1目錄1概述111汽車電子控制技術(shù)發(fā)展概況112ABS制動效果評價(jià)213ABS工作原理314ABS應(yīng)用進(jìn)展415小結(jié)52ABS理論基礎(chǔ)621制動過程中車輪的受力及運(yùn)動分析622制動力系數(shù)與側(cè)向力系數(shù)特性曲線923最佳滑移率范圍1224小結(jié)123ABS構(gòu)造與工作原理1331輪速傳感器1332ABS執(zhí)行器14321執(zhí)行器的構(gòu)造15322執(zhí)行器的工作原理1633ABSECU1934小結(jié)214ABS控制技術(shù)2241ABS控制通道2242ABS控制方式2343ABS控制方法24431邏輯門限值控制24432PID控制25433模糊控制2644ABS控制過程26245小結(jié)295典型ABS介紹306討論與總結(jié)32參考文獻(xiàn)34致謝3511概述11汽車電子控制技術(shù)發(fā)展概況隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，以微型計(jì)算機(jī)和傳感器為基礎(chǔ)的機(jī)電一體化在汽車上獲得廣泛的應(yīng)用，汽車中傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)逐漸被基于微處理器和傳感器的機(jī)電一體化系統(tǒng)所代替，現(xiàn)代汽車已發(fā)展成機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)與信息科學(xué)緊密結(jié)合的高科技產(chǎn)品。汽車電子控制技術(shù)發(fā)展的特征之一是應(yīng)用范圍不斷拓寬。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前汽車上已經(jīng)使用和正在開發(fā)中的機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)十種之多，按照應(yīng)用領(lǐng)域可以分為三方面發(fā)動機(jī)汽油機(jī)燃油噴射控制系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)與變速器聯(lián)合控制系統(tǒng)、柴油機(jī)燃油噴射控制系統(tǒng)、柴油機(jī)啟動控制系統(tǒng)、泵噴嘴、廢氣再循環(huán)自動控制系統(tǒng)、共軌系統(tǒng)、電子控制消音器、增壓器自動控制系統(tǒng)、冷卻系自動控制系統(tǒng)。底盤變速器自動控制系統(tǒng)、電子控制空氣懸架系統(tǒng)、無極變速自動控制系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)、離合器自動控制系統(tǒng)、驅(qū)動力防滑系統(tǒng)、電子控制力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、車速自動控制系統(tǒng)、主動半主動懸架系統(tǒng)、汽車無人駕駛系統(tǒng)。其他刮雨器自動控制、全自動空調(diào)、車窗開關(guān)自動控制、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、安全氣囊。各種機(jī)電一體化系統(tǒng)，特別是電子控制噴油系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)、驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)、電子控制懸架系統(tǒng)及自動導(dǎo)航系統(tǒng)等在汽車上的成功應(yīng)用，明顯地提高了汽車的經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性和舒適性，減少了汽車有害尾氣的排放，減低了汽車的環(huán)境噪聲污染。汽車電子控制技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)特征是汽車電子控制裝置占整車的成本逐年增加，即純機(jī)械部分所占的比重越來越少，而機(jī)電結(jié)合的電子控制裝置所占的比重越來越大。圖11所示為從1976年到2000年電子控制裝置占整車成本變化趨勢圖，從圖中可以看出，汽車電子控制裝置所占的比重逐年增加，到2000年電子控制裝置占整車成本到7以上。這還不包括電子控制裝置中的液壓汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS研究2系統(tǒng)、電液控制閥、驅(qū)動油缸及各類傳感器等的成本，如果把這些輔助裝置的成本計(jì)算在內(nèi)，則電子控制裝置占整車的成本比圖中所示的比例還要高一些。最新資料分析表明，汽車電子產(chǎn)品占現(xiàn)代轎車的成本已經(jīng)達(dá)到30。圖11電子控制裝置占整車成本12ABS制動效果評價(jià)汽車防抱死制動系統(tǒng)是汽車上應(yīng)用最為廣泛和成功的機(jī)電一體化系統(tǒng)之一，其英文名稱為ANTILOCKBRAKINGSYSTEM，簡稱ABS，它是汽車上的一種主動安全裝置，用于防止汽車制動時(shí)車輪抱死，以獲得最佳效果。根據(jù)汽車制動動力學(xué)理論，汽車的制動效果主要用下列二個(gè)指標(biāo)評價(jià)（1）制動效果，即制動距離與制動減速度；（2）制動時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性，即制動時(shí)汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能。制動距離是指汽車以一定的速度行駛時(shí)，從駕駛員開始操作制動控制裝置（踩制動踏板）到汽車完全停住為止所駛過的距離。制動距離與制動踏板力、路面附著條件、汽車載荷、汽車行駛初速度等因素有關(guān)。從力學(xué)的觀點(diǎn)來看，車輪與路面之間制動力的大小對制動距離的長短有著決定性的影響。制動時(shí)，特別是緊急制動盡可能短，即車輪與路面之間的制動力盡可能大。制動時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性是指汽車在制動過程中維持直線行駛或按預(yù)定彎道行駛的能力。制動時(shí)車輪自動向左或向右偏駛稱為制動跑偏。側(cè)滑是指制動時(shí)汽車的某一軸或兩軸發(fā)生橫向移動。前輪失去轉(zhuǎn)向能力是指彎道制動時(shí)，汽車不在按原來彎道行駛，而是沿彎道切線方向駛出，或者在直線行駛制動時(shí)，轉(zhuǎn)動方向盤后汽車仍然按直線方向行駛的現(xiàn)象。國內(nèi)外的統(tǒng)計(jì)分析表明，制動跑偏，側(cè)滑和失去轉(zhuǎn)向能力是造成交通事故的主要原因之一。造成制動跑偏、3側(cè)滑和失去轉(zhuǎn)向能力的原因是汽車與路面之間的側(cè)向力太小。從維持汽車制動時(shí)方向穩(wěn)定性出發(fā)，希望汽車與路面之間的側(cè)向力越大越好。有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員有時(shí)采用所謂的“點(diǎn)剎”，即先將制動踏板踩到底，稍微放松一下以后再踩到底，如此反復(fù)進(jìn)行，直到汽車停住為止。ABS實(shí)際就是這種制動過程的自動控制系統(tǒng)，它根據(jù)車輪的運(yùn)動狀態(tài)自動調(diào)節(jié)作用在制動盤或制動輪鼓上的制動力，防止制動輪抱死，使車輪與道路路面之間的制動力和側(cè)向力盡可能達(dá)到最大，從而減小制動距離，提高制動時(shí)汽車行駛方向穩(wěn)定性。13ABS工作原理汽車防抱死制動系統(tǒng)主要由輪速傳感器、電子控制單元（ELECTRICALCONTROLUNIT，簡稱ECU）和ABS執(zhí)行器等組成圖12ABS示意圖1輪速傳感器2電子控制單元3ABS執(zhí)行器4ABS信號燈其中，輪速傳感器安裝在汽車驅(qū)動輪上，連續(xù)不斷地測取車輪的輪速，并將這些信號傳遞給ABSECU，電子控制單元將檢測到的轉(zhuǎn)速信號處理后與預(yù)先存儲在電子控制單元中的參考值進(jìn)行比較，如果車輪的角減速度急劇增大，表明該車輪即將抱死，ABSECU指示執(zhí)行器降低該車輪制動輪缸的制動液壓，車輪開始轉(zhuǎn)動，當(dāng)傳感器的信號表明車輪又正常轉(zhuǎn)動時(shí)，ABSECU又發(fā)出指令升高車輪制動輪缸的液壓，而執(zhí)行器則根據(jù)電子控制單元的指令“降低”、“增大”或“保持”各車輪制動輪缸的制動液壓，從而以脈沖形式（每秒410次）進(jìn)行制動壓力的調(diào)節(jié)，將車輪的滑移率始終控制在最佳滑移率范圍內(nèi)，從而保證汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS研究4在制動過程中車輪與路面之間的地面制動力和側(cè)向力最大，縮短制動距離，最大限制地保證制動時(shí)車輪的穩(wěn)定性，提高安全性。14ABS應(yīng)用進(jìn)展最早的汽車防抱死制動系統(tǒng)可以追溯到英國1932年發(fā)布的專利“制動時(shí)防止車輪壓緊轉(zhuǎn)動的安全裝置”。隨后的1936年，德國的BOSCH公司將電器傳感器用于測量車輪的轉(zhuǎn)速，并用電動機(jī)對控制閥孔口的大小進(jìn)行控制，以調(diào)節(jié)制動壓力，該技術(shù)被認(rèn)為是ABS朝實(shí)用化方向邁出的最重要的一步，其原理一直延用至今。早期的ABS系統(tǒng)主要用在飛機(jī)、火車和掛車上，在汽車上的應(yīng)用盡管在20世紀(jì)50年代就已經(jīng)開始，但普及一直很緩慢，主要原因是當(dāng)時(shí)的ABS采用機(jī)械式調(diào)控裝置，難以滿足復(fù)雜工況的需求。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字電子技術(shù)，大規(guī)模集成電路的發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，ABS的控制技術(shù)日趨成熟。1978年德國的BOSCH公司與MERCEDESBENZ公司合作，將處理器引入到ABS的控制中，開發(fā)了MERCEDESBENZ/BOSCABS2B型三通道防抱死制動系統(tǒng)，并批量裝于奔馳小汽車上。此后，ABS技術(shù)得到快速發(fā)展，發(fā)達(dá)國家汽車裝備ABS的數(shù)量逐步增加。據(jù)估計(jì)，20世紀(jì)初美國的汽車基本裝備了該系統(tǒng)，全世界汽車ABS裝備的比率將達(dá)到90以上。為了改善交通安全狀況，各國還紛紛通過立法和采用其他行政措施促進(jìn)ABS的應(yīng)用。1987年前歐洲體共同頒布的法規(guī)規(guī)定，自1989年起，歐洲體成員國汽車廠凡申請新車型許可證時(shí)，所有新車必須裝備ABS；同時(shí)規(guī)定自1991年開始，歐洲體成員國凡16T上的載重汽車也必須裝備ABS，并禁止進(jìn)口未裝備ABS的汽車。日本從1991年10月起規(guī)定，對總質(zhì)量超過13T的牽引車和總質(zhì)量超過10T的運(yùn)輸危險(xiǎn)品的拖車以及在高速公路上行駛的大客車均須裝備ABS。美國1994年8月頒布的商用汽車ABS法規(guī)規(guī)定截止到1996年，全國新出廠的氣壓制動在貨車和氣壓制動公共汽車均應(yīng)安裝ABS；采用液壓制動系統(tǒng)的整體式載貨車和公共汽車，規(guī)定在1998年必須安裝ABS。美國的保險(xiǎn)公司宣布，凡裝備ABS的汽車可以減收保險(xiǎn)費(fèi)。目前，汽車ABS仍需進(jìn)一步提高系統(tǒng)的技術(shù)性能，提高系統(tǒng)元件的可靠性，5其發(fā)展趨勢為（1）ABS/ASR一體化ASR是驅(qū)動力防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)的英文縮寫，其英文全稱為ANTISLIPREGULATION。有時(shí)也稱為驅(qū)動力控制系統(tǒng)，其英文全稱為TRACTIONCONTROLSYSTEM，簡稱為TRC。ASR也是典型的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)，其作用是在汽車的啟動和加速過程中，控制傳遞到驅(qū)動輪上的驅(qū)動力矩，防止車輪空轉(zhuǎn)，從而使啟動和加速過程快速而穩(wěn)定，ABS制造公司常將二者集成為一體，實(shí)現(xiàn)信息與資源的共享。（2）減小體積，降低重量現(xiàn)代汽車裝備的輔助裝置越來越多，一方面汽車的重量隨之增加，能耗與運(yùn)行成本也相應(yīng)地增加；另一方面，可供這些裝置布置的空間受到限制，因此，減小ABS的體積，降低系統(tǒng)的總重量一直是ABS的生產(chǎn)公司追求的目標(biāo)。（3）基于CAN總線的多控制集成網(wǎng)絡(luò)控制由于汽車上采用的機(jī)電一體化控制裝置越來越多，每個(gè)系統(tǒng)都有自己的ECU和傳感器，裝置和信息不能共享。采用基于CAN總線的多控制系統(tǒng)集成網(wǎng)絡(luò)控制，將ABS與其他系統(tǒng)集成控制，可以節(jié)約成本，提高控制效率15小結(jié)機(jī)電一體化在汽車上的成功應(yīng)用，明顯地提高了汽車的經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性和舒適性，減少了汽車有害尾氣的排放，減低了汽車的環(huán)境噪聲污染。從1932年發(fā)展至今的汽車防抱死制動系統(tǒng)是汽車上應(yīng)用最為廣泛和成功的機(jī)電一體化系統(tǒng)之一，其英文名稱為ANTILOCKBRAKINGSYSTEM，簡稱ABS，它是汽車上的一種主動安全裝置，用于防止汽車制動時(shí)車輪抱死，以獲得最佳效果。該系統(tǒng)主要由輪速傳感器、電子控制單元（ELECTRICALCONTROLUNIT，簡稱ECU）和ABS執(zhí)行器等組成其工作原理為，車輪輪速傳感器測取車輪的輪速，并將信號輸入控制器，控制器計(jì)算出車速、輪速、滑移率和車輪的減速度、加速度，并對這些信號進(jìn)行分析和判斷，根據(jù)分析和判斷的結(jié)果控制ABS執(zhí)行器的動作。而執(zhí)行器則根據(jù)電子控制單元的指令“降低”、“增大”或“保持”各車輪制動輪缸的制動液壓，進(jìn)行制動壓力的調(diào)節(jié)，將車輪的滑移率始終控制在最佳滑移汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS研究6率范圍內(nèi)，從而保證在制動過程中車輪與路面之間的地面制動力和側(cè)向力最大，縮短制動距離，最大限制地保證制動時(shí)車輪的穩(wěn)定性，提高安全性。在造成交通事故中，制動跑偏，側(cè)滑和失去轉(zhuǎn)向能力是主要原因之一。而造成制動跑偏、側(cè)滑和失去轉(zhuǎn)向能力的原因是汽車與路面之間的側(cè)向力太小。從維持汽車制動時(shí)方向穩(wěn)定性出發(fā)，希望汽車與路面之間的側(cè)向力越大越好。ABS這種汽車防抱死裝置最大的優(yōu)點(diǎn)就是根據(jù)車輪的運(yùn)動狀態(tài)自動調(diào)節(jié)作用在制動盤或制動輪鼓上的制動力，防止制動輪抱死，使車輪與道路路面之間的制動力和側(cè)向力盡可能達(dá)到最大，從而減小制動距離，提高制動時(shí)汽車行駛方向穩(wěn)定性，而這一過程的完成不需要我們?nèi)藶榈倪M(jìn)行“點(diǎn)剎”。2ABS理論基礎(chǔ)21制動過程中車輪的受力及運(yùn)動分析汽車的制動效果與制動過程中車輪的運(yùn)動狀態(tài)及車輪與路面之間的作用力密切相關(guān)。為了研究車輪的運(yùn)動及車輪和路面之間的作用力，建立如圖21所示的輪胎坐標(biāo)系（為簡化起見，車輪的內(nèi)外傾角沒有參考）。坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于輪胎與路面接觸（簡稱輪胎接地區(qū)）的中心，X軸位于地平面上，正向指向車輪的前進(jìn)方向；Y軸在地平面上且垂直于X軸，正向指向車輪的左側(cè)；Z軸與地面垂直，正方向向上。圖中車輪的滾動方向與車輪前進(jìn)方向之間的夾角稱為側(cè)偏角。7圖21輪胎坐標(biāo)系12制動過程中路面對輪胎的作用力可分解為三個(gè)坐標(biāo)軸方向的分力沿X軸方向的分力為FX，即為地面制動力，又稱縱向力；沿Y軸方向的分力為FY，稱之為側(cè)向力，或稱橫向力；研Z軸方向的分力為FZ，為路面對輪胎的法向反作用力。地面制動力和側(cè)動力實(shí)質(zhì)上是輪胎與路面之間的“摩擦力”，與汽車輪胎上所受的法向反作用力FZ成正比，即FXFXFZFYFYFZ式中，比例系數(shù)FX和FY分別為稱為制動力系數(shù)和側(cè)向力系數(shù)。在后面的分析中我們將會看到，制動力系數(shù)和側(cè)向力系數(shù)與車輪的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)，在制動過程中是動態(tài)變化的。制動過程中車輪的運(yùn)動狀態(tài)分為純滾動、純滑動和邊滾邊滑。如果汽車的行駛速度，即車輪中心的運(yùn)動速度與車輪滾動的圓周速度相同，則車輪在路面作純滾動；如果駕駛員通過制動控制裝置向制動輪施加的作用力足夠大，將制動輪抱死，此時(shí)汽車在自身慣性力的推動下繼續(xù)向前運(yùn)動，則車輪在路面上做純滑動；當(dāng)制動輪受到制動器制動力的作用而又沒有抱死時(shí)，一方面，由于制動器制動力的作用，車輪滾動的圓周速度降低；另一方面，在汽車自身慣性力汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS研究8的作用下，汽車?yán)^續(xù)前運(yùn)動，且行駛速度大于車輪滾動的圓周速度，輪胎與路面之間產(chǎn)生的滑移，車輪處于邊滾邊滑的狀態(tài)。作用在制動輪上的制動器制動力越大，車輪滾動的成分越少，而滑動的成分越多。一般用制動滑移率來描述制動過程中的滑移程度，其定義為（圖22）圖22制動滑移率12S（VVR）/VVRRW式中S制動滑移速度V汽車形式速度VR車輪圓周速度R車輪動力半徑W車輪角速度顯然，車輪做純滾動時(shí)，車輪實(shí)際行駛速度與車輪滾動的圓周速度相等，即VVR，制動滑移率為0；車輪做純滑動，即車輪抱死時(shí)，車輪的圓周速度為零，即VR0，制動滑移率為1；車輪既滾動又滑動時(shí)，制動滑移率在01之間?？梢娀坡拭枋隽酥苿舆^程中車輪滑移的程度，滑移率越大，表面滑移越嚴(yán)重。以上討論的是汽車在直線路面上行駛的情形。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向或行駛在彎曲的道路上時(shí)，由于慣性等因素的作用，車輪受到側(cè)向力的作用。此時(shí)車輪的滾動方向與汽車的行駛方向不一致，兩者之間的夾角稱為側(cè)偏角。有側(cè)偏角時(shí)的車9輪滑移率定義如下（圖23）圖23滑移率制動力系數(shù)特性曲線12絕對滑移率S（VVR）/V縱向滑移率SBX（VVRCOS）/V側(cè)向滑移率SBY（VRSIN）/V式中側(cè)偏角22制動力系數(shù)與側(cè)向力系數(shù)特性曲線制動過程中的地面制動力和轉(zhuǎn)向力都是通過車輪與道路接地面之間的摩擦產(chǎn)生的。汽車道路試驗(yàn)表明，輪胎的制動力與側(cè)向力，只有當(dāng)車輪滾動的圓周速度與車輪的行駛速度之間存在差異時(shí)才會產(chǎn)生。換言之，制動時(shí)輪胎與路面之間的制動力系數(shù)與滑移率有著密切的關(guān)系，這種函數(shù)關(guān)系通常用滑移率制動力系數(shù)特性曲線來描述。汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS研究10圖24滑移率制動力系數(shù)特性曲線12圖24給出的是測試得到的典型的滑移率制動力系數(shù)特性曲線。在制動的初始階段，隨著滑移率的增加，制動力系數(shù)急劇增加，滑移率增大到最優(yōu)滑移率SM時(shí)，制動力系數(shù)達(dá)到最大值FM。此時(shí)的制動力系數(shù)FM稱之為峰值附著系數(shù)，一般出現(xiàn)在S01502附近。此后，隨著滑移率的繼續(xù)增加，制動力系數(shù)逐漸減小，直至車輪完全抱死，滑移率為1時(shí)，制動力系數(shù)減小到一個(gè)穩(wěn)定值FS，該值稱之為滑移附著系數(shù)。由圖24可以看出，只有在曲線上峰值附著系數(shù)出現(xiàn)之前的各點(diǎn)（包括峰值附著系數(shù)點(diǎn)）（OA段）以及滑移率為1的那一點(diǎn)，制動過程是穩(wěn)定的。在不穩(wěn)定區(qū)AB段，滑移率對制動力矩十分敏感，很快滑移到抱死狀態(tài)。圖25所示為測試得到的側(cè)向力系數(shù)隨著側(cè)偏角變化曲線。由圖22可知，當(dāng)側(cè)偏角不超過5時(shí)，側(cè)向附著系數(shù)隨著側(cè)偏角的增大近似性地增大；當(dāng)側(cè)偏角范圍達(dá)到510時(shí)，側(cè)向力系數(shù)繼續(xù)增大并達(dá)到最大值；當(dāng)側(cè)偏角再增大時(shí)，側(cè)向力系數(shù)反而有所下降。11圖25側(cè)向力系數(shù)隨側(cè)偏角變化曲線12輪胎的制動力系數(shù)與側(cè)向力系數(shù)反映了輪胎的附著性能，主要受路面種類（路面材料、有無冰雪等）、路面狀況（干燥或潮濕）、輪胎型號、輪胎槽紋形狀及深度、胎冠的橡膠成分、輪胎充氣壓力及汽車行駛速度等因素的影響。圖26為試驗(yàn)測得的各種典型路面的制動力系數(shù)特性曲線。從圖26中可以看出，路面種類及LUMINA狀況對制動力系數(shù)的的影響很大。其中干燥水泥路面的附著性能最好，峰值附著系數(shù)達(dá)到113，而結(jié)冰路面的峰值附著系數(shù)僅為023。圖26路面狀態(tài)對制動力系數(shù)特性曲線的影響12圖27表示汽車行駛速度對制動力系數(shù)曲線的影響。在干燥的瀝青路面上，車速從10KM/H變?yōu)?0KM/H，特性曲線變化較小，表明在干燥的路面汽車行駛速度對制動力系數(shù)的影響很小。而在潮濕的瀝青路面上，隨著車速的增加，制動力系數(shù)下降，對應(yīng)著峰值附著系數(shù)FM和滑移附著系數(shù)FS下降，尤其是滑移附著系數(shù)的下降更為顯著，導(dǎo)致車輪抱死狀態(tài)下的制動距離較最優(yōu)滑移率時(shí)的汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS研究12要長。圖27制動力系數(shù)特性特性曲線與車速的關(guān)系12輪胎的側(cè)向附著性能除受側(cè)偏角的影響外，還與輪胎的滑移率有著密切的關(guān)系。圖28中給出了滑移率為不同值（從004）時(shí)的側(cè)向力系數(shù)特性曲線。由圖28可知，隨著滑移率的增加，輪胎的側(cè)向附著性能降低。這一變化趨勢從圖29中看得更清楚。圖28不同滑移率時(shí)側(cè)向力系數(shù)隨側(cè)偏角變化的曲線12圖29給出的是在不同側(cè)偏角條件下，側(cè)向力系數(shù)隨滑移率變化的規(guī)律。對給定的側(cè)偏角，在不制動的時(shí)候，輪胎的滑移率為零，這時(shí)輪胎的側(cè)向力系數(shù)最大。司機(jī)踩下制動踏板隨著制動力的加大，輪胎的滑移率增加，側(cè)向力系數(shù)逐漸減小。最后，當(dāng)輪胎的滑移率達(dá)到1，即輪胎抱死時(shí)，車輪的側(cè)向力系數(shù)幾乎為零。13圖29不同側(cè)偏角時(shí)側(cè)向力系數(shù)隨滑移率變化曲線1223最佳滑移率范圍綜合縱向及側(cè)向附著系數(shù)與滑移率的特性曲線分析，可以得出如下結(jié)論輪胎的附著性能與輪胎的滑移率密切相關(guān)。滑移率保持在0103之間時(shí)，輪胎的縱向附著系數(shù)和側(cè)向附著系數(shù)都較大?；坡食鲞@個(gè)范圍后，特別是車輪抱死后，縱向附著系數(shù)下降，而側(cè)向附著系數(shù)將為零。這意味著制動距離加長，而且方向穩(wěn)定性降低。圖210中給出的滑移率范圍0103稱之為最佳滑移率范圍。ABS系統(tǒng)的作用，就是在制動時(shí)，通過控制車輪的速度，將滑移率范圍控制在0103之間，從而縮短制動距離，提高車輪制動時(shí)的方向穩(wěn)定性。圖210最佳滑移率范圍1224小結(jié)我們知道汽車的制動效果與制動過程中車輪的運(yùn)動狀態(tài)及車輪與路面之間汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS研究14的作用力密切相關(guān)。通過對車輪運(yùn)動過程中車輪和路面之間的受力分析，得出制動力系數(shù)和側(cè)向力系數(shù)與車輪的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)，并在制動過程中是動態(tài)變化的。而輪胎的制動力系數(shù)與側(cè)向力系數(shù)反映了輪胎的附著性能，輪胎的附著性能與又輪胎的滑移率密切相關(guān)。當(dāng)滑移率保持在0103之間時(shí)，輪胎的縱向附著系數(shù)和側(cè)向附著系數(shù)都較大?；坡食鲞@個(gè)范圍后，特別是車輪抱死后，縱向附著系數(shù)下降，而側(cè)向附著系數(shù)將為零。這意味著制動距離加長，而且方向穩(wěn)定性降低。ABS系統(tǒng)的作用，就是在制動時(shí)，通過控制車輪的速度，將滑移率范圍控制在0103之間，從而縮短制動距離，獲得較高的附著利用率來提高車輪制動時(shí)的方向穩(wěn)定性。3ABS構(gòu)造與工作原理同其他機(jī)電一體化系統(tǒng)一樣，ABS的硬件構(gòu)成除了機(jī)械系統(tǒng)本體（汽車的液壓制動系統(tǒng)）以外，主要由傳感器、執(zhí)行器和控制器三部分組成。這里，傳感器主要指車輪輪速傳感器，其功能是檢測車輪轉(zhuǎn)速，并將信號輸入控制器；執(zhí)行器實(shí)際上是一個(gè)附加在普通液壓力調(diào)節(jié)裝置，其功能是自動調(diào)節(jié)制動輪缸的液壓；控制器即前述的ABSECU，其作用是接收車速、輪速和減速度等傳感器的信號，計(jì)算出車速、輪速、滑移率和車輪的減速度、加速度，并對這些信號進(jìn)行分析和判斷，根據(jù)分析和判斷的結(jié)果控制ABS執(zhí)行器的動作。31輪速傳感器如圖31所示，輪速傳感器主要由傳感器轉(zhuǎn)子與傳感頭兩部分組成。常見的傳感器轉(zhuǎn)子是一個(gè)帶齒的圓環(huán)，由磁阻較小的鐵磁性材料制成，一般安裝在隨車輪一起轉(zhuǎn)動的部件上，如半軸、輪轂或制動盤等，與車輪同步轉(zhuǎn)動。傳感頭根據(jù)極軸形狀的不同可分為鑿式、菱式和柱式極軸輪速傳感頭等，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同主要由永磁體磁芯、傳感線圈和極軸等組成。傳感頭直接安裝在車輪附近不隨車輪轉(zhuǎn)動的部件上，如半軸套管、轉(zhuǎn)向節(jié)、制動底板等，極軸端部與傳感器轉(zhuǎn)子的輪齒之間保持一定的間隙。輪速傳感器的主要工作原理如圖32所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子的齒隙與傳感頭的極軸端部想對應(yīng)時(shí)，極軸端部與齒圈之間的空氣隙最大，永磁體磁芯產(chǎn)生的磁力線15就不容易通過齒圈，傳感線圈周圍的磁線就較弱；而當(dāng)轉(zhuǎn)子上的齒頂與傳感頭的極軸端部相對應(yīng)時(shí)，極軸端部與齒圈之間的空氣隙最小，永磁體磁芯所產(chǎn)生的磁力線就容易通過齒圈，感應(yīng)線圈周圍的磁場就較強(qiáng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子隨同車輪轉(zhuǎn)動時(shí)，轉(zhuǎn)子的齒頂和齒隙交替地與傳感頭極軸端部相對，傳感器感應(yīng)線圈周圍的磁場隨著發(fā)生強(qiáng)弱交替變化，在感應(yīng)線圈中產(chǎn)生交變電壓。交變電壓的頻率與齒圈的齒數(shù)成正比。因此，輪速傳感頭輸出的交變電壓的頻率與相應(yīng)車輪的轉(zhuǎn)速成正比。通過計(jì)算感應(yīng)線圈感應(yīng)交變電壓的頻率即可確定車輪的轉(zhuǎn)速和角加速度。圖31輪速傳感器141導(dǎo)線2永久磁鐵3殼體4線圈5極軸6轉(zhuǎn)子汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS研究16圖32輪速傳感器的工作原理141轉(zhuǎn)子2極軸3感應(yīng)線圈4永磁體磁芯32ABS執(zhí)行器ABS執(zhí)行器又稱液壓調(diào)節(jié)器或制動壓力調(diào)節(jié)器，是在普通的液壓制動系統(tǒng)上加裝的液壓調(diào)節(jié)裝置，主要由調(diào)節(jié)制動液壓的電磁閥（又稱壓力控制閥）、電動液壓泵和低壓儲液器等組成。ABS執(zhí)行器通常集成為一個(gè)整體，安裝在制動主缸和制動輪缸之間。321執(zhí)行器的構(gòu)造（1）電磁閥。電磁閥是ABS執(zhí)行器的核心部件，其作用是控制制動輪缸的進(jìn)油和出油。ABS電磁閥主要有二位三通、三位三通和二位二通幾種。早期的ABS執(zhí)行器有的采用二位三通或三位三通電磁閥，現(xiàn)代汽車防抱死制動系統(tǒng)采用二位二通電磁閥的居多，每個(gè)制動輪一般對應(yīng)兩個(gè)二位二通電磁閥，一個(gè)常開吸入電磁閥，簡稱進(jìn)油閥，控制制動主缸到制動輪缸的進(jìn)油，另一個(gè)常閉排出電磁閥，簡稱出油閥，控制從制動輪缸到電動液壓泵和低壓儲液器的出油。圖33所示為BOSCHABS5型ABS二位二通進(jìn)油閥結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)電磁線11上沒有端電壓時(shí)，閥芯7的錐形頂部在彈簧6預(yù)緊力的作用下脫離閥座4，進(jìn)油口和出油口接通，進(jìn)油閥處于開啟狀態(tài)，來自制動主缸的制動液經(jīng)進(jìn)油管濾清器1進(jìn)入閥座4內(nèi)的通道，并經(jīng)出油口進(jìn)入制動輪缸；當(dāng)向電磁線圈11提供端電壓時(shí)，電磁線圈對銜鐵9產(chǎn)生電磁吸引力，閥芯在電磁吸引力的作用下克服彈簧張力向下移動，直至閥芯錐形頂部緊壓靠在錐形閥座上，進(jìn)油口和出油口的通道被斷開，制動液不能從制動輪缸進(jìn)入制動主缸，制動主缸中的制動液也不能流入制動輪缸。17圖33二位二通進(jìn)油閥示意圖15圖34二位二通出油閥示意圖151進(jìn)油管濾清器2密封圈3閥體1閥座2O形環(huán)3濾清器支撐體4閥座5濾清器6彈簧7閥芯4濾清器5密封圈6閥芯7彈簧8O形環(huán)9銜鐵10密封圈8閥體9銜鐵10電磁線圈11電磁線圈12線圈架11線圈架BOSCHABS5型ABS二位二通出油閥結(jié)構(gòu)見圖34與進(jìn)油閥一樣，出油閥采用的也是電磁工作原理，所不同的是電磁閥開啟和關(guān)閉的條件與進(jìn)油閥正好相反。當(dāng)電磁線圈10不通點(diǎn)時(shí)，閥芯6的錐形頂部在彈簧7預(yù)緊力的作用下緊壓靠在閥座1上，進(jìn)油口和出油口的通道斷開，出油閥處于關(guān)閉狀態(tài)；向電磁線圈施加端電壓后，電磁線圈對銜鐵9產(chǎn)生電磁吸引力，閥芯在電磁吸引力的作用下克服彈簧張力向上移動，閥芯錐形頂部與閥座之間產(chǎn)生間隙，進(jìn)油口和出油口的通道被接通，出油閥處于開啟狀態(tài)。（2）低壓儲液器和電動液壓泵。低壓儲液器和電動液壓泵是執(zhí)行器的壓力降低裝置。當(dāng)出油閥開啟時(shí)，從制動輪缸流出的制動液經(jīng)過低壓儲液器并由電動液壓泵泵回制動主缸中。電動液壓泵由電動機(jī)驅(qū)動，并根據(jù)ECU的指令運(yùn)轉(zhuǎn)和停止。322執(zhí)行器的工作原理ABS執(zhí)行器液壓制動系統(tǒng)的種類很多，但其工作原理大同小異，下面以BOSCHABS5為例分析ABS執(zhí)行器的工作原理。汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS研究18（1）常規(guī)制動時(shí)（ABS不工作）常規(guī)制動過程中，ABS不起作用，ECU也不向電磁閥輸出電壓。因此，進(jìn)油閥4保持開啟狀態(tài)，出油閥7保持關(guān)閉狀態(tài)，來自制動主缸2的制動液經(jīng)進(jìn)油閥進(jìn)入制動輪缸6，在制動輪缸中建立制動壓力，實(shí)施汽車制動。此時(shí)電動液壓泵10不工作，位于出油路中的單向閥11防止制動液流到液壓泵中。放松制動踏板1時(shí)，車輪制動輪缸中的制動液一部分通過單向閥5，另一部分經(jīng)進(jìn)油閥4回流到制動主缸中。以上過程如圖35所示。圖35常規(guī)制動時(shí)，液壓制動系統(tǒng)工作原理圖151制動踏板2制動主缸3注油容器4進(jìn)油閥6制動輪缸7出油閥8儲油罐9單向閥10電動液壓泵11單向閥（2）緊急制動時(shí)（ABS工作）緊急制動時(shí)，當(dāng)四個(gè)車輪中的任一車輪即將抱死時(shí)，ABS執(zhí)行器根據(jù)電子控制單元（ECU）傳送的信號控制該車輪上制動輪缸中的制動液壓，從而達(dá)到防止該車輪抱死的目的。“壓力降低”狀態(tài)當(dāng)車輪即將抱死時(shí)，ECU向進(jìn)油閥和出油閥電磁線圈施加12V的端電壓，進(jìn)油閥關(guān)閉，出油閥打開，來自制動主缸的制動液不能流進(jìn)制動輪缸，制動輪缸中的制動液通過出油閥送至儲液罐8中。如此作用的結(jié)果是車輪制動輪缸中的制動液壓下降，制動輪制動力減小，從而達(dá)到防止車輪抱死的目的。與此同時(shí)，ECU傳送信號給電動液壓泵，使之開始工作，將儲液罐中的制動液送至制動主缸中。制動管路壓力降低的速率是由“壓力降低”和“壓力保持”兩種狀態(tài)的交替進(jìn)行來調(diào)節(jié)的，以上過程如圖36所示。19圖36壓力降低時(shí)，液壓制動系統(tǒng)原理圖151制動踏板2制動主缸3注油容器4進(jìn)油閥6制動輪缸7出油閥8儲油罐9單向閥10電動液壓泵11單向閥“壓力保持”狀態(tài)當(dāng)制動輪缸中的制動壓力降低或升高且輪速已達(dá)到預(yù)定值時(shí)，ECU給進(jìn)油閥電磁線圈提供12V的端電壓，給出油閥電磁線圈提供0V的端電壓，進(jìn)油閥和除頭發(fā)都關(guān)閉，制動液在回路中不流動，制動輪缸中的制動壓力保持在該水平上。以上過程如圖37所示。圖37壓力保持時(shí)，液壓制動系統(tǒng)原理圖151制動踏板2制動主缸3注油容器4進(jìn)油閥6制動輪缸7出油閥8儲油罐9單向閥10電動液壓泵11單向閥“壓力升高”狀態(tài)當(dāng)車輪制動輪缸中的制動管路壓力需要升高以提供更大的制動力時(shí)，ECU將進(jìn)油閥和出油閥電磁線圈的端電壓均置為0V，進(jìn)油閥汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS研究20打開，出油閥關(guān)閉，制動主缸中的制動液經(jīng)進(jìn)油閥流至制動輪缸中。如此作用的結(jié)果是制動輪缸中的液壓升高，同時(shí)產(chǎn)生的制動輪制動力也隨之升高。制動管路壓力升高的速率是由“壓力升高”和“壓力保持”兩種狀態(tài)的交替進(jìn)行來調(diào)節(jié)的。以上過程如圖38所示。圖38壓力升高時(shí)，液壓制動系統(tǒng)原理圖151制動踏板2制動主缸3注油容器4進(jìn)油閥6制動輪缸7出油閥8儲油罐9單向閥10電動液壓泵11單向閥33ABSECUABSECU的主要功能是接收輪速傳感器和其他傳感器輸入的信號，進(jìn)行放大，轉(zhuǎn)換，計(jì)算，比較和判斷，談后根據(jù)判斷的結(jié)果控制電磁閥的開關(guān)和電動液壓泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，以控制制動器制動壓力。ABSECU（圖39）是一個(gè)基于單片機(jī)的控制器，包括硬件和軟件兩部分。ECU硬件由輸入處理電路，單片計(jì)算機(jī)，輸出處理電路和安全保護(hù)電路組成，各組成部分集中安裝在一塊印刷電路板上，并封裝在金屬殼體內(nèi)。ABSECU軟件是根據(jù)ABS控制邏輯編寫的控制程序，固存在單片計(jì)算機(jī)的只讀存儲器（ROM）中。21圖39ABS電子控制單元ECU151輸入處理電路輸入ABSECU的信號主要有1輪速傳感器信號2點(diǎn)火開關(guān)，制動開關(guān)，液位開關(guān)等外部信號；3輪速傳感器監(jiān)測信號的反饋信號；4電磁閥繼電器，液壓泵驅(qū)動電器繼電器等工作電路的監(jiān)測信號等。按照輸入信號的形態(tài)可以將其分為三種類型模擬信號，通斷二進(jìn)制數(shù)字信號和連續(xù)脈沖數(shù)字信號。對于輪速傳感器信號這樣的模擬信號，需要進(jìn)行低通濾波，整形，放大等預(yù)處理，并將處理過的信號通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成適合單片計(jì)算機(jī)CPU處理的數(shù)字信號。對于點(diǎn)火開關(guān)，制動開關(guān)，液位開關(guān)這樣的通斷二進(jìn)制數(shù)字信號和電磁閥繼電器監(jiān)測信號等這樣的連續(xù)脈沖數(shù)字信號，盡管他們本身是數(shù)字信號，但由于各種各樣的原因洗腦的幅值不適合單片計(jì)算機(jī)CPU直接進(jìn)行處理（CPU的工作電壓為5V），必須經(jīng)過輸入處理電路的處理，變成計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)字信號形式后在輸入控制器的計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行進(jìn)一步的分析處理。2單片機(jī)單片機(jī)是ABSECU的核心，也是ABS的核心。早期的ABSECU采用8位單片機(jī)，目前采用16位單片機(jī)的居多，也有的開始采用32位單片機(jī)。單片機(jī)內(nèi)部的CPU將輸入的信號按一定的算法進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算的結(jié)汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS研究22果確定出相應(yīng)的控制命令，然后將控制信號通過數(shù)字端口D0輸出，經(jīng)過模擬電路的驅(qū)動功率放大就可以直接舉動電磁閥。ABSECU一般由兩個(gè)單片機(jī)組成，以保證系統(tǒng)工作安全可靠。兩個(gè)單片機(jī)接收同樣的輸入信號，在進(jìn)行運(yùn)算和處理的過程中，通過交互式通訊，對兩個(gè)單片機(jī)的結(jié)果進(jìn)行比較，如果處理結(jié)果不一致，單片機(jī)立即使ABS系統(tǒng)退出工作，防止系統(tǒng)發(fā)生故障后導(dǎo)致錯(cuò)誤控制。單片機(jī)不僅能檢測ECU內(nèi)部的工作過程，還能監(jiān)測系統(tǒng)中有關(guān)部件，如輪速傳感器，泵電動機(jī)工作電路，電磁閥繼電器工作電路等的工作狀況。當(dāng)監(jiān)測到這些電路工作不正常時(shí)，也立即向安全保護(hù)電路輸出停止ABS系統(tǒng)工作的指令。3輸出處理電路輸出處理電路將單片機(jī)輸出的控制信號（如壓力增加，保持，減?。ㄟ^D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬控制信號，通過控制功率放大器向執(zhí)行器（電磁閥）提供控制電流或電壓，驅(qū)動執(zhí)行器工作。4安全保護(hù)電路安全保護(hù)電路由電源控制，故障記憶，繼電器驅(qū)動和ABS警告燈驅(qū)動等電路組成。安全保護(hù)電路接收騎車電源的電壓信號，對電源電壓是否穩(wěn)定在規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)將12V或14V電源電壓變成ABSECU內(nèi)部需要的5V標(biāo)準(zhǔn)電壓。同時(shí)還對繼電器電路，ABS警告燈電路進(jìn)行控制。當(dāng)ABS出現(xiàn)故障時(shí)，如電源電壓過低，輪速傳感器信號不正常及計(jì)算電路，電磁閥控制電路等有故障時(shí)，能根據(jù)微處理器的指令，切斷有關(guān)繼電器的電源電路，使ABS停止工作，回復(fù)常規(guī)制動功能，起到失效保護(hù)作用。同時(shí)，將儀表板上的ABS警告燈點(diǎn)亮，提醒駕駛員ABS系統(tǒng)出現(xiàn)故障，應(yīng)進(jìn)行檢修。并將故障存儲在存儲器內(nèi)，以便進(jìn)行自診斷時(shí)，將存儲的故障信息調(diào)出，供維修時(shí)使用。34小結(jié)ABS除了機(jī)械系統(tǒng)本體（汽車的液壓制動系統(tǒng)）以外，主要由傳感器、執(zhí)行器和控制器三部分組成。傳感器主要指車輪輪速傳感器，其功能是檢測車輪轉(zhuǎn)速，并將信號輸入控制器；執(zhí)行器實(shí)際上是一個(gè)附加在普通液壓力調(diào)節(jié)裝置，其功能是自動調(diào)節(jié)制動輪缸的液壓；控制器即前述的ABSECU，其作用是接收車速、輪速和減速度等傳感器的信號，計(jì)算出車速、輪速、滑移率和車輪的減23速度、加速度，并對這些信號進(jìn)行分析和判斷，根據(jù)分析和判斷的結(jié)果控制ABS執(zhí)行器的動作。汽車防抱死制動系統(tǒng)根據(jù)汽車的行駛狀態(tài)、車輪的轉(zhuǎn)動情況，在制動過程中自動調(diào)節(jié)施加在制動器上的壓力，把車輪滑移率控制在一狹小范圍內(nèi)，不使車輪抱死，以保證汽車在各種行駛條件下制動時(shí)均能充分利用輪胎與路面間的縱向和側(cè)向附著力，提高汽車抗側(cè)滑的能力，縮短制動距離，有效提高行車安全性。裝備ABS的車輛可以在不同路況、天氣下降低事故發(fā)生率，它已是世界上普遍公認(rèn)的提高汽車安全性的有效措施之一。目前在國外，ABS已作為汽車的標(biāo)準(zhǔn)裝備，國內(nèi)法規(guī)也強(qiáng)制要求重型貨車和大型客車必須安裝ABS。電子控制單元ECUELECTRONICCONTROLUNIT是ABS控制系統(tǒng)的核心部件，也是衡量ABS系統(tǒng)性及功能等級的主要部件，它的性能好壞直接影響到整套ABS系統(tǒng)的控制效果，由它來控制ABS的執(zhí)行部件壓力調(diào)節(jié)器，以決定輸出制動氣室內(nèi)壓力的大小，進(jìn)而決定制動力矩的大小。無論制動系統(tǒng)其它部件性能如何完好，一旦控制核心ECU出現(xiàn)了問題，則ABS系統(tǒng)的防抱制動性能將不會起到應(yīng)有作用，有時(shí)甚至使制動效果惡化。因而在以后的ABS開發(fā)過程中ECU應(yīng)做為重點(diǎn)來開發(fā)，使ABS的性能能夠更好發(fā)揮利用。4ABS控制技術(shù)41ABS控制通道ABS中能獨(dú)立進(jìn)行制動壓力調(diào)節(jié)的管路稱控制通道，按照控制通道的數(shù)目，ABS可以分為四通道式，三通道式，雙通道式和單通道式（圖41）。汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS研究24圖41ABS控制通道13（A）四通道式（B）三通道式（C）雙通道式（D）單通道式1轉(zhuǎn)速傳感器2壓力傳感器四通道式制造成本高，制動過程中容易產(chǎn)生橫擺力矩，ABS采用這種布置方式的很少。雙通道式盡管制造成本低，但很難兼顧汽車對制動效能和方向穩(wěn)定性的要求，ABS采用這種布置方式的也不多見。實(shí)際使用的ABS液壓系統(tǒng)以三通道式居多。三通道式的前輪有兩個(gè)獨(dú)立的控制通道，后輪則只有一個(gè)充分利用兩個(gè)全論的附著力，同時(shí)保證制動過程中的方向穩(wěn)定性。單通道式的控制通道一般不值在汽車的后橋上，其制造成本低，在一些輕型載貨車上有較廣泛的應(yīng)用。42ABS控制方式ABS控制通道有獨(dú)立控制，低選擇控制，高選擇控制，修正的獨(dú)立控制和智能選擇控制幾種控制方式。（1）獨(dú)立控制獨(dú)立控制室指每個(gè)車輪都有其專用的控制通道，與其他車輪無關(guān)，即一個(gè)輪速傳感器對應(yīng)一個(gè)壓力控制閥。獨(dú)立控制能使每個(gè)車輪的制動力系數(shù)利用率達(dá)到最大值，以獲得最佳制動效果。但對于不對稱路面，由于制動力系數(shù)不同，使左右輪產(chǎn)生的路面制動力不同，導(dǎo)致汽車產(chǎn)生附加的橫擺力矩，使汽車難以控制。因此，獨(dú)立控制系統(tǒng)的制動距離短，但操縱性和方向穩(wěn)定性不太好，多25用于中重型載貨車的后軸。（2）低選擇控制低選擇控制是指一個(gè)車橋上的兩個(gè)車輪由一跳通道控制，即兩個(gè)輪速傳感器對應(yīng)一個(gè)壓力控制閥。低選擇控制的制動壓力取決于先抱死的車輪，對于不對稱路面，即選擇制動力系數(shù)較低的一側(cè)車輪。低選擇控制使得左右車輪產(chǎn)生的制動力相同，減少或消除了橫擺和轉(zhuǎn)向力矩，提高了制動時(shí)的操縱穩(wěn)定性。但這種控制方式使得制動力系數(shù)較高的一側(cè)車輪的制動力系數(shù)得不到充分利用，使得制動距離加大。對于有著相同制動力系數(shù)的路面，地選擇控制和獨(dú)立控制的制動距離是相同的。（3）高選擇控制高選擇控制也是一個(gè)車橋上的兩個(gè)車輪由一條通道控制，即兩個(gè)輪速傳感器對應(yīng)一個(gè)壓力控制閥。但其選擇其中制動力系數(shù)較高的一側(cè)車輪進(jìn)行控制，使制動力系數(shù)得到充分利用，制動距離短。對于制動力系數(shù)不對稱的路面，該控制方式會產(chǎn)生附加的橫擺力矩，降低制動時(shí)的方向穩(wěn)定性。（4）修正的獨(dú)立控制修正的獨(dú)立控制和獨(dú)立控制一樣，每個(gè)輪速傳感器對應(yīng)一個(gè)壓力控制閥。具體控制方式是對一個(gè)車橋上的左，右輪中制動力系數(shù)低的一側(cè)車輪用獨(dú)立控制，制動力系數(shù)高的另一側(cè)按一定的比例以低于最大制動力系數(shù)利用率進(jìn)行控制，或者使其控制壓力的建立時(shí)間退后一段。修正的獨(dú)立控制綜合了獨(dú)立控制和低選擇控制的優(yōu)點(diǎn)，其壓力控制閥的特殊運(yùn)算法則使得左右車輪的制動壓力差控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，使橫擺力矩和轉(zhuǎn)向力矩限定在可以接受的水平內(nèi)，保證有較好的操縱性和方向穩(wěn)定性，而制動距離與獨(dú)立控制相比只略有增加。修正的獨(dú)立控制ABS常用于載重車的前軸。（5）智能選擇控制智能選擇控制也是一個(gè)車橋上的兩個(gè)車輪由一條通道控制，即兩個(gè)輪速傳感器對應(yīng)一個(gè)壓力控制閥。在控制方式上將高，低選擇控制有機(jī)地結(jié)合起來。當(dāng)ABS起作用時(shí)，智能選擇系統(tǒng)根據(jù)路面制動力系數(shù)和車輪運(yùn)動狀態(tài)選擇控制方式。在左，右輪制動力系數(shù)相同的路面，選擇系統(tǒng)趨向于低選擇控制。對于左，右輪制動力系數(shù)不同的路面，當(dāng)制動力低的一側(cè)其制動力系數(shù)相對較高時(shí)，汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS研究26選擇系統(tǒng)也趨向于低選擇控制；而其制動力系數(shù)相對較低時(shí)，選擇系統(tǒng)趨向于高選擇控制。43ABS控制方法431邏輯門限值控制這種控制方法是基于車輪角速度對制動力矩，制動力系數(shù)和滑移率的變化十分敏感，在制動過程中，車輪抱死總是出現(xiàn)在DW/DT相當(dāng)發(fā)的時(shí)刻，因此可以預(yù)選一個(gè)角減速度門限值A(chǔ)，當(dāng)實(shí)際的角減速度超過此門限值是，ECU發(fā)出指令，開始降低制動壓力使車輪得以加速旋轉(zhuǎn)；再選一個(gè)角加速度低門限值A(chǔ)1，當(dāng)車輪的角加速度達(dá)到此門限值時(shí)，ECU發(fā)出指令，使制動壓力保持不變；當(dāng)車輪的角加速度增大到高門限值A(chǔ)2時(shí)，又開始增大制動壓力，車輪做減速運(yùn)動。所以可以采用一個(gè)輪速傳感器作為輸入信號，同時(shí)在ECU中設(shè)置合理的車輪角加，減速度門限值，實(shí)現(xiàn)防抱死制動的控制，這種方法稱為簡單邏輯門限值控制，其邏輯判定條件可以表示為DW/DTA1保壓，上一個(gè)是減壓過程；DW/DTA2增壓，上一個(gè)是保壓過程。簡單邏輯門限值控制可以適應(yīng)不同的路面特性，但當(dāng)路面制動力系數(shù)發(fā)生突變時(shí)，系統(tǒng)不能快適應(yīng)。此外，在初始和高速緊急制動情況下，有可能使防制動邏輯在后續(xù)的控制中失效，因此需要將角速度和滑移率這兩個(gè)門限結(jié)合起來，以識別不同的路況。目前，ABS采用的基本上都是基于車輪加，減速度門限值及滑移率的控制方法。邏輯門限值控制具有控制簡單，計(jì)算量小，便于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。目前已經(jīng)在汽車上應(yīng)用的ABS產(chǎn)品幾乎無一例外地采用該方法。邏輯門限值控制的缺點(diǎn)在于控制系統(tǒng)中的各種門限及保壓時(shí)間都是通過反復(fù)試驗(yàn)得出，耗資巨大，產(chǎn)品開發(fā)周期長，而且從理論上講，在整個(gè)控制過程中車輪滑移率并不總是保持在最佳滑移率上，而是在它的移近波動，并未達(dá)到最佳的制動效果。432PID控制為了進(jìn)一步提高ABS的性能，研究人員正在致力于基于滑移率的控制系統(tǒng)27研究。直接用滑移率作為控制目標(biāo)容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，從而提高ABS在制動過程中的平順性，并最大限度地發(fā)揮它的制動性能。實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制的最簡單算法是PID（PROPORTIONAL，ITEGRALANDDERIVATIVE，即比例，幾份及微分控制，簡稱為PID控制）控制。圖42為ABSPID控制的方框圖，從圖中可以看出，該方法將期望的滑移率ST與實(shí)際滑移率S之差ES定義為PID的輸入，由PID控制算法算出控制參數(shù)值（液壓制動系統(tǒng)的液壓或氣動制動系統(tǒng)的氣壓P）反饋給制動系統(tǒng)，構(gòu)成典型的反饋控制。PID控制的難點(diǎn)在于PID參數(shù)的整定，一般結(jié)合具體的汽車用試湊的方法確定，只要PID參數(shù)選擇適當(dāng)，就會得到較好的控制效果。圖42ABS的PID控制13433模糊控制模糊控制也是目前研究人員研究比較多的ABS控制方法之一。模糊控制通過模糊邏輯和近似推理方法，把人的經(jīng)驗(yàn)形式化，模糊化，使之成為計(jì)算機(jī)可以接受的控制模型。模糊控制是基于經(jīng)驗(yàn)規(guī)則的控制，與系統(tǒng)的模型無關(guān)，有很好的魯棒性和控制規(guī)則靈活性，控制規(guī)則符合人的思維規(guī)律，該控制方法是今后的發(fā)展方向。防抱死制動系統(tǒng)ABS的模糊控制方框圖見圖43其控制過程是制動時(shí)由制動踏板輸出一個(gè)階躍輸入，而輸入給制動系統(tǒng)一個(gè)制動壓力設(shè)定值PT（液壓制動系統(tǒng)的液壓或氣壓制動系統(tǒng)的氣壓），進(jìn)入求和模塊。另一個(gè)進(jìn)入求和模塊的是來自模糊控制器的輸出變量P，求和后輸出給私服系統(tǒng)的是實(shí)際給定系統(tǒng)的目標(biāo)壓力值PE，通過限值模塊，輸入給制動系統(tǒng)（液壓制動系統(tǒng)或氣動伺服閥系統(tǒng)），求得系統(tǒng)的動態(tài)制動力矩，它輸入給車輛模糊控制器模塊，實(shí)際滑移率S與期望滑移率ST構(gòu)成誤差ES，由模糊控制算法算出控制壓力值P反饋給制動系統(tǒng)。汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS研究28圖43ABS的模糊控制1344ABS控制過程如前所述，ABS的控制方法很多，但實(shí)際使用的ABS主要采用邏輯門限值控制法，控制參數(shù)有車輪角減（加）速度，車輪圓周減（加）速度，制動滑移率，汽車參考速度和汽車減速度等。下面以車輪圓周減（加）速度控制為例，詳細(xì)討論ABS的控制過程。圖44所示為ABS控制過程中汽車行駛速度V，車輪圓周加速度A，制動輪缸制動壓力P和電磁閥開關(guān)脈沖信號MV的變化曲線。圖中A，A1和A2為車輪圓周減，加速度的三個(gè)門限值，A為圓周減速度門限值，A1和A2分別為圓周加速度低門限和高門限值。TFI為濾波滯后時(shí)間，指車輪的圓周減速度達(dá)到門限值A(chǔ)到ABSECU開始響應(yīng)時(shí)的時(shí)間差，一般取為2050MS，目的是使ABS對車輪運(yùn)動狀態(tài)的變化不產(chǎn)生過敏的響應(yīng)。TVE為響應(yīng)滯后時(shí)間，指從傳感器采集數(shù)據(jù)開始到電磁閥開關(guān)動作完成所需要的時(shí)間，包括輪速傳感器采集一次車輪角速度信號所需要的時(shí)間，ECU對采集到的信號進(jìn)行處理所需要的時(shí)間，電磁閥開啟或關(guān)閉所需要的時(shí)間等，總計(jì)為1015MS。29圖44ABS控制過程圖15設(shè)汽車開始行駛在高制動力系數(shù)路面，其對應(yīng)的滑移率一制動力系數(shù)特性曲線如圖45中的曲線1所示。緊急制動開始后，輪胎與路面之間產(chǎn)生制動力，相應(yīng)的制動力系數(shù)達(dá)到085（對應(yīng)圖45中曲線1上的點(diǎn)1）。在該制動力的作用下，汽車產(chǎn)生減速度，行駛速度迅速降低。汽車行駛速度變化如圖44中的斜線2所示，圖中的虛斜線3為車輪圓周速度變化趨勢圖。由于輪胎與路面之間華裔的存在，車輪圓周速度較汽車行駛速度要小。又設(shè)至點(diǎn)4時(shí)，汽車行駛至低制動力系數(shù)路面，此時(shí)的滑移率一制動力系數(shù)特性曲線為圖45中的曲線2，而不是曲線1，輪胎與路面之間的制動力較之在高制動力系數(shù)路面上時(shí)要小。在次制動力的作用下，車輪產(chǎn)生角減速度。至車輪圓周加速度變化曲線圖（圖44）中的點(diǎn)5處，車輪圓周加速度達(dá)到設(shè)定的門限值A(chǔ)一般為14M/S2，ABSECU向電磁閥發(fā)出“保壓”的指令，等待響應(yīng)滯后時(shí)間TVE至電磁閥開關(guān)脈沖信號MV變化曲線圖中的點(diǎn)6時(shí)，進(jìn)液電磁閥關(guān)閉，ABS進(jìn)入“保壓”狀態(tài)。汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS研究30圖45不同路面制動力系數(shù)特性曲線15在“保壓”階段，車輪圓周速度繼續(xù)急劇下降。經(jīng)濾波滯后時(shí)間TFI至點(diǎn)7時(shí)，ECU向電磁閥發(fā)出“減壓”指令，由于電磁閥響應(yīng)的滯后，在ECU發(fā)出“減壓”指令TVE后，電磁閥在點(diǎn)8處將出液口打開，ABS進(jìn)入“減壓”階段，制動輪缸中的壓力急劇下降，車輪的圓周加速度繼續(xù)下降至點(diǎn)9處的最小值后改變下降趨勢，開始上升，直至點(diǎn)10處車輪圓周加速度超過圓周減速度的門限值A(chǔ)。ECU再次發(fā)出“保壓”指令，經(jīng)響應(yīng)滯后時(shí)間TVE后，電磁閥在點(diǎn)13處進(jìn)入“保壓”狀態(tài)。再次之前，車輪圓周加速度在點(diǎn)11處變?yōu)?，相應(yīng)的車輪圓周速度達(dá)到最小值。處于加速狀態(tài)的車輪在點(diǎn)12處達(dá)到圓周加速度低門限值A(chǔ)1，意味著需要向制動輪缸施加脈沖壓力。ECU發(fā)出“增壓”指令，經(jīng)響應(yīng)滯后時(shí)間TVE后，至點(diǎn)14處脈沖壓力作用到制動輪上。與此同時(shí)，車輪圓周加速度繼續(xù)增加，直至在點(diǎn)15處超過車輪圓周加速度高門限值A(chǔ)2，ECU繼續(xù)發(fā)出“增壓”指令，經(jīng)響應(yīng)滯后時(shí)間TVE后，在點(diǎn)16處正?！霸鰤骸边^程開始，至點(diǎn)17處，車輪的圓周加速度上升過程停止。點(diǎn)17為車輪圓周加速度變化曲線由上升到下降的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在點(diǎn)18處，車輪圓周加速度下降到高門限值A(chǔ)2，ECU發(fā)出“保壓”31指令，經(jīng)響應(yīng)滯后時(shí)間TVE后，在點(diǎn)19處第三個(gè)“保壓”過程開始。在“保壓”過程中，車輪圓周加速度繼續(xù)減小。至點(diǎn)20處，車輪圓周加速度降至低門限值A(chǔ)1，ECU向電磁閥發(fā)出“增壓”命令，經(jīng)響應(yīng)滯后時(shí)間TVE，在點(diǎn)21處新的“增壓”過程又開始。在此期間，車輪圓周速度在點(diǎn)22處達(dá)到最大值后開始下降。車輪圓周加速度繼續(xù)下降，至點(diǎn)22處車輪圓周加速度降至0，并在點(diǎn)23處打得到圓周加速度門限值A(chǔ)此時(shí)，ECU第二次向電磁閥發(fā)出“減壓”命令，經(jīng)響應(yīng)滯后時(shí)間TVE后，再點(diǎn)24處“減壓過程”開始。需要指出的是，由于ABS正處于控制過程中，顧ECU無需等待濾波滯后時(shí)間TFI后在發(fā)出“減壓”命令?！皽p壓過程”開始后，車輪圓周加速度繼續(xù)減小，至點(diǎn)25處，車輪圓周加速度達(dá)到最小值。在點(diǎn)26處，增加到圓周加速度門限值A(chǔ)。ECU發(fā)出“保壓”的命令，經(jīng)響應(yīng)滯后時(shí)間TVE后，在點(diǎn)27處“保壓”過程開始。在點(diǎn)28處，車輪圓周加速度超過低門限值A(chǔ)1，需要向制動輪缸施加脈沖壓力。ECU發(fā)出“增壓”指令，經(jīng)響應(yīng)滯后時(shí)間TVE后，至點(diǎn)29處脈沖壓力作用到制動輪上。此后，ABS重復(fù)上述的“增壓”，“保壓”，“減壓”過程，直至汽車完成停止行駛為止。從上面的分析可以看出，車輪圓周加速度控制過程中的相應(yīng)滯后時(shí)間TVE是一個(gè)非常重要的參數(shù)，響應(yīng)滯后時(shí)間TVE只要加大幾毫秒，ABS的控制結(jié)果就會急劇惡化。通過采用直徑精確確定的節(jié)流孔，可減小響應(yīng)滯后時(shí)間TVE。如前所述，TVE一般在1015MS之間。45小結(jié)按照控制通道的數(shù)目，ABS可以分為四通道式，三通道式，雙通道式和單通道式。由于四通道式制造成本高，制動過程中容易產(chǎn)生橫擺力矩，所以很少用。雙通道式盡管制造成本低，但很難兼顧汽車對制動效能和方向穩(wěn)定性的要求，使用也很少。在實(shí)際使用的ABS液壓系統(tǒng)以三通道式居多。三通道式的前輪有兩個(gè)獨(dú)立的控制通道，后輪則只有一個(gè)充