)有所增加。由于前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力未被控制，前輪仍然可能發(fā)生制動(dòng)抱死，所以汽車制動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)向操作能力得不到保障。</p><p>　　但由于單通道ABS能夠顯著地提高汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性，又具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，因此在輕型貨車上得到廣泛應(yīng)用。 </p><p>　　3.1．2 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的

98、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3-2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

99、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>　　3-2（a） ABS系統(tǒng)的組成（分置式）</p><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

100、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>　　3-2（b）系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　圖 3-2 ABS系統(tǒng)的組成</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

101、，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3-3所示。</p><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

102、，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><

103、p>　　圖3-3 原理結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.2 80C196KC最小系統(tǒng)</p><p>　　汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其核心部分是電子控制單元。它一方面負(fù)責(zé)將傳感器信號(hào)AID轉(zhuǎn)換或?qū)?shù)字輸入信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中去進(jìn)行分析處理，另一方面要將控制命令通過 D/A轉(zhuǎn)換或數(shù)字輸出去驅(qū)動(dòng)作動(dòng)系統(tǒng)，而電子控制單元內(nèi)部CPU通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)各種控制算法，所以

104、電子控制單元是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，它的實(shí)現(xiàn)取決于所選取的計(jì)算機(jī)的類型。相對(duì)于ABS系統(tǒng)，對(duì)基于車輪滑移率的控制方式而言，輸入電子控制單元的信號(hào)是速度脈沖，它由傳感器采集感應(yīng)出正弦信號(hào)，經(jīng)過模擬電路的濾波整形修正為標(biāo)準(zhǔn)的系列方波信號(hào)，然后通過單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器端口或數(shù)字輸入端口輸入到單片機(jī)內(nèi)存中去。單片機(jī)內(nèi)部的微處理芯片將輸入的各個(gè)輪速信號(hào)按一定的算法進(jìn)行計(jì)算，如計(jì)算車輛參考速度和車輪角減速度，根據(jù)這些值的大小確定出相應(yīng)的控制命令，即壓力增

105、加、壓力減小及壓力保持，然后將控制信號(hào)通過數(shù)字輸出端口輸出，經(jīng)過模擬電路的驅(qū)動(dòng)功率放大就可以直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，進(jìn)而控制制動(dòng)壓力。同時(shí)輸出的信號(hào)中還包括報(bào)警指示等。</p><p>　　就目前而言，實(shí)現(xiàn)汽車的控制系統(tǒng)一般采用單片計(jì)算機(jī)，在開發(fā)階段也有采用通用CPU的，采用CPU在于可以利用CPU強(qiáng)大的軟、硬件資源以及網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法、高效的編程手段以及高速的運(yùn)算速度。但作為研制的最終產(chǎn)品，無一例外都采用單片