本科生畢業(yè)設(shè)計第1頁1防抱死制動系統(tǒng)概述1.1ABS的功能汽車ABS在高速制動時用來防止車輪抱死，ABS是英文Anti-lockBrakeSyetem的縮寫，全文的意思是防抱死制動系統(tǒng)，簡稱ABS。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時，汽車輕者會發(fā)生側(cè)滑，嚴重時會掉頭、甩尾，甚至產(chǎn)生劇烈旋轉(zhuǎn)。制動力過大，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面車道，即使不是彎道也無法躲避障礙物，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?？傊囍苿訒r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；制動效率下降，延長了制動距離；輪胎過度磨損，產(chǎn)生“小平面”，甚至爆胎。ABS防抱死制動裝置就是為了防止上述缺陷的發(fā)生而研制的裝置，它有以下幾點好處：增加制動穩(wěn)定性，防止方向失控、側(cè)滑和甩尾；提高制動效率，縮短制動距離（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。輸入傳感器通常包括死個車輪的輪速信號、剎車信號，個別車型還有減速度信號、手剎車或車油面信號。ABS的第一個優(yōu)點是增加了汽車制動時候的穩(wěn)定性。汽車制動時，四個輪子上的制動力是不一樣的，如果汽車的前輪抱死，駕駛員就無法控制汽車的行駛方向，這是非常危險的；倘若汽車的后輪先抱死，則會出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾，甚至使汽車整個掉頭等嚴重事故。ABS可以防止四個輪子制動時被完全抱死，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的第二個優(yōu)點是能縮短制動距離。這是因為在同樣緊急制動的情況下，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力的結(jié)果。ABS的第三個優(yōu)點是改善了輪胎的磨損狀況，防止爆胎。事實上，車輪抱死會造成輪胎小平面磨損，輪胎面損耗會不均勻，使輪胎磨損消耗費增加，嚴重時將無法繼續(xù)使用。因此，裝有ABS具有一定的經(jīng)濟效益和安全保障。另外，ABS使用方便，工作可靠。ABS的使用與普通制動系統(tǒng)的使用幾乎沒有區(qū)別，緊急制動時只有把腳用力踏在制動踏板上，ABS就會根據(jù)情況進入工作狀態(tài)，本科生畢業(yè)設(shè)計第2頁即使雨雪路滑，ABS也會使制動狀態(tài)保持在最佳點。ABS利用電腦控制車輪制動力，可以充分發(fā)揮制動器的效能，提高制動減速度和縮短制動距離，并能有效地提高車輛制動的穩(wěn)定性，防止車輛側(cè)滑和甩尾，減少車禍事故的發(fā)生，因此被認為是當前提高汽車行駛安全性的有效措施。目前ABS已經(jīng)在國內(nèi)外中高級轎和客車上得到了廣泛使用。1.2防抱死制動系統(tǒng)的發(fā)展歷史ABS裝置最早應(yīng)用在飛機和火車上，而在汽車上的應(yīng)用比較晚。鐵路機車在制動時如果制動強度過大，車輪就會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。1908年英國工程師J.E.Francis提出了“鐵路車輛車輪抱死滑動控制器”理論，但卻無法將它實用化。接下來的30年中，包括KarlWessel的“剎車力控制器”、WernerMhl的“液壓剎車安全裝置”與RichardTrappe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中寫到：“到現(xiàn)在為止，任何通過機械裝置防止車輪抱死危險的嘗試皆尚未成功，當這項裝置成功的那一天，即是交通安全史上的一個重要里程碑”，可惜該書的作者恐怕沒想到這一天竟還要再等30年之久。當時開發(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)實時監(jiān)測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，在那個沒有集成電路與計算機的年代，沒有任何機械裝置能夠達成如此敏捷的反應(yīng)！等到ABS系統(tǒng)的誕生露出一線曙光時，已經(jīng)是半導體技術(shù)有了初步規(guī)模的1960年代早期。精于汽車電子系統(tǒng)的德國公司Bosch（博世）研發(fā)ABS系統(tǒng)的起源要追溯到1936年，當年Bosch申請“機動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（AntilockBrakingSystem）名詞在歷史上第一次出現(xiàn)！世界上第一具ABS原型機于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)。因為投入的資金過于龐大，ABS初期的應(yīng)用僅限于鐵路車輛或航空器。TeldixGmbH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ABS1，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，不但成本過高也很容易發(fā)生故障。1973年Bosch公司購得50的TeldixGmbH公司股權(quán)及ABS領(lǐng)域的研發(fā)成果，1975年AEG、Teldix與Bosch達成協(xié)議，將ABS系統(tǒng)的開發(fā)計劃完全委托Bosch公司整合執(zhí)行。“ABS2”在3年的努力后誕生！有別于ABS1采用模擬式電子組件，ABS2系統(tǒng)完全以數(shù)字式組件進行設(shè)計，不但控制單元內(nèi)組件數(shù)目從1000個銳減到140個，而且有造價降低、可靠性大幅提升與運算速度明顯加快的三大優(yōu)勢。兩家德國車廠奔馳與寶馬于1978年底決定將ABS2這項高科技系統(tǒng)裝置在S本科生畢業(yè)設(shè)計第3頁級及7系列車款上。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。從1978到1980年底，Bosch公司總共才售出24000套ABS系統(tǒng)。所幸第二年即成長到76000套。受到市場上的正面響應(yīng)，Bosch開始TCS循跡控制系統(tǒng)的研發(fā)計劃。1983年推出的ABS2S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。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準配備。圖1-1BOSCH防抱死制動系統(tǒng)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，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，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)。本科生畢業(yè)設(shè)計第4頁（2）防滑控制系統(tǒng)防滑控制系統(tǒng)ASR(AccelerationSlipRegulation)或稱為牽引力控制系統(tǒng)TCS(TractionControlSystem)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，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。（3）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，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(ElectronicsBreakSystem)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?？刂茝姸葎t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。（4）車輛動力學控制系統(tǒng)車輛動力學控制系統(tǒng)VDC(VehicleDynamicsControl)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