2037ABS汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)_機(jī)械儀表_工程科技_專業(yè)資料

1、abs汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1防抱死制動(dòng)系統(tǒng)概述1. 1 abs的功能汽車abs在高速制動(dòng)時(shí)用來(lái)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。凡駕駛過(guò)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、世尾，甚至產(chǎn)生劇烈旋轉(zhuǎn)。制動(dòng)力 過(guò)大，將使車輪抱死，汽車方向失去控制后，若是彎道就右可能從路邊滑岀或闖 入對(duì)面車道，即使不是彎道也無(wú)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(guò)程屮產(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

2、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。總之，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(guò)度磨 損，產(chǎn)生“小平面”，甚至爆胎。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 兒點(diǎn)好處：增加制動(dòng)穩(wěn)定性，防止方向失控、側(cè)滑和世尾；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?，F(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 入傳感器通常包描死個(gè)車輪的輪速信號(hào)、剎車信號(hào)，個(gè)別車型還右減速度信號(hào)、 手剎車或車油面信號(hào)。abs的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)

3、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(wú)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)岀現(xiàn)側(cè)滑、世尾，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。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。abs的第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是改善了輪胎的磨損狀況，防止爆胎。事實(shí)上，

4、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，便輪胎磨損消耗費(fèi)增加，嚴(yán)重時(shí) 將無(wú)法繼續(xù)使用。因此，裝有abs具右一定的經(jīng)濟(jì)效益和安全保障。另外，abs使用方便，工作可靠。abs的使用與普通制動(dòng)系統(tǒng)的使用兒乎沒(méi)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), 即使用雪路滑，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。口前abs已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外屮高級(jí)轎和客車上 得到了廣

5、泛使用。1.2防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷史abs裝置垠早應(yīng)用在飛機(jī)和火車上，而在汽車上的應(yīng)用比較晩。鐵路機(jī)車在 制動(dòng)時(shí)如果制動(dòng)強(qiáng)度過(guò)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)在車輪外鬪上磨出一些小平面，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)o 1908年英國(guó)工程師je. francis提出了 “鐵路 車輛車輪抱死滑動(dòng)控制器”理論，但卻無(wú)法將它實(shí)用化。接下來(lái)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”等嘗試都宣告失敗。在1941年出版的汽車科技手 冊(cè)中

6、寫到：“到現(xiàn)在為止，任何通過(guò)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(méi)想到這一犬競(jìng)還要再等30年z久。當(dāng)時(shí)開(kāi)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(guò)液壓系統(tǒng)調(diào)整剎車壓力大小，在那個(gè)沒(méi)有集成 電路與計(jì)算機(jī)的年代，沒(méi)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。精于汽車電了系統(tǒng)的德國(guó)公司bosch （博枇）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

7、置”的專利o 1964年（也是 集成電路誕生的一年）bosch公司再度開(kāi)始abs的研發(fā)計(jì)劃，最后有了 “通過(guò)電了 裝置控制來(lái)防止車輪抱死是可行的”結(jié)論，這是abs （antilock braking system） 名詞在丿力史上第一次出現(xiàn)！世界上第一具abs原型機(jī)于1966年出現(xiàn)，向枇人證明 “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(guò)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(kāi)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(guò)1000個(gè)，不但成木過(guò)高也很容易發(fā)生故障

8、。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(kāi)發(fā)計(jì)劃完全委托bosch 公司整合執(zhí)行?！癮bs 2”在3年的努力后誕生！有別于abs 1采用模擬式電了組 件，abs2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(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。在誕生的前3年屮，abs系統(tǒng)都苦于成本過(guò)于高昂而無(wú)法開(kāi)拓市場(chǎng)。從1978 到198

9、0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)上的正而響應(yīng)，bosch開(kāi)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)。 到了 1985年代屮期，全球新出廠車輛安裝abs系統(tǒng)的比例首次超過(guò)1%,通用車 廠也決定把a(bǔ)bs列為旗下主力雪佛蘭車系的標(biāo)準(zhǔn)配備。電磁柱乘冋流泉冋流通道>(k)卜制單元圖1-1 bosch防抱死制動(dòng)系統(tǒng)1.3防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)(1) 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 也反映了現(xiàn)代汽車制動(dòng)系向電子化方向

10、發(fā)展?；诨坡实目刂扑惴ㄈ菀讓?shí)現(xiàn)連 續(xù)控制，且有i分明確的理論加以指導(dǎo)，但d前制約其發(fā)展的瓶頸主要是實(shí)現(xiàn)的 成本問(wèn)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 (brakc-by-wirc)是未來(lái)制動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向z -o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)吋間，維護(hù)簡(jiǎn)單，易于改進(jìn)，為未來(lái)的車 輛智能控制提供條件。但是，它述有不少問(wèn)題需要解決，如驅(qū)動(dòng)能源問(wèn)題，控制 系統(tǒng)失效處理，抗干擾處理等?？谇半娭苿?dòng)系統(tǒng)首先用在混

11、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)。(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 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)路而工作時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)力過(guò)大，則 產(chǎn)生打滑，當(dāng)asr制動(dòng)部分工作時(shí)，通過(guò)傳感器將非驅(qū)動(dòng)輪及驅(qū)動(dòng)輪的輪速信號(hào) 采集到控制器小，控制器根據(jù)輪速信號(hào)計(jì)算出驅(qū)動(dòng)

12、車輪滑移率及車輪減、加速度, 當(dāng)滑移率或減、加速度超過(guò)某一設(shè)定閥值時(shí)，則控制器打開(kāi)開(kāi)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)路而上制動(dòng)時(shí)，輪速對(duì)壓力十分敏感，壓力稍稍過(guò)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。(3) 電子控制制動(dòng)系統(tǒng)由于ass在功能方而存在許多缺陷，如氣壓系統(tǒng)的滯 后，主車與接車制動(dòng)相容性問(wèn)題等。為改善這些，出現(xiàn)了電子制動(dòng)控制系統(tǒng)ebs (electronics break syste

13、m)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)是齊個(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(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)齊種控制功能，如制動(dòng)力分布 控制、減速控制、牽引車與掛車處禍合力控制等。(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 contro 1)是在abs的基礎(chǔ)上通過(guò)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(guò)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

14、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h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)口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(guò)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。(5) 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，需耍采用總線結(jié)構(gòu)將各個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，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?？谇岸嗍褂胏an控

15、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z間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。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)品公司我國(guó)abs的研究開(kāi)始于80年代初。從事abs研制工作的單位和企業(yè)很多，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兒個(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

16、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(kāi)發(fā)裝 置及工況模擬器、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)界點(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。吉林大學(xué)汽車動(dòng)態(tài)模擬國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以郭孔輝院土 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)力學(xué)、汽車輪胎模型、汽車輪胎穩(wěn)態(tài)和非穩(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

17、方面的研究成果均達(dá)到世界先進(jìn)水平。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了技術(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z處，能夠建立制動(dòng)壓力函數(shù)，通 過(guò)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)的平均減速度和車速;還可 以通過(guò)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) z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(jiàn)解。濟(jì)南程軍電了科技公司以abs專家程軍為代表的濟(jì)南程軍電了科技公司對(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)踐等專著兒木, 專門講述abs控制算法,是國(guó)內(nèi)abs開(kāi)發(fā)人員的必備資料z-o另外，他們?cè)诨?m

18、at2lab仿真環(huán)境實(shí)現(xiàn)防抱死控制邏輯、基于vb開(kāi)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。重慶聚能公司產(chǎn)品包括汽車、摩托車系列jn111fb氣制動(dòng)電了式單通道、 jn144fb氣制動(dòng)電了式四通道和jn244fb液壓電了式四通道等類型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(guò)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，并止式被列為國(guó)家火炬項(xiàng) 目計(jì)劃。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及其和關(guān)零部件。其中bh1203 -fb型abs和bh1101-fb

19、型abs已通過(guò)陜四省科委科技成果鑒定和陜四省機(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。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些進(jìn)展。重慶公路研究所研制的適用于小型汽車的氣制動(dòng)fkx - aci型abs裝置已通 過(guò)國(guó)家級(jí)技術(shù)鑒定，但各種制動(dòng)情況的適應(yīng)性述有待提高。清華大學(xué)研制的適用于小型客車的氣制動(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(lái)越短，新品種新牌號(hào)的推出也將越來(lái)越快。人們所希望的既 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)。

20、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)。2防抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本原理2.1制動(dòng)時(shí)汽車的運(yùn)動(dòng)2. 1. 1制動(dòng)時(shí)汽車受力分析汽車在制動(dòng)的過(guò)程中主要受到地面給汽車的作用力、風(fēng)的阻力和口身重力的 作用。地面對(duì)汽車的作用力乂分為: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附著系數(shù)和車輪所受的載荷。所有車輪上所受

21、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，兒乎為零。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(lái)保持汽車的直線行駛方向，如圖2-1 (a)行駛方向直線行駛(b) 轉(zhuǎn)彎行駛:磁i圖2-1汽車直線和轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)的平面受力簡(jiǎn)圖所示。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)

22、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。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(guò)大，是汽 車發(fā)生各種危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)狀況的主耍原因。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抱死。2. 1. 2車輪抱死時(shí)汽車運(yùn)動(dòng)情

23、況車輪抱死時(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(lái)說(shuō)，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。(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 2-2所示。圖2-2 (a)為只右前輪抱死時(shí)，由于前輪的轉(zhuǎn)彎力基本為零，無(wú)法進(jìn)行 止常的轉(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(wú)法控制汽車的方向使汽車轉(zhuǎn)向來(lái)避讓前方的障 礙物，這時(shí)

24、由于汽車后輪不抱死，所以汽車仍具有側(cè)向力來(lái)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(lái)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(guò)程中將制動(dòng)釋 放，汽車就會(huì)沿著瞬時(shí)行駛方向急速駛岀，這也是很危險(xiǎn)的。(2) 汽車在一種路面上轉(zhuǎn)彎制動(dòng)車

25、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)岀現(xiàn)，都是極其危險(xiǎn)的。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(lái)調(diào)整車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以避免側(cè)滑摩擦力為零。行駛方向(a)前輪額后翔瞬(c)前后輪何林死n開(kāi)始汽車h線制動(dòng)車輪抱死時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況(a)前輪抱死(b

26、)斥輪抱死(c)前后輪同時(shí)抱死圖2-3汽午轉(zhuǎn)彎制動(dòng)午輪抱死吋的運(yùn)動(dòng)情況2. 2滑移率定義通常，汽車在制動(dòng)過(guò)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，市于它提供制動(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)力小丁輪胎-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-道路附著力，則汽車制動(dòng)時(shí)會(huì)岀現(xiàn)車輪抱死和滑移。地面制

27、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岀現(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?；坡蕇的定義式為：v-vrcos= = l （2-3）vv&=上蟲(chóng)=丄一竺vv式中:s 滑移率;vt 汽車的理論速度（車輪中心的速度）；3汽車車輪的角速度；r 汽車車輪的滾動(dòng)半徑。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3 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)3 = 0時(shí),s = 100 %，車輪完全抱死而作純滑動(dòng)；當(dāng)0 < s <100 %

28、時(shí)，車輪既滾動(dòng)乂滑動(dòng)。2.3滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系圖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 %吋，縱向附著數(shù) 達(dá)到峰值;當(dāng)滑移率繼續(xù)增尢縱向附著系數(shù)持續(xù)下降，一直到車輪抱死（s=100 %）, 縱向附著系數(shù)降到一個(gè)較低值。另外，隨著滑移率增人，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可以看岀，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 人的側(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。abs即是 基于這一原

29、理而研制的。向附著系數(shù)橫向附著20*60淆移車圖2-4滑移率與附著系數(shù)關(guān)系實(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一縱向附 著系數(shù)z間的關(guān)系。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。滑移率和縱向附 著系數(shù)z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-樣, 并且對(duì)應(yīng)不同路而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，在干燥的路而上下降的快些，在濕滑的路而上略微有些下降。一般干燥潔凈的平整水泥

30、、瀝青路面縱向峰值附著系數(shù)高達(dá)0. 8-0.9,而冰雪路而 的縱向峰值附著系數(shù)低至0. 1-0. 2o如果這種差別隨路而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)，就必須考慮到隨路而類型的不同而采取不同的 控制口標(biāo)和策略。若汽車在同一種類型路而上制動(dòng)時(shí)的初速度不一樣，車輪的縱 向附著系數(shù)和滑移率z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。但在同一路而上以不同制動(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?？倆,對(duì)于在一種路而上制動(dòng)的汽車，車輪附著系數(shù)和滑移率z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(guò)程就是車輪和路

31、而 z間的一種非線性變化過(guò)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(guò)程, 所以說(shuō)汽車的制動(dòng)過(guò)程是一種非線性的制動(dòng)過(guò)程。制動(dòng)時(shí)汽車通過(guò)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(guò)程。2. 4制動(dòng)時(shí)車輪運(yùn)動(dòng)方程制動(dòng)過(guò)程單輪受力如圖26所示。圖2-6制動(dòng)過(guò)程車輪受力簡(jiǎn)圖制動(dòng)車輪軸荷與支撐力2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0,制動(dòng)器制動(dòng)力矩通常與車輪制動(dòng)壓力成正比系數(shù)k,則有地面制動(dòng) 力打，緊急制動(dòng)不計(jì)滑動(dòng)阻力。則有制動(dòng)吋制動(dòng)力遠(yuǎn)大于空氣阻力和滾動(dòng)阻力，",兔"，分別為右側(cè)前后輪制動(dòng)力, 汽車初速為,質(zhì)量為m(重力g)

32、,質(zhì)心c到前后軸距離軸距l(xiāng),輪距b,質(zhì)心高 hg汽年制動(dòng)減速為】機(jī)牛=%口 +血黏+ ftad + %卻仗一 6)前軸載荷后軸載荷(2-7)制動(dòng)時(shí)附加轉(zhuǎn)向力矩ms =(ffcu + 一+甩廠 %“)+ (隔-ffc2r)_(2 - 9)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)。2.5采用防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的必要性汽車直線行駛過(guò)程屮，突然緊急制動(dòng)，汽車車輪一下子抱

33、死，汽車仍然向前 行滑，輪胎和地面z間發(fā)出嚇人的磨擦聲，汽車最后終于停了下來(lái)。在h常生活 屮，大家都可能遇到過(guò)這種現(xiàn)彖。如果汽車發(fā)生交通事故，交通警察來(lái)了z后首 先總是檢查一下汽車制動(dòng)痕跡，判斷司機(jī)在事故小是否釆取了制動(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)， 輪胎和她而的摩擦力（附著力）最大。如果輪胎的滑移率過(guò)大的話，附著力反而耍 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z內(nèi)， 汽車將在更短的制動(dòng)距離內(nèi)停車。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) 彖。由于車輪抱死，汽車的側(cè)向附

34、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z間的關(guān) 系i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(kāi)始出現(xiàn)側(cè)向滑動(dòng)。在車輪抱死z 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

35、。上述齊種狀態(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。在制動(dòng)過(guò)程小，如果始終能使輪胎的滑移率處于8%25%范圍z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)到上述口的， 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(kāi)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z外，汽車行駛的許 多條件也都在變化z2,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

36、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)齊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。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)所必需的信息，這部分工作對(duì)于電腦來(lái)說(shuō)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(wèn)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(wú)論任何時(shí)由于制動(dòng)過(guò)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z 內(nèi)。這樣不但提高了車

37、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。2. 6防抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本工作原理abs系統(tǒng)是通過(guò)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)牛抱死狀態(tài)的。這種對(duì)制動(dòng)液壓力的改變過(guò)程實(shí)際上就是abs系統(tǒng)控制方法實(shí)施的過(guò)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(guò)程的控 制為例，簡(jiǎn)單說(shuō)明abs的基本工作原理。abs系統(tǒng)在制動(dòng)時(shí)對(duì)制動(dòng)油壓的控制過(guò)程如圖2-7所示。汽車開(kāi)始制動(dòng)時(shí)，駕 駛員踩下制動(dòng)踏板，制動(dòng)管路屮油壓由零開(kāi)始上升，制動(dòng)器使車輪上產(chǎn)生制動(dòng)力 矩，同時(shí)產(chǎn)生地而制動(dòng)力使汽車和車輪都開(kāi)始減速。此時(shí)abs系統(tǒng)不對(duì)制動(dòng)過(guò)程 進(jìn)行干預(yù)，所以制動(dòng)油壓迅速增加

38、，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p時(shí)，產(chǎn)生減壓信號(hào)，圖2-71點(diǎn)所示，abs系統(tǒng)開(kāi)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(kāi) 始減小并小于門限值p時(shí)，圖2-72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(kāi)始回升并靠近車速，當(dāng)車輪加速 度值達(dá)到設(shè)定的門限值乜時(shí)，圖2-73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(kāi)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(guò)這樣的控制過(guò)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

39、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)控制在比較理想的范帀內(nèi)。但顯然門 限值的確定需耍大量的試驗(yàn)來(lái)確定。除了設(shè)定車輪加減速度門限值z(mì)外，述可以 根據(jù)控制質(zhì)量和路而類型的不同設(shè)定不同的門限值來(lái)提高控制的質(zhì)量，如參考滑 移率門限值等。在abs屮，每個(gè)車輪上齊安置一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，將齊車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入電子 控制裝置ecu. ecu根據(jù)齊車輪轉(zhuǎn)傳感器輸入的信號(hào)對(duì)齊個(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(guò)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)裝置受電子控制裝置的控制，對(duì)各制動(dòng)

40、輪缸的制動(dòng)壓力進(jìn) 行調(diào)節(jié)。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abs的工作過(guò)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(kāi)啟狀態(tài)，齊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)， 而齊制動(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(guò)程與常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)過(guò)程完全相 同。在制動(dòng)過(guò)程屮，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

41、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(guò)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)主缸輸岀的制動(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)輪缸屮的制動(dòng)液也不會(huì)流岀，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)主缸輸出圧力的增大而增大，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(kāi)啟 狀態(tài)，右前制動(dòng)輪缸屮的部分制動(dòng)液就會(huì)經(jīng)過(guò)處于開(kāi)啟狀態(tài)的出液電磁閥流回儲(chǔ) 液器，使

42、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(kāi)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 電，使進(jìn)液電磁閥轉(zhuǎn)入開(kāi)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)主缸輸岀的制動(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)主缸輸岀的制動(dòng)液和電動(dòng)泵泵送的制動(dòng)液都經(jīng)過(guò)處于開(kāi)啟狀 態(tài)的右前進(jìn)液電磁閥進(jìn)入右前制動(dòng)輪缸，使右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力迅速增大， 右前輪又開(kāi)始減速轉(zhuǎn)動(dòng)。abs通過(guò)使趨于抱死車輪的制動(dòng)壓力循環(huán)往復(fù)地經(jīng)歷保持 一減小一增大過(guò)程，而將趨

43、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(dòng)主缸的輸出壓力不再使車輪趨于抱死 時(shí)為止，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)循環(huán)的頻率可達(dá)3-20hzo在該abs >|«對(duì)應(yīng)于每一個(gè)制動(dòng) 輪缸各有一對(duì)進(jìn)液和出液電磁閥，可由ecu分別進(jìn)行控制，因此，齊制動(dòng)輪缸的 制動(dòng)壓力能夠被獨(dú)立地調(diào)節(jié)，從而使四個(gè)車輪都不發(fā)生制動(dòng)抱死現(xiàn)象。3防抱死制動(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3. 1防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式與組成3. 1. 1防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的布置形式abs系統(tǒng)屮，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

44、 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。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。四通道abs對(duì)應(yīng)丁雙制動(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(jiàn)圖3-l（a,b）o（a）控制通道(b)l輪速傳感器圖 3-1 (a, b)為了

45、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)管路屮各設(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)的路而上制動(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)。(2) 三通道abs需要全套答辯通過(guò)的設(shè)計(jì)，或按任務(wù)書要求定 做的同學(xué)，請(qǐng)聯(lián)系qq©或 qq©.請(qǐng)掃描加qq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

46、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(jiàn)圖3-l(c)、(d)、 (e) o(c)(d)(e)控制通道 u輪速傳感器圖 3-1 (c) > (d)、(e)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14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)丁后輪驅(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(lái)檢測(cè)兩后輪的平均轉(zhuǎn)速。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

47、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%) o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)就是為三通道abs。(3) 雙通道abs圖3-1 (q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。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 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)力和井很大，為保持

48、汽車 的行駛方向，駕駛員會(huì)通過(guò)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(wú)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(wú)法控制的危險(xiǎn)狀態(tài)?？刂仆ǖ?9)u輪速傳感器圖 3-1(f) (g)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(guò)比例閥(p閥)按一定比例減壓后傳給對(duì)角后輪。對(duì)于采用此控制方式的前輪

49、驅(qū)動(dòng)汽車，如果在緊急制動(dòng)吋離合器沒(méi)有及時(shí)分 離，前輪在制動(dòng)壓力較小吋就趨于抱死，而此吋后輪的制動(dòng)力還遠(yuǎn)未達(dá)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吋，后輪的制動(dòng)力接近其附著 力，則緊急制動(dòng)吋由于離合器往往難以及吋分離，導(dǎo)致后輪抱死，使汽車喪失方 向穩(wěn)定性。rtr丁雙通道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。(4) 單通道abs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)管路屮設(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)系屮安裝一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，

50、 如圖 3-1 (h)o控制通道l輪速傳感器圖 3-1 (h)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)有所増加。由于前制 動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力耒被控制，前輪仍然可能發(fā)生制動(dòng)抱死，所以汽年制動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn) 向操作能力得不到保障。但rtr丁單通道abs能夠顯箸地提高汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性，又具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、成木低的優(yōu)點(diǎn)，因此在輕型貨車上得到廣泛應(yīng)用。3.1. 2防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的基本組成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

51、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(lái)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(lái)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)?際上是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)。113-2 (a) abs系統(tǒng)的組成(分置式)1、前輪速度傳感器2、制動(dòng)

52、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(kāi)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(kāi)關(guān)電子控制單元ecu前軸右輪 速度傳感器制動(dòng)總泵i bn后軸右輪 速度傳感器3-2 (b)系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖 圖3-2 abs系統(tǒng)的組成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控制單兀根據(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，它接受車輪速度傳感器送來(lái)的頻率信號(hào)，通過(guò) 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(lái) 說(shuō)，就是當(dāng)車輪的滑移率不在控制范圍

53、z內(nèi)時(shí)，ecu就輸岀一個(gè)控制信號(hào)，命令電 磁閥打開(kāi)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z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 33所爪。電磁閥是防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行部件，在沒(méi)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。abs就是在汽車制動(dòng)過(guò)程屮不斷檢測(cè)車輪速度的變化，按-定的控制方法，通 過(guò)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

54、終處于較好 的制動(dòng)狀態(tài)。圖3-3原理結(jié)構(gòu)框圖3.2 80c196kc最小系統(tǒng)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(guò)d/a轉(zhuǎn)換或數(shù)字輸出去張動(dòng)作 動(dòng)系統(tǒng)，而電子控制單元內(nèi)部cpu通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制算法，所以電子 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(guò)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

55、過(guò)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)存屮 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， 即壓力增加、壓力減小及壓力保持，然后將控制信號(hào)通過(guò)數(shù)字輸出端口輸出，經(jīng) 過(guò)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)小述包括報(bào)警指示等。就口前而言，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(kāi)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)朵的控制算法、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(wú)

56、一例外都采用單片機(jī)作為電子控制單元的核心。由于單片機(jī)體積小，重量輕，高可靠性，價(jià)格低廉，使用方便，因此i分適 用于開(kāi)發(fā)汽車電子系統(tǒng)。早期的汽車控制系統(tǒng)采用八位單片機(jī)，口前已過(guò)渡到| 六位，有些系統(tǒng)如發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)已開(kāi)發(fā)采用32位cpu?？谇胺辣老到y(tǒng)采用較 多的單片機(jī)是摩托羅拉(motorola).英特爾(intel)、德州儀器(ti)公司及西 門子(siemens) 16位單片機(jī)。選用單片機(jī)要充分利用齊種外部端口的資源，同時(shí)要利用內(nèi)部的存貯器、屮 斷，充分發(fā)揮它的運(yùn)算速度，應(yīng)根據(jù)以下幾個(gè)原則選擇abs控制的單片機(jī)。(1) cpu的運(yùn)算速度cpu的時(shí)間一般消耗在數(shù)學(xué)運(yùn)算過(guò)程小，特別是32位的浮

57、點(diǎn)數(shù)計(jì)算，計(jì)算時(shí) 間成倍的增加，一般情況下應(yīng)避免采用浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算，因?yàn)閍bs系統(tǒng)要求計(jì)算頻率 非常高，一般5毫秒到10毫秒z間，cpu要完成齊種計(jì)算，例如加減速度、參考 滑移率等，這種計(jì)算都是實(shí)時(shí)完成的。(2) 內(nèi)外部存貯器同樣的cpu類型其內(nèi)、外部數(shù)據(jù)與程序存貯器也是多樣的，所以電子控制單 元要根據(jù)需要選擇不同的內(nèi)、外部存貯器，同時(shí)編程時(shí)要提高內(nèi)存利用率，多用 通用的變量，少定義專用的變量，以節(jié)省內(nèi)存?？谇癮bs系統(tǒng)的程序容量一般在 8k-32kz間，內(nèi)存數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器在256個(gè)字節(jié)以上。進(jìn)入90年代，已大批量使用帶 有rom, eprom, eeprom, flash eeprom和一次寫入(o

58、pt型)的單片機(jī)。它真正符 合了單片機(jī)的小型、簡(jiǎn)單、可靠、廉價(jià)的設(shè)計(jì)初衷。(3) 輸入、輸出端口資源輸入輸出端口要充分的利用，如果使用不足則浪費(fèi)了資源，外部總線8位單 片機(jī)u0資源太少，無(wú)法用于ass系統(tǒng)，外部總線16位基本能滿足abs系統(tǒng)的要 求。3. 2. 1 cpu 簡(jiǎn)介本文屮單片機(jī)選用了 mcs-%系列產(chǎn)品小的80c196kco 80c196高性能16位單片 機(jī)是intel公司繼80%z后推出的一系列高性能chm0s16位單片機(jī)，它特別適合要 求很高的實(shí)吋控制場(chǎng)合，口前，已成功地應(yīng)用于汽車上，諸如點(diǎn)火，燃料等控制 52, 53, 55chmos芯片耗電少，除正常工作外還可工作于2種節(jié)電方式:待機(jī)方式和掉電 方式，進(jìn)一步減少了芯片的功耗.mc-196家