ABS和ASR在汽車上的應(yīng)用分析研究

1、鄭州交通職業(yè)學(xué)院畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）論文（設(shè)計）題目：ABS和ASR在汽車上的應(yīng)用分析研究所屬系別 汽車運用工程系 專業(yè)班級 05級汽工四班 姓名 賈 文 博 學(xué)號 05010417 指導(dǎo)教師 竇 志 民 撰寫日期 2008 年 3 月摘 要現(xiàn)在世界上很多汽車公司和零部件生產(chǎn)廠家都在致力于提高汽車行駛的安全性能，特別是致力于提高汽車行駛的主動安全性能，這已經(jīng)成為汽車電子化發(fā)展的一個重要方面。 汽車防滑控制系統(tǒng)由制動防抱死系統(tǒng)ABS及驅(qū)動防滑系統(tǒng)ASR兩部分組成。制動防抱死系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)制動輪缸的制動壓力來控制制動力矩，進而達到在制動時防止車輪抱死的目的。而驅(qū)動防滑系統(tǒng)則主要通過改變節(jié)氣門的開

2、度及點火正時角度去改變發(fā)動機輸出扭矩，同時也通過調(diào)節(jié)制動壓力來改變制動力矩，最終達到控制牽引力矩防止在加速時車輪滑轉(zhuǎn)的目的關(guān)鍵詞：安全性，汽車電子，制動防抱死系統(tǒng)，驅(qū)動防滑系統(tǒng)AbstractNow many of the world's car companies and parts manufacturers are working on improving the safety performance of motor vehicles, in particular, is committed to improving vehicle safety performance on

3、the initiative, it has become a vehicle electronic an important aspect of development. Car anti-skid control system by the anti-lock braking system ABS and ASR-driven anti-skid system composed of two parts. ABS brake system by regulating the round of the brake cylinder pressure to control braking mo

4、ment, then reached in to prevent the wheels when braking Baosi purposes. The anti-skid system was mainly driven by changing the opening of the throttle and ignition are at the point of view to change the engine torque output, but also by adjusting the brake pressure to change the brake torque, and u

5、ltimately achieving traction control to prevent the moment when the car accelerated Track to the purpose of Key words: security, automotive electronics, ABS, driver of anti-skid system目 錄1 引言52 ABS/ASR的應(yīng)用及基本原理52.1ABS的應(yīng)用52.2 ABS的基本原理62.3ABS控制方法的分析72.4ASR的應(yīng)用92.5 ASR的基本原理93 ABS/ASR的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r123.1國外發(fā)展?fàn)顩r13

6、3.2國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r134 ABS/ASR的發(fā)展趨勢154.1 ABS/ASR控制技術(shù)的提高154.2控制功能的擴展和集成164.3與其他控制系統(tǒng)的信息交換和共享，提高整體控制性能175 總結(jié)196參考文獻20致 謝211 引言 汽車制動防抱死系統(tǒng)（Antilock Braking System），簡稱ABS，是汽車主動安全裝置的代表，其作用是在制動過程中防止車輪抱死，提高車輛在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，使汽車制動更為安全有效。 汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)（Anti-slip Regulation），簡稱ASR，也是一種主動安全裝置，可根據(jù)車輛的行駛行為使車輛驅(qū)動輪在惡劣路面或復(fù)

7、雜路面條件下得到最佳縱向驅(qū)動力，能夠在驅(qū)動過程中，特別在起步、加速、轉(zhuǎn)彎等過程中防止驅(qū)動車輪發(fā)生過份滑轉(zhuǎn)，使得汽車在驅(qū)動過程中保持方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操縱能力及提高加速性能等。故又稱為牽引力控制系統(tǒng)（Traction Control System），即TCS 系統(tǒng)。 ASR 可視為ABS 在技術(shù)上的自然延伸。在裝備了ABS 的汽車上，添加了發(fā)動機輸出力矩的調(diào)節(jié)和驅(qū)動輪制動壓力的調(diào)節(jié)功能后，ABS 所用的車輪轉(zhuǎn)速傳感器和壓力調(diào)節(jié)器可全部為ASR 所利用。ASR 和ABS 在算法上相類似，許多程序模塊可以通用，大大簡化了程序結(jié)構(gòu)，節(jié)省存儲空間。因而在實際應(yīng)用中可以把兩者集成在一起，并將它們的控制邏輯也

8、集成在一個控制器中，形成ABS/ASR 集成系統(tǒng)。 基于ABS/ASR 集成系統(tǒng)，可以開發(fā)出更多的車輛電子控制系統(tǒng)。例如電子制動力分配系統(tǒng)（Electronic braking force distribution，EBD），汽車行駛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（Electronic stability program，ESP），下坡輔助控制系統(tǒng)（Downhill assist control，DAC），坡道起步輔助控制系統(tǒng)（Hill-start assist control，HAC），轉(zhuǎn)向制動控制系統(tǒng)（Cornering brake control，CBC），汽車信息記錄儀（Event data reco

9、rder，EDR）等汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)(Anti-slip Regulation System，簡稱ASR)是在汽車制動防抱死系統(tǒng)(Antilock Braking System，簡稱ABS)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在裝備了ABS的汽車上添加發(fā)動機輸出力矩的調(diào)節(jié)功能和驅(qū)動輪制動壓力的調(diào)節(jié)功能后，ABS所用的車輪轉(zhuǎn)速傳感器和壓力調(diào)節(jié)器可全部為ASR所利用。ASR和ABS在算法上很相似，許多程序模塊可以通用，因而在實際應(yīng)用中可以把兩者集成在一個控制器中，組成ABS/ASR集成系統(tǒng)。 2 ABS/ASR的應(yīng)用及基本原理2.1 ABS的應(yīng)用制動性能是汽車主要性能之一，它關(guān)系到行車安全性。評價一輛汽車的制動性

10、能最基本的指標(biāo)是制動加速度、制動距離、制動時間及制動時方向的穩(wěn)定性。制動時方向的穩(wěn)定性，是指汽車制動時仍能按指定的方向的軌跡行駛。如果因為汽車的緊急制動（尤其是高速行駛時）而使車輪完全抱死，那是非常危險的。若前輪抱死，將使汽車失去轉(zhuǎn)向能力；若后輪抱死，將會出現(xiàn)甩尾或調(diào)頭（跑偏、側(cè)滑）尤其在路面濕滑的情況下，對行車安全造成極大的危害。 世界上第一臺防抱死制動系統(tǒng)1 ABS(Ant-ilock Brake System), 在 1950 年問世，首先被應(yīng)用在航空領(lǐng)域的飛機上， 1968 年開始研究在汽車上應(yīng)用。 70 年代，由于歐美七國生產(chǎn)的新型轎車的前輪或前后輪開始采用盤式制動器，促使了 ABS

11、 在汽車上的應(yīng)用。 1980 年后，電腦控制的 ABS 逐漸在歐洲、美國及亞洲日本的汽車上迅速擴大。到目前為止，一些中高級豪華轎車，如西德的奔馳、寶馬、雅迪、保時捷、歐寶等系列，英國的勞斯來斯、捷達、路華、賓利等系列，意大利的法拉利、的愛快、領(lǐng)先、快意等系列，法國的波爾舍系列，美國福特的 TX3 、 30X 、紅慧星及克萊斯勒的帝王、紐約豪客、男爵、道奇、順風(fēng)等系列，日本的思域，凌志、豪華本田、奔躍、俊朗、淑女 300Z 等系列，均采用了先進的 ABS 。到 1993 年，美國在轎車上安裝 ABS 已達 46% ，現(xiàn)今在世界各國生產(chǎn)的轎車中有近 75% 的轎車應(yīng)用 ABS 。2.2 ABS的基

12、本原理 ABS（Anti-lock Braking System，即防抱死制動系統(tǒng)）是在制動期間控制和監(jiān)視汽車速度的電子控制系統(tǒng)。在汽車制動的過程中，它通過常規(guī)制動系統(tǒng)起作用，能夠自動地控制車輪在旋轉(zhuǎn)方向上的打滑，并把相應(yīng)的滑移率控制在最佳范圍之內(nèi)，可提高汽車的主動安全性。 在汽車的制動過程中，使汽車制動而減速行駛的外力是路面作用于輪胎胎面上的地面制動力。但地面制動力取決于兩個摩擦副的摩擦力：一是制動裝置對車輪的摩擦力，即制動器制動力；另一個是輪胎與路面間的摩擦力，即地面附著力。只有當(dāng)汽車有足夠的制動器制動力及地面附著力時，才能獲得足夠的地面制動力。汽車制動過程中，車速和車輪轉(zhuǎn)動線速度（輪速）

13、之間存在著速度差2，也就是車輪與地面之間有滑移現(xiàn)象。一般用滑移率S來表示滑移的程度 式中：u車速；w輪速。試驗和理論分析表明：在制動過程中，滑移率S是與制動的距離、制動時的方向可控性和制動的平穩(wěn)性密切相關(guān)的可控制的量。其原因在于滑移率與汽車和地面間的縱向附著系數(shù)B及側(cè)向附著系數(shù)S的關(guān)系呈一定的非線性曲線關(guān)系，見圖1制動控制區(qū)?；坡蔛=0時，汽車處于非制動狀態(tài)，縱向附著系數(shù)B=0，側(cè)向附著系數(shù)S處于最大值；汽車處于制動狀態(tài)時，B隨滑移率S的增大而增大，S隨滑移率S的增大而減小，當(dāng)滑移率S達到某個數(shù)值時，B達到最大，這時的滑移率稱為最佳滑移率（用SK表示）；之后隨著滑移率的增大，B和S不斷減小，

14、滑移率S=100%時，車輪完全抱死，B降到一數(shù)值，S0縱向附著力不大，側(cè)向附著能力幾乎盡失，汽車的制動穩(wěn)定性、方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向能力將完全喪失。圖1 附著系數(shù)B和S及滑移率S之間的關(guān)系 滑移率S在0Sk區(qū)間，可保證穩(wěn)定制動，稱為穩(wěn)定區(qū)；在Sk至100%區(qū)間為不穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)滑移率S超過Sk后，車輪很快就會進入抱死狀態(tài)。當(dāng)滑移率S處于10%30%之間時，縱向附著系數(shù)B處于峰值范圍，側(cè)向附著系數(shù)S也比較大，可以同時得到較大的縱向和側(cè)向附著力，是安全制動的理想工作區(qū)域。ABS的基本原理就是通過調(diào)節(jié)制動管路的壓力，控制車輪制動器的制動力，使汽車在緊急制動時，輪速保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，車輪滑移率控制在10%30

15、%的穩(wěn)定制動區(qū)段上，車輪不被抱死，既能保持最大的制動力，又能充分利用車輪附著力，大大提高制動效能。2.3 ABS控制方法的分析輪胎一道路接觸面之間的附著系數(shù)和滑移率是影響制動效果的重要參數(shù)?，F(xiàn)有ABS實用技術(shù)還不能直接測量輪胎一道路附著系數(shù)和滑移率，這是因為測量輪胎一道路附著系數(shù)需要使用五輪儀，測量汽車實際速度需要使用價格昂貴的多普勒雷達或加速度傳感器，因此防抱死制動系統(tǒng)普遍采用一些間接方式來實現(xiàn)近似理想的控制過程。實現(xiàn)ABS的控制過程目前有幾種不同的控制方法3：2.3.1 邏輯閾值控制算法目前車輛上采用比較廣泛的一種控制算法是基于車輪加、減速度閾值及參考滑移率的方法。雖然輪胎一道路附著系數(shù)不

16、同的路面上的控制過程有所不同，但是其控制原理基本相同，下面以圖中所示的高附著系數(shù)路面的制動過程為例，說明邏輯閾值控制方法。在制動初始階段，車輪制動分泵的制動液壓力隨著制動踏板力升高而升高，車輪滾動的圓周速度w降低、減速度增加，如圖第1階段曲線所示。當(dāng)減速度增加到設(shè)定閾值-時，ABS控制器發(fā)出指令，使相應(yīng)的電磁閥轉(zhuǎn)換到“保持壓力”狀態(tài)，控制過程進入第2階段，此時制動分泵壓力保持不變。因為減速度剛剛超過設(shè)定閾值時，車輪還工作在-曲線的穩(wěn)定區(qū)域，所以滑移率較小，且小于設(shè)定閾值1?；坡世脜⒖架囁賠ef計算求得，稱為參考滑移率。參考車速由ABS控制器根據(jù)存儲器中存儲的制動開始時的車輪速度確定，并按設(shè)

17、定的斜率(該斜率略大于縱向附著系數(shù)最大值所對應(yīng)的汽車減速度值)下降。在制動過程中，任意時刻的參考滑移率可由參考車速計算得出。在保壓過程中，參考滑移率會增大，當(dāng)參考滑移率大于滑移率閾值時，ABS控制器發(fā)出指令，使相應(yīng)的電磁閥轉(zhuǎn)換到“壓力降低”狀態(tài)，控制過程進入第3階段。制動壓力降低后，在汽車慣性力作用下，車輪減速度開始回升。當(dāng)減速度回升到高于減速度閾值-時，ABS控制器發(fā)出指令，使相應(yīng)電磁閥轉(zhuǎn)換到“壓力保持”狀態(tài)，控制過程進入第4階段。在制動部件控制器及制動液的慣性作用下，車輪開始加速，加速度由負值迅速增加到正值，直到超過加速度閾值+。加速度繼續(xù)升高，當(dāng)加速度超過更大的加速度閾值+時，ABS控制

18、器發(fā)出指令，使相應(yīng)電磁閥轉(zhuǎn)換到“壓力升高”狀態(tài)，控制過程進入第5階段。制動壓力升高后，車輪加速度降低，當(dāng)加速度降低到低于加速度閾值+時，ABS控制器發(fā)出指令，使相應(yīng)的電磁閥轉(zhuǎn)換到“壓力保持”狀態(tài)，控制過程進入第6階段。因為此時車輪加速度高于設(shè)定閾值+，說明車輪工作在-曲線的穩(wěn)定區(qū)域，且制動力不足，所以當(dāng)加速度降低到設(shè)定閾值+時，ABS控制器將發(fā)出指令，使相應(yīng)的電磁閥在“壓力升高”和“壓力保持”狀態(tài)之間交替轉(zhuǎn)換，控制過程進入第7階段，使車輪速度降低，加速度減小，當(dāng)加速度降低到減速度閾值-時，控制過程進入第8階段。ABS的第二個控制周期控制過程與上述相同。綜上所述，邏輯控制就是把車輪的加速度分為-

19、、+、+幾個閾值，再輔之以滑移率閾值來判定車輪是否工作在附著系數(shù)一滑移率(-)曲線的穩(wěn)定區(qū)域，并通過調(diào)節(jié)制動分泵的制動液壓力，將車輪滑移率控制在穩(wěn)定區(qū)域范圍內(nèi)來獲得制動性能的。因為ABS的動態(tài)特性和路面條件都在較大范圍內(nèi)連續(xù)變化，而邏輯控制把這些變化分為有限的幾種狀態(tài)(三種狀態(tài))。顯然，不能期望邏輯控制算法在不同路面條件下都能達到最佳制動效果，所有的閾值都是根據(jù)所用車型和路面特性在反復(fù)的大量實驗的基礎(chǔ)上確定的，所以所用的闕值不能通用，而且反復(fù)的路試耗資巨大。但是邏輯控制算法的好處是避免了一系列繁雜的理論分析，簡化了控制器的設(shè)計。2.3.2 基于滑移率的PID控制算法4為了進一步提高ABS的控制

20、性能，許多人都在研究基于滑移率的控制系統(tǒng)。用滑移率作為控制目標(biāo)容易實現(xiàn)連續(xù)控制，并能提高ABS在制動過程中的平順性，而且也不需要做大量試驗來獲得閾值等控制參數(shù)，因此實用前景廣泛。實現(xiàn)連續(xù)控制的最簡單算法是PID(即比例、積分、微分)控制，只要適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)整定比例系數(shù)kp、積分系數(shù)ki及微分系數(shù)kd即可。設(shè)滑移率的設(shè)定目標(biāo)為0，則控制誤差為e=-0PDI的控制規(guī)律可表示為:比例環(huán)節(jié)用以校正系統(tǒng)偏差，積分環(huán)節(jié)用以消除系統(tǒng)靜差，微分環(huán)節(jié)反映偏差信號變化趨勢，用以加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)節(jié)時間。因此按照上式，根據(jù)ABS動態(tài)系統(tǒng)特性，確定出一組最佳的控制參數(shù)kp、k1、k4，可使車輪的滑移率以最快的方式

21、趨近設(shè)定目標(biāo)0。0根據(jù)各種不同路況綜合進行選取。任意時刻的滑移率由此時車輪轉(zhuǎn)速和參考車速進行計算。2.4 ASR的應(yīng)用在汽車行駛過程中，時常會出現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)動而車身不動，或者汽車的移動速度低于驅(qū)動輪輪緣速度的情況，這時，意味著輪胎接地點與地面之間出現(xiàn)了相對滑動，我們把這種滑動稱為驅(qū)動輪的“滑轉(zhuǎn)”，以區(qū)別于汽車制動時車輪抱死而產(chǎn)生的車輪“滑移”。驅(qū)動車輪的滑轉(zhuǎn)，同樣會使車輪與地面的縱向附著力下降，從而使得驅(qū)動輪上可獲得的極限驅(qū)動力減小，最終導(dǎo)致汽車的起步、加速性能和在濕滑路面上通過性能的下降。同時，還會由于橫向摩擦系數(shù)幾乎完全喪失，使驅(qū)動輪上出現(xiàn)橫向滑動，隨之產(chǎn)生汽車行駛過程中的方向失控。驅(qū)動力控制

22、系統(tǒng)（Traction Control System，簡稱TCS或TRC）又稱驅(qū)動輪防滑轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（AntiSlip Regulation，簡稱“ASR），它是繼防抱死制動系統(tǒng)（ABS）之后，設(shè)置在汽車上專門用來防止驅(qū)動輪起步、加速和在濕滑路面行駛時滑轉(zhuǎn)的電子驅(qū)動力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它可以在驅(qū)動狀態(tài)下，通過計算機幫助駕駛員實現(xiàn)對車輪運動方式的控制，以便在汽車的驅(qū)動輪上獲得盡可能大的驅(qū)動力，同時保持汽車驅(qū)動時的方向控制能力，改善燃油經(jīng)濟性，減少輪胎磨損。2.5 ASR的基本原理2.5.1 ASR的組成5ASR由ECU、執(zhí)行器（制動壓力調(diào)節(jié)器、節(jié)氣門驅(qū)動裝置）、傳感器 （車輪車速傳感器、節(jié)氣門開度傳感器）

23、等組成。2.5.2 ASR的工作原理 汽車的行駛受行駛牽引力和附著力的限制，即要滿足Ff F1 F 式中6：Ff汽車行駛阻力；Ff F1汽車牽引力；F汽車附著力。如果路面的附著系數(shù)很小，容易使汽車的牽引力超過輪胎與路面間的附著極限（即Ft>F），產(chǎn)生驅(qū)動輪過度滑轉(zhuǎn)，后輪驅(qū)動的汽車將可能甩尾，前輪驅(qū)動的汽車則容易方向失控，導(dǎo)致汽車向一側(cè)偏移。驅(qū)動防滑的基本原理與制動防滑相似，根據(jù)地面附著系數(shù)和車輪滑移率的關(guān)系曲線（見圖1驅(qū)動控制區(qū)），把車輪滑移率控制在一定范圍內(nèi)，提高地面附著力的利用率，改善驅(qū)動性能。汽車打滑是指汽車車輪的滑轉(zhuǎn)，車輪的滑轉(zhuǎn)率又稱滑移率。驅(qū)動車輪的滑移率Sd=×10

24、0%，式中vc是車輪圓周速度；v是車身瞬時速度。 目前，ASR常用的控制方法有種：一是調(diào)整發(fā)動機加在驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩的發(fā)動機控制。汽油機常通過控制燃油噴射量、點火時間、節(jié)氣門開度來減低其輸出轉(zhuǎn)矩；柴油機常通過控制燃油噴射量來減低其輸出轉(zhuǎn)矩。二是對發(fā)生打滑的驅(qū)動輪直接施加制動的制動控制。如果驅(qū)動輪在不同附著系數(shù)的路面上，通過對打滑的驅(qū)動輪實施制動，降低滑移率，提高驅(qū)動力。對于附著系數(shù)相同的路面，可通過發(fā)動機控制來實現(xiàn)防驅(qū)動輪打滑，也可對打滑的兩驅(qū)動輪實施制動；為防止制動蹄過熱，當(dāng)車速高于一定值時，制動控制將不起作用，要依靠發(fā)動機控制。ASR與ABS有十分密切的聯(lián)系，是ABS的自然延伸。二者在技術(shù)上

25、比較接近，部分軟、硬件可以共用。ABS所用的傳感器和壓力調(diào)節(jié)器均可為ASR所利用，ABS的電子控制裝置只需要在功能上進行相應(yīng)的擴展即可用于ASR裝置。在 ABS的基礎(chǔ)上，只需添加ASR電磁閥，即可對過分滑轉(zhuǎn)的車輪實施制動。對電控發(fā)動機來說，通過總線就可控制發(fā)動機的輸出力矩。非電控發(fā)動機，只需增加一些傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，就可控制發(fā)動機的輸出力矩?；诖?，通常把二者有機地結(jié)合起來，形成汽車ABS/ASR防滑控制系統(tǒng)。2.5.3 ASR系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)（1） 制動壓力調(diào)節(jié)器7ASR的制動壓力調(diào)節(jié)器執(zhí)行ASR ECU的指令對滑轉(zhuǎn)車輪施加制動力和控制制動力的大小，以使滑轉(zhuǎn)車輪的滑轉(zhuǎn)率在目標(biāo)范圍內(nèi)。ASR的壓

26、力源是蓄壓器，通過電磁閥來調(diào)節(jié)驅(qū)動車輪的制動壓力。ASR制動壓力調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)形式有：單獨方式和組合方式。單獨方式ASR ECU通過電磁閥的控制實現(xiàn)對驅(qū)動輪制動力的控制，控制過程如下：正常制動時ASR不起作用，電磁閥不通電，閥在左位，調(diào)壓缸的活塞被回位彈簧推至右邊極限位置。此時調(diào)壓缸右腔與儲液室相通而壓力低，左腔通過活塞使ABS制動壓力調(diào)節(jié)器與車輪制動分泵相通，因此ASR不起作用且對ABS無任何影響。起步或加速時若驅(qū)動輪出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)需要實施制動時，ASR使電磁閥通電，閥至右位，蓄壓器中的制動液推活塞左移。此時調(diào)壓腔右腔與儲液室隔斷而與蓄壓器接通，蓄壓器中的制動液推活塞左移使與ABS制動壓力調(diào)節(jié)器的通道

27、封閉?；钊笠剖棺笄粔毫υ龃螅?qū)動車輪制動分泵壓力升高。壓力保持過程：此時電磁閥半通電，閥在中位，調(diào)壓缸與儲液室和蓄壓器都隔斷，于是活塞保持原位不動，制動壓力保持不變。壓力降低過程：此時電磁閥斷電，閥回左位， 使調(diào)壓腔右腔與蓄壓器隔斷而與儲液室接通，于是調(diào)壓缸右腔壓力下降，制動壓力下降。組合方式ASR制動壓力調(diào)節(jié)器與ABS制動壓力調(diào)節(jié)器組合在一起圖2-1 1-輸液泵 2-ABS/ASR制動壓力調(diào)節(jié)閥 3-電磁閥 4-蓄壓器 5-壓力開關(guān)6-循環(huán)泵 7-儲液器 8-電磁閥A 9-電磁閥B 10、11驅(qū)動車輪制動器ASR不起作用時，電磁閥不通電，ABS起制動作用并通過電磁閥和電磁閥來調(diào)節(jié)制動壓力。

28、驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)時，ASR控制器使電磁閥通電，閥移至右位，電磁閥和電磁閥不通電，閥仍在左位，于是，蓄壓器的壓力油通入驅(qū)動輪制動泵，制動壓力增大。需要保持驅(qū)動輪制動壓力時，ASR控制器使電磁閥半通電，閥至中位，隔斷蓄壓器及制動總泵的通路，驅(qū)動輪制動分泵壓力保持不變。需要減小驅(qū)動輪制動壓力時，ASR控制器使電磁閥和電磁閥通電，閥移至右位，接通驅(qū)動車輪制動分泵與儲液室的通道，制動壓力下降。2.5.4 節(jié)氣門驅(qū)動裝置ASR控制系統(tǒng)通過改變發(fā)動機輔助節(jié)氣門的開度來控制發(fā)動機的輸出功率。節(jié)氣門驅(qū)動裝置由步進電機和傳動機構(gòu)組成。步進電機根據(jù)ASR控制器輸出的控制脈沖轉(zhuǎn)動規(guī)定的轉(zhuǎn)角，通過傳動機構(gòu)帶動輔助節(jié)氣門轉(zhuǎn)動。

29、ASR不起作用時，輔助節(jié)氣門處于全開位置，當(dāng)需要減少發(fā)動機驅(qū)動力來控制車輪滑轉(zhuǎn)時，ASR控制器輸出信號使輔助節(jié)氣門驅(qū)動機構(gòu)工作，改變輔助節(jié)氣門開度。3 ABS/ASR的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r3.1國外發(fā)展?fàn)顩r 早在1928年防抱死制動理論就被提出。BOSCH公司在1936年第一個獲得了防抱死制動系統(tǒng)的專利權(quán)。1954年，F(xiàn)ORD公司將ABS裝在林肯轎車上。這一時期的各種ABS的輪速傳感器和制動壓力調(diào)節(jié)裝置都是機械式，因此，獲取的輪速信號不夠精確，制動壓力調(diào)節(jié)的適時性和精確性也難以保證。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，ABS進入電子控制時代。20世紀(jì)60年代后期到70年代初期，凱爾塞·海伊斯公司研制生產(chǎn)

30、的兩輪制動的ABS、克萊斯勒公司與BENDIX公司合作研制的四輪制動的ABS、BOSCH和TEVES公司研制的ABS、WABCO公司與BENZ公司合作研制的裝備在氣壓制動的載貨汽車上的ABS，都是由模擬式電子控制裝置對設(shè)置在制動管路中的電磁閥進行控制，直接對各制動輪以電子控制壓力進行調(diào)節(jié)。由于模擬式電子控制裝置反應(yīng)速度慢、控制精度低、易受干擾，致使各種ABS均未達到預(yù)期的控制效果。 20世紀(jì)70年代后期，ABS采用數(shù)字式電子技術(shù)，反應(yīng)速度、控制精度和可靠性都顯著提高，ABS進人實用化階段。BOSCH公司在1978年首先推出了采用數(shù)字式電子控制裝置的ABSBOSCH ABS2。自此，歐、美、日的

31、許多公司相繼研制了形式多樣的ABS。自1985年起，BOSCH、TEVES、BENDIX、WABCO等公司開始對ABS的生產(chǎn)大力投資，以滿足汽車對ABS需要量增加的要求。 目前，國際上ABS在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛，已成為絕大多數(shù)汽車的標(biāo)準(zhǔn)裝備，北美和西歐的各類客車和輕型載貨汽車，ABS的裝備率已達90%以上，轎車ABS的裝備率在60%左右，運送危險品的載貨汽車ABS的裝備率為100%。 1971年BUICK公司研制了由電子控制裝置自動中斷發(fā)動機點火8，以減小發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩，防止驅(qū)動車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動防抱死系統(tǒng)，成為ASR的雛形。1985年，VOLVO公司試制了電子牽引力控制系統(tǒng)ETC（Ele

32、ctronic Traction Control），通過調(diào)節(jié)燃油供給量來調(diào)節(jié)發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩，以控制驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率，產(chǎn)生最佳驅(qū)動力。1986年，BOSCH推出了該公司的第一個牽引力控制系統(tǒng)TCS。 僅依靠調(diào)節(jié)發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩不能解決汽車在對開路面上很好地起步加速的問題。為了解決這一問題，需要對附著不好的一側(cè)驅(qū)動輪施加部分制動，以充分發(fā)揮附著條件較好的一側(cè)的地面驅(qū)動力。隨著ABS技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，利用ABS壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)可實現(xiàn)這一目標(biāo)。采用制動干預(yù)控制的ASR系統(tǒng)通常都是同ABS集成在一起的，形成ABS/ASR系統(tǒng)。1986年12月，BOSCH公司第一次將ABS與ASR結(jié)合起來，率先推出了具有防抱死

33、制動和驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)功能的防滑控制系統(tǒng)ABS/ASR 2U裝置。同期，BENZ公司與WABCO公司也聯(lián)合開發(fā)出了應(yīng)用在載貨汽車上的ABS/ASR系統(tǒng)。 此后，各大汽車公司紛紛開始應(yīng)用ABS/ASR系統(tǒng)，使其成為頂級豪華車的標(biāo)準(zhǔn)配置。隨著各大公司不斷開發(fā)出結(jié)構(gòu)更緊湊、成本更低、可靠性更強、功能更全面的ABS/ASR系統(tǒng)，ABS/ASR系統(tǒng)也逐漸應(yīng)用于中、低檔汽車上。到1997年時，已經(jīng)有23家汽車廠商的近50種車型使用了ABS/ASR系統(tǒng)。3.2國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 國內(nèi)研究開發(fā)ABS起步較晚，約始于20世紀(jì)80年代中期。但我國對ABS的系統(tǒng)開發(fā)十分重視，制定相應(yīng)的法規(guī)力促ABS的發(fā)展。1993年4月1日開

34、始實施的GB 13594-92汽車防抱死制動系統(tǒng)性能要求和試驗方法，為ABS成為標(biāo)準(zhǔn)裝備提供了試驗方法和依據(jù)。1999年10月1日實施的GB 126761999汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗方法規(guī)定9：2003年10月1日以后，大型客車和大型載貨汽車必須安裝符合GB 13594中規(guī)定的一類ABS。 目前，國內(nèi)研究ABS有代表性的科。研機構(gòu)有以下幾個：吉林大學(xué)汽車動態(tài)模擬國家重點實驗室、北京理工大學(xué)汽車動力性與排放測試國家專業(yè)實驗室、清華大學(xué)汽車安全與節(jié)、能國家重點實驗室、華南理工交通學(xué)院汽車系、濟南程軍電子科技公司等。這些單位在ABS的仿真、控制量、輪速信號抗干擾處理、輪速信號異點剔除、防抱電磁

35、閥動作響應(yīng)等方面的研究取得了很多成果。同時對防抱死制動時、的滑移率的計算、滑移率和附著系數(shù)之間的關(guān)系及ABS的控制算法也有很深的研究。 國內(nèi)現(xiàn)在生產(chǎn)ABS的公司不少，但大多數(shù)公司是和國外著名ABS公司合作生產(chǎn)。完全自主生產(chǎn)開發(fā)ABS的有代表性的國內(nèi)公司有：廣州市科密汽車制動技術(shù)開發(fā)有限公司、重慶聚能汽車技術(shù)有限責(zé)任公司、東風(fēng)科技汽車制動系統(tǒng)公司、西安博華機電股份有限公司等。已開發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品有單通道、三通道、四通道、六通道的氣壓和液壓式的，適用于摩托車、轎車、大中型客車一、重型載貨汽車、掛車的ABS及相關(guān)零部件。這些ABS的制動性能指標(biāo)達到了國外同類產(chǎn)品的水平，部分試驗數(shù)據(jù)優(yōu)于國外公司同類產(chǎn)品，

36、在國內(nèi)占有一定的市場。 估計2005年我國新生產(chǎn)的中、重型載貨汽車，大、中型客車ABS的裝車率為100%，而小、微型客車ABS的裝車率為20，轎車ABS裝車率為50%。 國內(nèi)對ASR的研究，大約開始于20世紀(jì)90年代。一些科研單位如清華大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、同濟大學(xué)、上海交通大學(xué)、濟南重汽技術(shù)中心等對ASR技術(shù)的發(fā)展進行跟蹤、研究，并取得了階段性進展。目前，我國科研人員主要針對ASR控制系統(tǒng)的控制策略、控制算法、邏輯等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行研究。由于受電控發(fā)動機的限制，我國目前在ASR系統(tǒng)的控制理論方面大多側(cè)重于采用以制動控制為主、發(fā)動機控制為輔的控制方法?？偟膩碚f，距離產(chǎn)品化研究還有一定的

37、差距。因此國內(nèi)尚無自主研發(fā)的集ABS和ASR為一體的ABS/ASR防滑控制系統(tǒng)產(chǎn)品出現(xiàn)。4 ABS/ASR的發(fā)展趨勢4.1 ABS/ASR控制技術(shù)的提高 目前，雖然ABS/ASR已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但控制方法還是以邏輯門限值控制為主。該控制方法雖比較簡單，但邏輯復(fù)雜，所有的門限值都需要大量的實驗來確定，調(diào)試起來很困難。而且，采用邏輯門限值控制的ABS/ASR系統(tǒng)通用性比較差，需要針對不同的車型重新開發(fā)。隨著各種現(xiàn)代控制理論不斷發(fā)展和完善，采用優(yōu)化控制理論，可實現(xiàn)伺服控制和高精度控制。將智能控制技術(shù)如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)應(yīng)用到ABS/ASR系統(tǒng)中，可以提高系統(tǒng)的自適應(yīng)性和可靠性。相對于目前的基于

38、滑移率的控制算法，基于路面附著系數(shù)的控制算法容易實現(xiàn)連續(xù)控制，能適應(yīng)各種路面變化，控制滑移率在最佳滑移率附近，使ABS/ASR的控制效果得以改善。 通過先進的測試手段可進一步完善ABS/ASR功能。例如，ABS控制車輪制動防滑時，車速沒有直接測量，而是通過輪速的波動情況估取參考車速作為車速，然后計算滑移率用以控制，所以，ABS控制時的滑移率不能保證其準(zhǔn)確性。隨著傳感器制造和集成技術(shù)的發(fā)展，添加車身速度傳感器來測量車身速度，可提高ABS/ASR的控制效果。 線制動系統(tǒng)BBW（Brake-by-Wire）是制動控制系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。BBW將傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中的液壓油或空氣等傳力介質(zhì)完全由電制動取代，

39、電能作為能量來源。制動時由電動機驅(qū)動制動鉗塊，整個系統(tǒng)內(nèi)沒有液、氣壓管路，可省略許多管路和傳感器，因而結(jié)構(gòu)簡捷。BBW由電線傳遞能量，數(shù)據(jù)線傳遞信號，制動反應(yīng)時間縮短，極大地提高了汽車的制動安全性，并為將來的智能汽車控制提供條件。此外，在電子控制系統(tǒng)中設(shè)計相應(yīng)程序，操縱電控元件來控制制動力的大小及各軸制動力分配，可完全實現(xiàn)ABS及ASR等功能。BBW是一種全新的制動理念，但仍有一些問題需要解決：目前車輛的12 V/24 V電源系統(tǒng)無法提供如此大的能量，需采用高品質(zhì)的42 V電源；因為不存在獨立的主動備用制動系統(tǒng)，因此需要一個備用系統(tǒng)保證制動安全；車輛在運行過程中會有各種干擾信號，如何消除這些干

40、擾信號造成的影響是急需解決的問題。 電子制動系統(tǒng)EBS10（Electronically ControlledBraking System）是適應(yīng)對汽車及掛車制動系統(tǒng)穩(wěn)定性逐步提高的要求，在ABS/ASR基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一套綜合電子控制系統(tǒng)。它除了包含ABS/ASR的基本功能外，還具有以下特點：EBS優(yōu)化了各車輪間、主車與掛車或半掛車間的制動力分配。通常，對于常規(guī)制動系統(tǒng)而言，牽引車和掛車之間的制動協(xié)調(diào)性不能總是處于理想的匹配狀態(tài)，尤其在與牽引車相配的掛車經(jīng)常更換的情況下。EBS會在任何狀態(tài)下監(jiān)控到主車與掛車的不兼容性，自動調(diào)整主車與掛車之間的制動力分配，滿足主車和掛車制動協(xié)調(diào)性的要求，改善車

41、輛的安全性。前后橋襯片磨損協(xié)調(diào)，總磨損量達到最小，所有襯片更換間隔一致，縮短了維修時間，降低運行成本。同時，制動力的協(xié)調(diào)還可以增加制動舒適性。EBS通過制動管理系統(tǒng)將輔助制動和行車制動統(tǒng)一管理。它確保在每一次制動時，實現(xiàn)無磨損制動（緩速器、發(fā)動機制動承擔(dān)大部分的制動工作，因此可以使行車制動器的溫度保持在一個最低的水平，制動襯片的磨損降低）。改善了ABS/ASR的功能，改善了制動響應(yīng)時間和車輛的制動反應(yīng)，縮短了制動距離，改善制動穩(wěn)定性。舒適的制動感應(yīng)，幾乎達到轎車的制動感受。EBS具有完善的診斷和自檢測功能，可提供關(guān)于制動系統(tǒng)的即時信息，任何故障都可以被系統(tǒng)監(jiān)測到，并準(zhǔn)確顯示以提示維修。維修專家

42、據(jù)此排除故障。 目前，EBS在載貨汽車和客車上得到應(yīng)用，是ABS/ASR在商用車領(lǐng)域的替代產(chǎn)品。ABS/ASR市場將逐漸減少，因為EBS將考慮用于輕型車。4.2 控制功能的擴展和集成 將各個功能不同的汽車電子控制系統(tǒng)集成，在實現(xiàn)各自基本功能的前提下，形成新的具有更強大功能的集成電控系統(tǒng)是汽車電子控制的必然趨勢。把其它控制系統(tǒng)擴展進來，成為綜合的汽車控制系統(tǒng)，是ABS/ASR系統(tǒng)的發(fā)展方向。目前，ABS/ASR向以下幾個方向發(fā)展。4.2.1 和電子制動力分配EBD（Electric Brake force Distribution）組合和電子制動力分配EBD（Electric Brake for

43、ce Distribution）集成，形成ABS/ASR/EBD系統(tǒng)，可以明顯改善并提高ABS的功效。EBD的功能就是在汽車制動的瞬間，高速計算出4個輪胎由于附著力不同而導(dǎo)致的摩擦力數(shù)值，然后調(diào)整制動裝置，使其按照設(shè)定的程序在運動中高速調(diào)整，達到制動力與摩擦力（牽引力）的匹配，以保證車輛的平穩(wěn)和安全。當(dāng)緊急制動車輪抱死的情況下，EBD在ABS動作之前就已經(jīng)平衡了每一個輪胎的有效地面附著力，可以防止甩尾和側(cè)移，并縮短汽車制動距離。4.2.2 和電子穩(wěn)定性程序ESP（Electronic Stability Program）組成和電子穩(wěn)定性程序ESP（Electronic Stability Pr

44、ogram）系統(tǒng)集成11，形成ABS/ASR/ ESP綜合控制系統(tǒng)，可解除汽車制動、起步和轉(zhuǎn)向時對駕駛員的高要求。ESP又稱汽車動態(tài)控制VDC（Vehicle Dynamics Control）。1995年，BOSCH推出基于ABS/ASR系統(tǒng)開發(fā)出的電子穩(wěn)定性程序ESP。ESP在吸收ABS/ASR優(yōu)點的基礎(chǔ)上，添加轉(zhuǎn)向傳感器、側(cè)滑傳感器、橫向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器等傳感器，具有啟動對制動力和汽車行駛方向進行修正、補償?shù)墓δ?。ESP通過對各傳感器傳來的車輛行駛狀態(tài)信息進行分析，使ABS/ASR自動地向一個或多個車輪施加制動力，將車輛保持在駕駛者所選定的車道內(nèi)，來幫助車輛維持動態(tài)平衡。因

45、此，可以使車輛在各種狀況下保持最佳的穩(wěn)定性，在轉(zhuǎn)向過度或轉(zhuǎn)向不足的情形下效果更加明顯。4.2.3 和汽車巡航自動控制ACC（Adaptive Cruise Control）組成和汽車巡航自動控制ACC（Adaptive Cruise Control）系統(tǒng)集成12，形成ABS/ASR/ACC綜合控制系統(tǒng)，可解除汽車制動、起步和保持安全車距方面對駕駛員的高要求。ACC裝置是近年來發(fā)展起來的一項汽車主動安全技術(shù)。裝備ACC裝置，可自動根據(jù)主目標(biāo)車輛與主車車輛的相對距離、相對速度和路面狀況參數(shù)，判定主車的理想安全距離，并實時自動調(diào)節(jié)主車車速，使之實際車距不小于理想安全距離，因而，可在較大程度上避免碰撞

46、事故發(fā)生，具有良好的安全行駛效果。由于ABS/ASR和ACC都要用到相同的輪速采集系統(tǒng)、制動力調(diào)節(jié)裝置以及發(fā)動機調(diào)節(jié)裝置，在汽車ABS/ASR集成裝置的硬件基礎(chǔ)上，添加一個車距傳感器及相應(yīng)的電磁閥即可實現(xiàn)ACC功能。因此ABS/ASR與ACC的集成，不僅可以降低成本，而且可以提高汽車的整體安全行駛性能。4.3 與其他控制系統(tǒng)的信息交換和共享，提高整體控制性能 隨著汽車電子化程度不斷提高，汽車上ECU數(shù)目越來越多。為了提高信號的利用率，要求大量的數(shù)據(jù)信息能在不同的ECU中共享，汽車綜合控制系統(tǒng)中大量的控制信號也需要實時交換。傳統(tǒng)的電器系統(tǒng)大多采用點對點的單一通訊方式，已遠不能滿足這種需求。為此，

47、總線技術(shù)被引人到汽車電控系統(tǒng)中。今后，ABS/ASR控制系統(tǒng)的開發(fā)將基于總線技術(shù)進行，實現(xiàn)與其他控制系統(tǒng)的信息共享。例如，利用CAN總線和SAE J1939，可以很容易實現(xiàn)機械式自動變速器AMT（Automatic Mechanical Transmission）和ABS/ASR之間的數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)資源共享。ABS采集的汽車輪速信號，可以通過變換得到變速器的輸出軸轉(zhuǎn)速為AMT所用，可減少傳感器，降低控制系統(tǒng)的成本。同時，減少了插接件，使AMT和ABS/ASR系統(tǒng)的可靠性和實時性提高。ABS工作時，可向AMT發(fā)出控制信息，要求AMT掛空檔，提高ABS的工作性能，使車輛制動更平穩(wěn)、更有效。ASR工

48、作時可要求AMT向上換檔減少力矩，使ASR的控制效果更好。ASR可使AMT避免在低附著路面起步和加速時出現(xiàn)反復(fù)換檔現(xiàn)象。因此，信息交換和共享可以使兩個控制系統(tǒng)的功能比它們單獨控制的功能更豐富和有效，使每個控制器的功能都更加完善，便于進行更復(fù)雜的控制，為整車控制奠定基礎(chǔ)。5 總結(jié)ABS它是一種具有防滑、防鎖死等優(yōu)點的汽車安全控制系統(tǒng)。ASR是汽車制動防抱死系統(tǒng)功能的自然擴展，是在汽車制動防抱死系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在裝備了ABS的汽車上添加發(fā)動機輸出力矩的調(diào)節(jié)功能和驅(qū)動輪制動壓力的調(diào)節(jié)功能后,ABS所用的車輪轉(zhuǎn)速傳感器和壓力調(diào)節(jié)器可全部為ASR所利用。ASR和ABS在算法上很相似,許多程序模塊

49、可以通用,因而在實際應(yīng)用中可以把兩者集成在一個控制器中,組成ABS/ASR集成系統(tǒng)。同ABS在經(jīng)濟型轎車中都有安裝的情況不一樣，現(xiàn)在ASR的安裝還是在高檔車上面。但因為ABS、ASR包含著技術(shù)及性能上的貫通，近幾年ASR將會變得如同ABS一樣普及。隨著汽車高速的運行 ,時刻保持汽車運行中的方向穩(wěn)定性 ,制動過程中的可靠有效性 ,決然是保證汽車動力性發(fā)揮的有力保障。保證以上點 ,ABS與 ASR兩套電控自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)起到非常重要的作用。電子技術(shù)的飛速發(fā)展 ,已不斷把新技術(shù)充實到汽車工程中來 ,汽車工業(yè)已邁進一個嶄新的時代。參考文獻1肖永清，楊忠敏編著. 汽車的發(fā)展與未來M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2

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