当前位置:首页 >> 文学研究 >>

ABS系统论文


兰州工业高等专科学校

毕业设计(论文)
题 目: ABS 防抱死系统的设计

系 专 姓 学

部: 交通工程系 业: 汽车运用技术 名: 李伟锋 号: 200909101111

指导老师: 施雯 日 期: 2012 年 02 月

兰州工业高等专科学校(毕业设计说

明书)

兰州工业高等专科学校

毕业设计(论文)任务书
交通工程 系 2012 届
毕业设计(论文)题目 校内(外) 指导教师 施雯 职 称

汽车运用技术 专业
XX 轿车 ABS 系统设计 工作单位及部门 联系方式 18919081025

助教

兰州工业高等专科学校交通工 程系

一、题目说明(目的和要求) : 1 2 3 4 1 2 ABS 制动系统主要组成及工作过程的分析。 ABS 制动系统的电子控制部分的电路分析 对控制策略的深入研究,给出故障诊断与检修系统流程图。 完成设计说明书。 ABS 系统示意图 要求设计满足相应的国家法规和标准要求。

二、设计原始资料(实验、研究方案)

三、设计(论文)要求(工作量、内容) : 1. 计算说明书部分: 1)绪论 2)XX 轿车 ABS 系统的设计 XX 轿车简介 ABS 系统布置形式设计及关键零部件的选用 轮速传感器电气特性 ABS 系统液压系统的设计 ABS 系统电气系统的设计 3)XX 轿车 ABS 系统计算校核及试验 4)总结 2、图纸部分: (1) ABS 系统布置图 (2) ABS 系统管路图

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

(3) (4) (5) (6) (7) (8)

ABS 系统控制电路图 常规制动时系统动作图 压力降低模式工作图 保持模式状态图 压力提高模式工作图 电磁阀基本机构及工作原理图

3、翻译一篇与本毕业设计(论文)相关的外文参考文献(不少于 1000 字符) 4、撰写设计说明书:设计原则、设计依据,引用公式、参数,要注明其来源, 计算说明书不少于 15000(50 页)字。 (毕业设计说明书(论文)撰写规范另行附文) 三、进度表 日 期 内 明 确 任 务 (0.5 周) 整 理 资 料 、 、 研 容 收 究 方 集 案 资 确 料 定

(第 15 周)开始

(0.5 周) 确定设计参数、进行有关计算 (1.0 周) 绘 制 图 纸 (3.0 周) 撰 写 设 计 、 计 算 说 明 书 、 答 辩 准 备 (第 20 周)结束共计 (1.0 周) 答 辩 8周 (2.0 周)

毕业设计完成日期 答辩日期 20

20

年 月

日 年 月 日

年 月 日~20

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量: 参考资料:
[1] 杨庆彪. 汽车电控制动系统原理与维修精华「M」.北京:机械工业出版社, 2006,4 [2] 程军. 汽车防抱死制动系统的理论与实践「M」.北京:北京理工大学出版社, 1999,9 [3] 魏朗,王囤. 现代汽车制动防抱死系统实用技术[M」.北京:人民交通出版, 2001,6 [4] 余志杰. 汽车理论〔M」北京:机械工业出版社,1999.5 [5] 汪立亮. 现代汽车自动防抱死制动系统的原理与检修〔M].北京:电子工业出版 社,2000,1 [6] 张豫南. 汽车防抱死制动系统结构原理与维修[M].北京: 中国外资出版社, 1996, 8 [7] 胡大可. MSP430F149 系列超低功耗 16 位单片机原理与应用[M].北京:北京航 空航天大学出版社,2003,6 [8] 魏小龙. MSP430 系列单片机接口技术及系统设计实例「M].北京:北京航空 航天大学出版社,2002,11

指导教师签字:

教研室主任签字:

主管系领导签字:











日 月 日 日 注:本任务书要求一式三份,一份系部留存,一份报教务处实践教学科。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)


1.1 1.2 1.3 1.4


1 2 3 5

1 防抱死制动系统概述 ............................................. 1
ABS 的功能 ................................................... 防抱死制动系统的发展历史 .................................... 防抱死制动系统的发展趋势 .................................... 国内 ABS 系统研究的理论状态和具有代表的 ABS 产品公司 ..........

2 防抱死制动系统基本原理 ........................................ 7
2.1 制动时汽车的运动 ............................................ 7 2.1.1 制动时汽车受力分析 ..................................... 7 2.1.2 车轮抱死时汽车运动情况 ................................. 8 滑移率定义 .................................................. 9 滑移率与附着系数关系 ....................................... 10 制动时车轮运动方程 ......................................... 11 采用防抱死制动的必要性 ..................................... 13 防抱死制动系统的基本工作原理 ............................... 14

2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

3 防抱死制动系统硬件设计 ........................................ 17
3.1 防抱死制动系统的布置形式与组成 ............................. 3.1.1 防抱死制动系统的布置形式 ................................. 3.1.2 防抱死制动系统的基本组成 ................................. 防抱死制动系统轮速传感器选择 ............................... 3.2.1 霍尔传感器的设计 ...................................... 3.2.2 霍尔开关电路的选择 .................................... 3.2.3 传感器齿盘的设计 ...................................... 防抱死制动调压系统工作过程 ................................. 信号输入电路设计 ........................................... 电磁阀驱动电路的设计 ....................................... ABS 系统报警 LED 灯设计 ...................................... 车轮制动器的选择 ........................................... 17 17 20 22 25 25 27 28 31 32 35 36

3.2

3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

4 防抱死制动系统软件设计 ........................................ 38
4.1 4.2 控制方案和控制参数的选取 ................................... 控制参数及其计算 ........................................... 4.2.1 门限减速度的求取 ...................................... 4.2.2 门限加速度的求取 ...................................... 4.2.3 车身参考速度的确定 .................................... 4.3 控制过程 ................................................... 39 40 40 42 42 46

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

5 结论与展望 ..................................................... 50
5.1 5.2 研究工作总结 ............................................... 50 防抱死制动系统发展方向 ..................................... 50

参考文献 .......................................................... 53 致谢 ............................................................... 55

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)





ABS 系统可以显著提高或改善汽车紧急制动时的操控性和稳定性,缩短了 制动距离,是一种新型的汽车电子控制产品,并得到了越来越广泛的应用。 本文以轿车为研究对象, 展开对汽车 ABS 的研究。 主要完成了以下的工作: 通过对单个车轮时的受力分析确定了影响车轮附着系数的主要因素; 通过比较电磁感应式轮速传感器和霍尔效应传感器的性能优缺点, 采用并 设计了霍尔效应式轮速传感器; 通过对控制结构的分析设计了以 INTEL 公司生产的 80C196KC 单片机为核 心的实时控制系统,包括信号输入电路、控制输出电路、驱动电路等硬件部分; 经比较各种控制方案,确定了“逻辑门限制法”作为控制方案,并选用加 速度和滑移率的组合作为控制参数。采用事件门限来计算车轮的转速。 本文通过学习比较根据所学只是设计了 ABS 控制系统。从理论上实现了 ABS 的控制功能, 完成了设计要求。 在设计过程中对汽车制动理论和制动装置有 了较为深入的了解,扩大了自己的知识面,自己解决问题的能力也得到了提高。 关键词:防抱死制动系统 电子控制单元 门限值滑移率 轮速传感器

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

ABSTRCT

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 shorten stopping distance. Today with the improvement of the vehicle speed, ABS is applied widely. With the car as the research object, the research on ABS has been carried on. And a series of work were finished: The dynamic situation of wheel was analyzed. Then, the model of hydraulic ABS was built and assured main complication affect the wheeler appendiculate coefficient. 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. Via analyse the control system structure, 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 segment. 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. The time gate method to calculate the wheel rotate speed was adopted. In this paper, based on the knowledge I have mastered, I designed a ABS system and realized the control function in theory, accomplished 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. Kyewords: ABS electronic control slippage gate rotate speed sensor

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

1 防抱死制动系统概述

1.1 ABS 的功能
汽车 ABS 在高速制动时用来防止车轮抱死,ABS 是英文 Anti-lock Brake System 的缩写,全文的意思是防抱死制动系统,简称 ABS。 凡驾驶过汽车的人都有这样的经历:在积水的柏油路上或在冰雪路面紧急 制动时,汽车轻者会发生侧滑,严重时会掉头、甩尾,甚至产生剧烈旋转。制 动力过大,将使车轮抱死,汽车方向失去控制后,若是弯道就有可能从路边滑 出或闯入对面车道,即使不是弯道也无法躲避障碍物,产生这些危险状况的原 因在于汽车的车轮在制动过程中产生抱死现象,此时,车轮相对于路面的运动 不再是滚动,而是滑动,路面作用在轮胎上的侧滑摩擦力和纵向制动力变得很 小,路面越滑,车轮越容易。总之,汽车制动时车轮如果抱死将产生以下不良 影响:方向失去控制,出现侧滑、甩尾,甚至翻车;制动效率下降,延长了制 动距离;轮胎过度磨损,产生“小平面”,甚至爆胎。 ABS 防抱死制动装置就是为了防止上述缺陷的发生而研制的装置, 它有以下 几点好处:增加制动稳定性,防止方向失控、侧滑和甩尾;提高制动效率,缩 短制动距离(松软的沙石路面除外) ;减少轮胎磨损,防止爆胎。 现代轿车的 ABS 由输入传感器、控制电脑、输出调制器及连接线等组成。 输入传感器通常包括死个车轮的轮速信号、刹车信号,个别车型还有减速度信 号、手刹车或车油面信号。 ABS 的第一个优点是增加了汽车制动时候的稳定性。 汽车制动时, 四个轮子 上的制动力是不一样的,如果汽车的前轮抱死,驾驶员就无法控制汽车的行驶 方向,这是非常危险的;倘若汽车的后轮先抱死,则会出现侧滑、甩尾,甚至 使汽车整个掉头等严重事故。 ABS 可以防止四个轮子制动时被完全抱死, 提高了 汽车行驶的稳定性。汽车生产厂家的研究数据表明,装有 ABS 的车辆,可使因 车论侧滑引起的事故比例下降 8%左右。 ABS 的第二个优点是能缩短制动距离。这是因为在同样紧急制动的情况下, ABS 可以将滑移率(汽车华东距离与行驶的比)控制在 20%左右,即可获得最大 的纵向制动力的结果。 ABS 的第三个优点是改善了轮胎的磨损状况,防止爆胎。事实上,车轮抱死 会造成轮胎小平面磨损,轮胎面损耗会不均匀,使轮胎磨损消耗费增加,严重 时将无法继续使用。因此,装有 ABS 具有一定的经济效益和安全保障。 另外,ABS 使用方便,工作可靠。ABS 的使用与普通制动系统的使用几乎

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

没有区别,紧急制动时只有把脚用力踏在制动踏板上,ABS 就会根据情况进 入工作状态,即使雨雪路滑,ABS 也会使制动状态保持在最佳点。ABS 利用电 脑控制车轮制动力,可以充分发挥制动器的效能,提高制动减速度和缩短制 动距离,并能有效地提高车辆制动的稳定性,防止车辆侧滑和甩尾,减少车 祸事故的发生, 因此被认为是当前提高汽车行驶安全性的有效措施。 目前 ABS 已经在国内外中高级轿和客车上得到了广泛使用。

1.2 防抱死制动系统的发展历史
ABS 装置最早应用在飞机和火车上,而在汽车上的应用比较晚。铁路机车 在制动时如果制动强度过大,车轮就会很容易抱死在平滑的轨道上滑行。由于 车轮和轨道的摩擦,就会在车轮外圆上磨出一些小平面,小平面产生后,车轮 就不能平稳地行驶,产生噪声和挣动。1908 年英国工程师 J. E. Francis 提出 了“铁路车辆车轮抱死滑动控制器”理论,但却无法将它实用化。接下来的 30 年中,包括 Karl Wessel 的“刹车力控制器”、Werner Mhl 的“液压刹车安全 装置”与 Richard Trappe 的“车轮抱死防止器”等尝试都宣告失败。在 1941 年出版的《汽车科技手册》中写到:“到现在为止,任何通过机械装置防止车 轮抱死危险的尝试皆尚未成功,当这项装置成功的那一天,即是交通安全史上 的一个重要里程碑”, 可惜该书的作者恐怕没想到这一天竟还要再等 30 年之久。 当时开发刹车防抱死装置的技术瓶颈是什么?首先该装置需要一套系统 实时监测轮胎速度变化量并立即通过液压系统调整刹车压力大小,在那个没有 集成电路与计算机的年代,没有任何机械装置能够达成如此敏捷的反应!等到 ABS 系统的诞生露出一线曙光时,已经是半导体技术有了初步规模的 1960 年代 早期。 精于汽车电子系统的德国公司 Bosch(博世)研发 ABS 系统的起源要追溯 到 1936 年, 当年 Bosch 申请“机动车辆防止刹车抱死装置”的专利。 1964 年 (也 是集成电路诞生的一年) Bosch 公司再度开始 ABS 的研发计划, 最后有了“通过 电子装置控制来防止车轮抱死是可行的”结论,这是 ABS(Antilock Braking System)名词在历史上第一次出现!世界上第一具 ABS 原型机于 1966 年出现, 向世人证明“缩短刹车距离”并非不可能完成的任务。因为投入的资金过于庞 大,ABS 初期的应用仅限于铁路车辆或航空器。Teldix GmbH 公司从 1970 年和 奔驰车厂合作开发出第一具用于道路车辆的原型机——ABS 1, 该系统已具备 量产基础,但可靠性不足,而且控制单元内的组件超过 1000 个,不但成本过高 也很容易发生故障。 1973 年 Bosch 公司购得 50%的 Teldix GmbH 公司股权及 ABS 领域的研发 成果,1975 年 AEG、Teldix 与 Bosch 达成协议,将 ABS 系统的开发计划完全委

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

托 Bosch 公司整合执行。“ABS 2”在 3 年的努力后诞生!有别于 ABS 1 采用模 拟式电子组件, ABS 2 系统完全以数字式组件进行设计,不但控制单元内组件 数目从 1000 个锐减到 140 个,而且有造价降低、可靠性大幅提升与运算速度明 显加快的三大优势。两家德国车厂奔驰与宝马于 1978 年底决定将 ABS 2 这项高 科技系统装置在 S 级及 7 系列车款上。 在诞生的前 3 年中, 系统都苦于成本过于高昂而无法开拓市场。 1978 ABS 从 到 1980 年底,Bosch 公司总共才售出 24000 套 ABS 系统。所幸第二年即成长到 76000 套。受到市场上的正面响应,Bosch 开始 TCS 循迹控制系统的研发计划。 1983 年推出的 ABS 2S 系统重量由 5.5 公斤减轻到 4.3 公斤, 控制组件也减少到 70 个。 到了 1985 年代中期, 全球新出厂车辆安装 ABS 系统的比例首次超过 1%, 通用车厂也决定把 ABS 列为旗下主力雪佛兰车系的标准配备。

图1-1 BOSCH防抱死制动系统

1.3 防抱死制动系统的发展趋势
(1)ABS 本身控制技术的提高现代制动防抱死装置多是电子计算机控制, 这也反映了现代汽车制动系向电子化方向发展。基于滑移率的控制算法容易实 现连续控制,且有十分明确的理论加以指导,但目前制约其发展的瓶颈主要是 实现的成本问题。随着体积更小、价格更便宜、可靠性更高的车速传感器的出 现,ABS 系统中增加车速传感器成为可能,确定车轮滑移率将变得准确而快速。 全电制动控制系统 BBW (Brake-By-Wire)是未来制动控制系统的发展方向 之一。它不同于传统的制动系统,其传递的是电,而不是液压油或压缩空气,

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

可以省略许多管路和传感器,缩短制动反应时间,维护简单,易于改进,为未 来的车辆智能控制提供条件。但是,它还有不少问题需要解决,如驱动能源问 题,控制系统失效处理,抗干扰处理等。目前电制动系统首先用在混合动力制 动系统车辆上,采用液压制动和电制动两种制动系统。 (2)防滑控制系统 ASR (Acceleration Slip Regulation)或称为牵引力控 制系统 TCS(Traction Control System)是驱动时防止车轮打滑,使车轮获得最 大限度的驱动力,并具有行驶稳定性,减少轮胎磨损和发动机的功耗,增加有 效的驱动牵引力。防滑控制系统包括两部分:制动防滑与发动机牵引力控制。制 动部分是当驱动轮 (后轮)在低附着系数路面工作时,由于驱动力过大,则产生 打滑,当 ASR 制动部分工作时,通过传感器将非驱动轮及驱动轮的轮速信号采 集到控制器 中, 控制器根据轮速信号计算出驱动车轮滑移率及车轮减、 加速度, 当滑移率或减、加速度超过某一设定阀值时,则控制器打开开关阀,气压由储 气筒直接进入 制动气室进行制动, 由于三通单向阀的作用气压只能进入打滑驱 动轮的制动气 室,在低附着系数路面上制动时,轮速对压力十分敏感,压力稍 稍过大,车轮就会抱死。为此利用 ABS 电磁阀对制动压力进行精细的调节,即 用小步长增压或减压,以达到最佳的车轮滑移的效果 既可以得到最大驱动力, 也可保持行驶的稳定性。 (3)电子控制制动系统由于 ass 在功能方面存在许多缺陷,如气压系统的 滞后,主车与接车制动相容性问题等。为改善这些,出现了电子制动控制系统 EBS (Electronics Break System)它是将气压传动改为电线传动,缩短了制动 响应时间。最重要的特点是各个车轮上制动力可以独立控制。控制强度则由司 机踏板位移信号的大小来决定,由压力调节阀、气压传感器及控制器构成闭环 的连续压力控制,这样可以在外环形成一个控制回路,来实现各种控制功能, 如制动力分布控制、减速控制、牵引车控制等。 (4)车辆动力学控制系统车辆动力学控制系统 VDC (Vehicle Dynamics Control)是在 ABS 的基础上通过测量方向盘转角、横摆角速度和侧向加速度对 车辆的运动状态进行控制。VDC 系统根据转向角、油门、制动压力,通过观测器 决定出车辆应具有的名义运动状态。同时由轮速、横摆角速度和侧向加速度传 感器测出车辆的实际运动状态。名义状态与实际状态的差值即为控制的状态变 量,控制的目的就是使这种差值达到最小,实现的方法则是利用车轮滑移率特 性。车辆动力学控制系统目的是改善车辆操纵的稳定性,它可以在车辆运动状 态处于危险状态下自动进行控制。其主要作用就是通过控制车辆的横向运动状 态,使车辆处于稳定的运动状态,使人能够更容易地操纵车辆。 (5)控制系统总线技术随着汽车技术科技含量的不断增加,必然造成庞大 的布线系统。因此,需要采用总线结构将各个系统联系起来,实现数据和资源

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

信息实时共享,并可以减少传感器数量,从而降低整车成本,朝着系统集成化 的方向发展。目前多使用 CAN 控制器局域网络(Controller Area Network)用于 汽车内部测量与执行部件之间的数据通信协议。

1.4 国内 ABS 系统研究的理论状态和具有代表的 ABS 产品公司
我国 ABS 的研究开始于 80 年代初。 从事 ABS 研制工作的单位和企业很多, 诸如东风汽车公司、重庆公路研究所、西安公路学院、清华大学、吉林大学、 北京理工大学、上海汽车制动有限公司和山东重汽集团等。具有代表性的有以 下几个。清华大学汽车安全与节能国家重点实验室有宋健等多名博导、教授,有 很强的科技实力,他们还配套有一批先进的仪器设备,如汽车力学参数综合试验 台、汽车弹射式碰撞试验台及翻转试验台、模拟人及标定试验台、Kodak 高速 图像运动分析系统、电液振动台、直流电力测功机、发动机排放分析仪、发动 机电控系统开发装置及工况模拟器、计算机工作站及 ADAMS、IDEAS 软件、非接 触式速度仪、噪声测试系统、转鼓试验台、电动车蓄电池试验台、电机及其控 制系统试验台等。该实验室针对 ABS 做了多方面的研究,其中,在 ABS 控制量、 轮速信号抗干扰处理、轮速信号异点剔除、防抱死电磁阀动作响应研究等方面 的研究处于国内领先地位。 吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室以郭孔辉院士为代表的研究人员致 力于汽车操纵稳定性、汽车操纵动力学、汽车轮胎模型、汽车轮胎稳态和非 稳态侧偏特性的研究,在轮胎力学模型、 汽车操纵稳定性以及人- 车闭环操 纵运动仿真等方面的研究成果均达到世界先进水平。 华南理工交通学院汽车系以吴浩佳教授为代表从事汽车安全与电子技术及 汽车结构设计计算的研究,在 ABS 技术方面有独到之处,能够建立制动压力函数, 通过车轮地面制动力和整车动力学方程计算出汽车制动的平均减速度和车速; 还可以通过轮缸等效压力函数计算防抱死制动时的滑移率。 另外,在滑移率和附 着系数之间的关系、汽车整车技术条件和试验方法方面也有独到见解。 济南电子科技公司以 ABS 专家程军为代表的济南电子科技公司对 ABS 控制 算法研究颇深,著有《汽车防抱死制动系统的理论与实践》等专著几本,专门讲 述 ABS 控制算法,是国内 ABS 开发人员的必备资料之一。另外,他们在基于 MAT2LAB 仿真环境实现防抱死控制逻辑、 基于 VB 开发环境进行车辆操纵仿真和 车辆动力学控制的模拟研究等方面也颇有研究。 重庆聚能公司产品包括汽车、摩托车系列 JN111FB 气制动电子式单通道、 JN144FB 气制动电子式四通道和 JN244FB 液压电子式四通道等类型 ABS 装置及 其相关零部件 30 多个品种,其 ABS 产品已通过国家汽车质量监督检测中心和国 家客车质量监督检测中心的认定,获得国家实用新技术专利,并正式被列为国家

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

火炬项目计划。 西安博华公司主要产品是适用于大中型客车和货车的气压四通道 ABS 和适 用中型面包车的液压三通道 ABS 及其相关零部件。其中 BH1203 -FB 型 ABS 和 BH1101 - FB 型 ABS 已通过陕西省科委科技成果鉴定和陕西省机械工业局新产 品鉴定,认为该项技术已达到国内领先水平。 山东重汽集团引进国际先进技术进行的研究也已取得了一些进展。 重庆公路研究所研制的适用于中型汽车的气制动 FKX - ACI 型 ABS 装置已 通过国家级技术鉴定,但各种制动情况的适应性还有待提高。 清华大学研制的适用于中型客车的气制动 ABS 由于资源价格和性能上的优 势,陶瓷材料的应用将迅速扩展;金刚石和 CBN 超硬材料的应用将进一步扩大; 新刀具材料的研制周期会越来越短,新品种新牌号的推出也将越来越快。 人们所 希望的既有高速钢、 硬质合金的强度和韧性,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现。 本文主要讲述以 80C196KC 单片机为核心,完成了信号输入回路、输出驱动 回路等硬件电路设计,对轮速传感器、电磁阀等的故障检测进行了设计。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

2.防抱死制动系统基本原理

2.1 制动时汽车的运动
2.1.1 制动时汽车受力分析
汽车在制动的过程中主要受到地面给汽车的作用力、风的阻力和自身重力 的作用。 地面对汽车的作用力又分为:作用在车轮上垂直于地面的支承力和作用 在车轮上平行于地面的力。汽车在直线行驶并受横向外界干扰力作用和汽车转 弯时所受到地面给汽车的力如图 2-1 所示。 其中 Fx 为地面作用在每个车轮上的 地面制动力,他的大小决定于路面的纵向附着系数和车轮所受的载荷。所有车 轮上所受地面制动力的总和作为地面给汽车的总的地面制动力,他是使汽车在 制动时减速并停止的主要作用力。Fy 为地面作用在每个车轮上的侧滑摩擦力, 侧滑摩擦力的大小取决于侧向附着系数和车轮所受的载荷,当车轮抱死时,侧 滑摩擦力将变得很小,几乎为零。汽车直线制动时,若受到横向干扰力的作用, 如横向风力或路面不平,汽车将产生侧滑摩擦力来保持汽车的直线行驶方向, 如图 2-1(a)

图2-1 汽车直线和转弯制动时的平面受力简图 所示。若汽车在转弯时制动或在制动时转弯,也将产生侧滑摩擦力使汽车 能够转向,如图 2-1 (b)所示。地面制动力决定制动距离的长短,侧滑摩擦力则 决定了汽车制动时的方向稳定性。这里将作用在前轮上的侧滑摩擦力称为转弯 力,将作用在后轮上的侧滑摩擦力称为侧向力。转弯力和汽车的方向操纵性有 关,它保证了汽车能够按照驾驶员的意愿转向;侧向力和汽车的方向稳定性有 关,它保证了汽车的行进方向。转弯力越大,汽车的方向操纵性越好;侧向力越 大,汽车的方向稳定性越好。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

如上所述,施加适当的制动,能够有效地使汽车停下。制动强度过大,是 汽车发生各种危险运动状况的主要原因。因此,汽车行驶时,要根据冰路、雪 路、砂石路、坏路、水湿路、干路、直路、弯曲路等道路条件,根据汽车速度、 方向转角等行驶条件进行制动操作,必须时常注意不能让车轮完全抱死。

2.1.2 车轮抱死时汽车运动情况
车轮抱死时汽车所受到的侧滑摩擦力将会变的很小,这将使汽车制动时保 持方向操纵性和方向稳定性的转弯力和侧向力变的很小,使汽车在制动时出现 一些危险的运动情况。对 ABS 系统来说,就是要防止这些危险情况的出现。下 面从汽车在一种路面上直线和转弯制动两方面简单讨论一下当车轮抱死时汽车 的运动情况。 (1) 汽车在一种路面上直线运动制动车轮抱死时可能出现的运动情况如图 2-2 所示。图 2-2 (a)为只有前轮抱死时,由于前轮的转弯力基本为零,无法进 行正常的转向操作。 为制动时前轮全部抱死而后轮不抱死汽车的运动情况示意, 当前轮抱死时转弯力为零,驾驶员无法控制汽车的方向使汽车转向来避让前方 的障碍物,这时由于汽车后轮不抱死,所以汽车仍具有侧向力来维持方向稳定 性。图 2-2 (b)为只有后轮抱死时,后轮的侧向力接近于零,汽车仍具有方向操 纵性,但会因后轮抱死而失去方向稳定性使汽车侧滑。汽车不能保持原来的行 驶方向,由于离心力和前轮转向力的作用,汽车将一面旋转一面沿曲线行驶(这 种运动叫外旋转)。 2-2 (c)为前后车轮全部抱死时时转弯力和侧向力都为零, 图 这种状态很不稳定,路面不均匀、左右轮地面制动力不相等时,即使对汽车施 加很小的偏转力矩,汽车就会产生不规则运动而处于危险状态,在不规则旋转 的过程中将制动释放,汽车就会沿着瞬时行驶方向急速驶出,这也是很危险的。 (2) 汽车在一种路面上转弯制动车轮抱死时可能出现的运动情况如图 2-3 所示。所有这些运动情况若在制动时出现,都是极其危险的。 从上面对出现这些危险运动情况的简单分析可以看出,制动时车轮抱死导 致汽车出现各种危险运动情况,实质上是汽车因失去相应的维持本身方向稳定 性方向操纵性的侧滑摩擦力而使汽车出现这些运动情况,即车轮抱死导致汽车 的侧滑摩擦力为零。车轮的抱死程度和汽车的地面制动力及汽车的侧滑摩擦力 之间存在一定的关系, ABS 之所以能防止汽车制动时出现危险的运动情况, 就是 根据这个关系来调整车轮的运动状态,以避免侧滑摩擦力为零。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

图 2-2 汽车直线制动车轮抱死时的运动情况

图2-3 汽车转弯制动车轮抱死时的运动情况

2.2 滑移率定义
通常,汽车在制动过程中存在着两种阻力:一种阻力是制动器摩擦片与制动 鼓或制动盘之间产生的摩擦阻力,这种阻力称为制动系统的阻力,由于它提供制 动时的制动力,因此也称为制动系制动力;另一种阻力是轮胎与道路表面之间产 生的摩擦阻力,也称为地面制动力。 地面对轮胎切向反作用力的极限值称为轮胎 - 道路附着力,大小等于地面对轮胎的法向反作用力与轮胎- 道路附着系数的 乘积。 如果制动系制动力小于轮胎- 道路附着力,则汽车制动时会保持稳定状态, 反之,如果制动系制动力大于轮胎- 道路附着力,则汽车制动时会出现车轮抱死 和滑移。 地面制动力受地面附着系数的制约。当制动器产生的制动系制动力增大到 一定值(大于附着力)时,汽车轮胎将在地面上出现滑移。 汽车的实际车速与车轮

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

滚动的圆周速度之间的差异称为车轮的滑移率。 滑移率S的定义式为:
S? V ? V? r? --------------------------------------------------(2—3) ? 1? V V

式中:S —滑移率; Vt —汽车的理论速度(车轮中心的速度) ; ω —汽车车轮的角速度; r —汽车车轮的滚动半径。 由上式可知:当车轮中心的速度(即汽车的实际车速) Vt 等于车轮的角速度 ω 和车轮滚动半径 r 乘积时,滑移率为零( S = 0) ,车轮为纯滚动;当 ω = 0 时,S = 100 % ,车轮完全抱死而作纯滑动;当 0 < S <100 %时,车轮既滚动又滑 动。

2.3 滑移率与附着系数的关系
图2-4 给出车轮与路面纵向附着系数和横向附着系数随滑移率变化的典 型曲线。当轮胎纯滚动时,纵向附着系数为零;当滑移率为15 %~30 %时,纵向附 着数达到峰值;当滑移率继续增大,纵向附着系数持续下降,直到车轮抱死( S = 100 %) ,纵向附着系数降到一个较低值。另外,随着滑移率增大,横向附着系数 急剧下降,当车轮抱死时,横向附着系数几乎为零。 从图1 可以看出,如果能将车 轮滑移率控制在15 %~30 %的范围内,则既可以使纵向附着系数接近峰值,同时 又可以兼顾到较大的侧向附着系数。 这样,汽车就能获得最佳的制动效能和方向 稳定性。ABS 即是基于这一原理而研制的。

图2-4 滑移率与附着系数关系 实验证明,道路的附着系数受车轮结构、材料,道路表面形状、材料有关, 不同性质道路其附着系数变化很大。 图2.5给出了不同类型路面上滑移率--纵向 附着系数之间的关系。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

图2-5 不同路面上纵向、侧向附着系数与滑移率关系曲线 由图2-5可以看出,各种路面上的变化的总体趋势是一致的。滑移率和纵向 附着系数之间的关系曲线随路面类型的不同,出现峰值的滑移率的取值也会不 一样,并且对应不同路面类型的滑移率--纵向附着系数曲线在峰值附着系数后 曲线下降的速度也不相同,在干燥的路面上下降的快些,在湿滑的路面上略微 有些下降。 一般干燥洁净的平整水泥、 沥青路面纵向峰值附着系数高达0.8-0.9, 而冰雪路面的纵向峰值附着系数低至0.1-0.2。 如果这种差别随路面类型的不同 变化比较明显,则在设计ABS系统控制方法时,就必须考虑到随路面类型的不同 而采取不同的控制目标和策略。若汽车在同一种类型路面上制动时的初速度不 一样,车轮的纵向附着系数和滑移率之间的关系曲线也会略有不同,制动时的 车速越高,车轮的纵向附着系数越低。但在同一路面上以不同制动初速度制动 时车轮的附着系数---滑移率曲线不会有太大变化。 总之,对于在一种路面上制动的汽车,车轮附着系数和滑移率之间的非线 性特性是决定汽车制动性能的主要因素。实际上,汽车的制动过程就是车轮和 路面之间的一种非线性变化过程,即车轮附着系数随车轮运动状态非线性变化 的过程,所以说汽车的制动过程是一种非线性的制动过程。制动时汽车通过制 动系统改变车轮的运动状态,从而改变车轮的滑移率,形成整个非线性的制动 过程。

2.4 制动时车轮运动方程
制动过程单轮受力如图2-6所示。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

图 2-6 制动过程车轮受力简图 制动车轮轴荷与支撑力N平衡,该轮转动惯量J,半径r:,轴心平移速度V,转动 角速度 ? ,制动器制动力矩M,通常与车轮制动压力成正比系数K, 则有地面制 动力 Fb ,紧急制动不计滑动阻力。则有

制动时制动力远大于空气阻力和滚动阻力,



,分别为右侧前后轮制动

力,汽车初速为 ,质量为m(重力G),质心c到前后轴距离 , ,轴距L,轮距B, 质心高hg,汽车制动减速为

前轴载荷

后轴载荷

制动时附加转向力矩 —

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

从式(2-4)可知,调节制动压力可以使车轮角减速度产生变化:从式(2-10) 计算制动时的瞬时车速V,可计算各车轮滑移率,从式 (2-7) (2-8)及各轴载荷 可以判断道路附着系数,并进行调节,故知ABS可以用dw/dt(角加速度)或滑移 率S,或滑移率与角加速度联合作为控制参数。

2.5 采用防抱死制动系统的必要性
汽车直线行驶过程中,突然紧急制动,汽车车轮一下子抱死,汽车仍然向 前行滑,轮胎和地面之间发出吓人的磨擦声,汽车最后终于停了下来。在日常 生活中,大家都可能遇到过这种现象。如果汽车发生交通事故,交通警察来了 之后首先总是检查一下汽车制动痕迹, 判断司机在事故中是否采取了制动措施。 然后再测量一下制动距离,看一看该车制动效果好不好。当轮胎的滑移率在 8%~25%时,轮胎和她面的摩擦力 (附着力)最大。如果轮胎的滑移率过大的话, 附着力反而要降低。如果司机能控制轮胎的滑移率,使其在制动期间始终处于 8%^-25%范围之内,汽车将在更短的制动距离内停车。 当汽车转向时,如果汽车紧急制动的话,和直线行驶一样会出现车轮抱死 现象。由于车轮抱死,汽车的侧向附着力变成了零,汽车轮胎出现侧向滑动, 汽车丧夫了控制方向的能力,这是十分危险的。汽车的侧向附着力和制动力之 间的关系十分紧密。在不制动的时候,轮胎前后方向的滑动为零,这时车轮侧 向附着力最大。司机踏动制动踏板,随着制动力的加大,轮胎的滑移率增加, 侧向附着力逐渐减速小。最后,当轮胎的滑移率达到 100%时,轮胎抱死。这样 汽车的侧向附着力几乎等于零。此时汽车正在转弯中,轮胎开始出现侧向滑动。 在车轮抱死之后,方向盘己经不起作用了,汽车陷入了不能控制方向的困境, 只有前轮抱死的汽车沿着直线前进最后停车,只有后轮抱死的汽车发生旋转现 象最后停车,如果前后轮都抱死的话,汽车沿直线前进最后停车。上述各种状 态是极其危险的。为了避免发生这些现象,司机在踏动制动踏板时,必须谨慎 从事。 在制动过程中, 如果始终能使轮胎的滑移率处于 8%~25%范围之内的话, 汽 车将在最短的制动距离内停车并具有良好的控制方向的能力。为了达到上述目 的,要求司机在操作时应十分小心,踏动制动踏板使车轮抱死,然后在轮胎抱 死的一瞬间放松制动踏板,轮胎一旦开始转动再踏动制动踏板使车轮抱死,如 此反复操作。在摩擦系数小的光滑路面上,司机在制动时都很小心,唯恐使车 轮抱死,但仍很难做到,原因是司机不知道车轮什么时候抱死。除此之外,汽 车行驶 的许多条件也都在变化之中,如道路的路面状况时时刻刻都在变化,轮

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

胎着地状 态也每时每刻各不一样,前后轮胎的载荷分配更是如此。要完成上述 制动要求确实难上加难。当然技术熟练的司机在某种程度上能根据各种条件合 理地操作制动,如采用点制动。可是一旦遇上紧急状态,大多数人都是一下踏 死制动踏板,使轮胎抱死为此。 上述司机做不到的许多事,利用传感器就能办到。将传感器的数据进行整 理、判断、变成执行机构所必需的信息,这部分工作对于电脑来说是很简单的, 按照 电脑的指令执行操作,这在机械结构上也不会有什么大问题。ABS 系统调 节作用到每个车轮制动缸的制动液压力,以防止无论任何时由于制动过猛而可 能引起的车轮抱死。当不再有可能抱死车轮时,再恢复正常压力。使滑移率控 制在一定范围之内。这样不但提高了车辆行驶的稳定性,增强了车辆方向的可 控性,而且缩短了制动距离。

2.6 防抱死制动系统基本工作原理
ABS 系统是通过在制动时按一定规律不断改变制动液压力使车轮不产生抱 死状态的。这种对制动液压力的改变过程实际上就是 ABS 系统控制方法实施的 过程。下面以基于车轮加减速度逻辑门限值的控制方法对直线单一路面的制动 过程的控制为例,简单说明 ABS 的基本工作原理。 ABS 系统在制动时对制动油压的控制过程如图 2-7 所示。汽车开始制动时, 驾驶员踩下制动踏板,制动管路中油压由零开始上升,制动器使车轮上产生制 动力矩,同时产生地面制动力使汽车和车轮都开始减速。此时 ABS 系统不对制 动过程进行干预,所以制动油压迅速增加,车轮减速度也增大。当车轮减速度 的值达到规定的门限值-a 时,产生减压信号,图 2-7 中 1 点所示,ABS 系统开 始工作,降低制动油压。由于液压制动系统的惯性,车轮减速度仍然下降一段 时间,然后开始减小并小于门限值-a 时,图 2-7 中 2 点,产生保压信号,ABS 保持制动油压不变,车轮由减速状态进入加速状态,车轮速度开始回升并靠近 车速,当车轮加速度值达到设定的门限值+a 时,图 2-7 中 3 点,产生升压信号, ABS 使制动油压上升, 车轮加速度在上升一段时间后开始减小, 车轮由加速状态 又进入减速状态, 并再次进入另一个控制循环。 ABS 通过这样的控制过程可以使 车轮的速度控制在一定的范围内而不产生抱死。这种控制方法的关键在于对车 轮加、减速度门限值的设定,合适的门限值可以使车轮的运动状态控制在比较 理想的范围内。但显然门限值的确定需要大量的试验来确定。除了设定车轮加 减速度门限值之外,还可以根据控制质量和路面类型的不同设定不同的门限值 来提高控制的质量,如参考滑移率门限值等。 在 ABS 中,每个车轮上各安置一个转速传感器,将各车轮转速信号输入电 子控制装置 ECU. ECU 根据各车轮转传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

行监测和判定并形成相应的控制指令。制动压力调节装置主要由调压电磁阀总 成、电动泵总成和储液器等组成一个独立的整体,通过制动管路与制动主缸和 各制动分缸相连,制动压力调节装置受电子控制装置的控制,对各制动轮缸的 制动压力进行调节。

图 2-7 基于车轮加减速度逻辑门限值控制方法的 ABS 系统油压控制循环图 ABS 的工作过程可以分为常规制动、 制动压力保持、 制动压力减小和制动压 力增大等阶段。在常规制动阶段,ABS 并不介入制动压力控制,调压电磁阀总成 中的各进液电磁阀均不通电而处于开启状态,各出液压电磁阀均不通电而处于 关闭状态,电动泵也不通电运转,从制动主缸到各制动轮缸的制动管路均处于 沟通状态,而各制动轮缸到储液器的制动管路均处于封闭状态,各制动轮缸的 制动压力将随制动主缸的输出压力而变化,此时的制动过程与常规制动系统的 制动过程完全相同。在制动过程中,电子控制装置根据车轮转速传感器输入的 车轮转速信号判定有车轮趋于抱死时, ABS 就进入防抱死制动压力调节过程。 例 如, ECU 判定右前轮趋于抱死时, 当 ECU 就使控制右前轮制动压力的进液电磁阀 通电,使右前轮进液电磁阀转入关闭状态,制动主缸输出的制动液不再进入右 前制动轮缸,此时,右前出液电磁阀仍未通电而处于关闭状态,右前制动轮缸 中的制动液也不会流出,右前制动轮缸的制动压力就保持一定,而其它未趋于 抱死车轮的制动压力仍会随制动轮缸的制动主缸输出压力的增大而增大,如果 在右前制动轮缸的制动压力保持一定时,ECU 判定右前轮仍然趋于抱死,ECU 又

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

使右前出液电磁阀也通电而转入开启状态,右前制动轮缸中的部分制动液就会 经过处于开启状态的出液电磁阀流回储液器,使右前制动轮缸的制动压力迅速 减小,右前轮的抱死趋势将开始消除,随着右前轮的抱死趋势完全消除时,ECU 就使右前轮进液电磁阀和出液电磁阀都断电,使进液电磁阀转入开启状态,使 出液电磁阀转入关闭状态同时也使电动泵通电运转,向制动轮缸输送制动液, 由制动主缸输出的制动液和电动泵通电运转,向制动轮缸泵送制动液,由制动 主缸输出的制动液和电动泵通电运转,向制动轮缸泵送制动液,由制动主缸输 出的制动液和电动泵泵送的制动液都经过处于开启状态的右前轮进液电磁阀进 入右前制动轮缸,使右前制动轮缸的制动压力迅速增大,右前轮又开始减速转 动。 通过使趋于抱死车轮的制动压力循环往复地经历保持一下减小一下增大 ABS 过程,而将趋于抱死车轮的滑移率控制在峰值附着系数滑移率的上升范围内, 直至汽车速度减小到很低或者制动主缸的输出压力不再使车轮趋于抱死时为 止,制动压力调节循环的频率可达 3--20Hz。在该 ABS 中对应于每一个制动轮 缸各有一双进液和出液电磁阀,可由 ECU 分别进行控制,因此,各制动轮缸的 制动压力能够被独立地调节,从而使四个车轮都不发生制动抱死现象。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

3 防抱死制动系统硬件设计

3.1 防抱死制动系统的布置形式与组成
3.1.1 防抱死制动系统的布置形式
ABS 系统中, 能够独立进行制动压力调节的制动管路称为控制通道。 如果对 某车轮的制动压力可以进行单独调节,称这种控制方式为独立控制;如果对两 个(或两个以上)车轮的制动压力一同进行调节, 则称这种控制方式为一同控制。 在两个车轮的制动压力进行一同控制时,如果以保证附着力较大的车轮不发生 制动抱死为原则进行制动压力调节,称这种控制方式为按高选原则一同控制; 如果以保证附着力较小的车轮不发生制动抱死为原则进行制动压力调节,则称 这种控制方式为按低选原则一同控制。 按照控制通道数目的不同,ABS 系统分为四通道、三通道、双通道和单通道 四种形式,而其布置形式却多种多样。 (1)四通道 ABS 对应于双制动管路的 H 型(前后)或 X 型(对角)两种布置形式,四通道 ABS 也有两种布置形式,见图 3-1(a, b)。

图 3-1(a,b) 为了对四个车轮的制动压力进行独立控制, 在每个车轮上各安装一个转速传 感器, 并在通往各制动轮缸的制动管路中各设置一个制动压力调节分配装置(通 道)。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

由于四通道 ABS 可以最大程度地利用每个车轮的附着力进行制动, 因此汽车 的制动效能最好。但在附着系数分离(两侧车轮的附着系数不相等)的路面上制 动时,由于同一轴上的制动力不相等,使得汽车产生较大的偏转力矩而产生制 动跑偏。因此,ABS 通常不对四个车轮进行独立的制动压力调节。 (2)三通道 ABS 四轮 ABS 大多为三通道系统, 而三通道系统都是对两前轮的制动压力进行单 独控制,对两后轮的制动压力按低选原则一同控制,其布置形式见图 3-1(c)、 (d)、(e)。

图 3-1(c)、(d)、(e) 图(c)所示的按对角布置的双管路制动系统中,虽然在通往四个制动轮缸的 制动管路中各设置一个制动压力调节分配装置,但两个后制动压力调节分配装 置却是由电子控制装置一同控制的,实际上仍是三通道 ABS。由于三通道 ABS 对两后轮进行一同控制,对于后轮驱动的汽车可以在变速器或主减速器中只设 置一个转速传感器来检测两后轮的平均转速。 汽车紧急制动时, 会发生很大的轴负荷转移(前轴负荷增加, 后轴负荷减小), 使得前轮的附着力比后轮的附着力大很多(前置前驱动汽车的前轮附着力约占 汽车总附着力的 70%—80%)。 对前轮制动压力进行独立控制, 可充分利用两前轮 的附着力对汽车进行制动,有利于缩短制动距离,并且汽车的方向稳定性却得 到很大改善。本设计就是为三通道 ABS。 (3)双通道 ABS

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

图 3-1(f)所示的双通道 ABS 在按前后布置的双管路制动系统的前后制动管 路中各设置一个制动压力调节分配装置, 分别对两前轮和两后轮进行一同控制。 两前轮可以根据附着条件进行高选和低选转换, 两后轮则按低选原则一同控制。 对于后轮驱动的汽车, 可以在两前轮和传动系中各安装一个转速传感器。 当 在附着系数分离的路面上进行紧急制动时,两前轮的制动力相差很大,为保持 汽车的行驶方向,驾驶员会通过转动转向盘使前轮偏转,以求用转向轮产生的 横向力与不平衡的制动力相抗衡,保持汽车行驶方向的稳定性。但是在两前轮 从附着系数分离路面驶入附着系数均匀路面的瞬间,以前处于低附着系数路面 而抱死的前轮的制动力因附着力突然增大而增大,由于驾驶员无法在瞬间将转 向轮回正,转向轮上仍然存在的横向力将会使汽车向转向轮偏转方向行驶,这 在高速行驶时是一种无法控制的危险状态。

图 3-1 (f) (g) 图 3-1(g)所示的双通道 ABS 多用于制动管路对角布置的汽车上,两前轮独 立控制,制动液通过比例阀(P 阀)按一定比例减压后传给对角后轮。 对于采用这种控制方式的前轮驱动汽车, 如果在紧急制动时离合器没有及时 分离,前轮在制动压力较小时就趋于抱死,而此时后轮的制动力还远未达到其 附着力的水平,汽车的制动力会显著减小。而对于采用这种控制方式的后轮驱 动汽车,如果将比例阀调整到正常制动情况下前轮趋于抱死时,后轮的制动力 接近其附着力,则紧急制动时由于离合器往往难以及时分离,导致后轮抱死, 使汽车丧失方向稳定性。 由于双通道 ABS 难以在方向稳定性、 转向操纵能力和制动距离等方面得到兼 顾,因此目前很少被采用。 (4)单通道 ABS

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

所有单通道 ABS 都是在前后布置的双管路制动系统的后制动管路中设置一 个制动压力调节装置,对于后轮驱动的汽车只需在传动系中安装一个转速传感 器,如图 3-1(h)。

图 3-1(h) 单通道 ABS 一般对两后轮按低选原则一同控制, 其主要作用是提高汽车制动 时的方向稳定性。在附着系数分离的路面上进行制动时,两后轮的制动力都被 限制在处于低附着系数路面上的后轮的附着力水平,制动距离会有所增加。由 于前制动轮缸的制动压力未被控制,前轮仍然可能发生制动抱死,所以汽车制 动时的转向操作能力得不到保障。 但由于单通道 ABS 能够显著地提高汽车制动时的方向稳定性, 又具有结构简 单、成本低的优点,因此在轻型货车上得到广泛应用。

3.1.2 防抱死制动系统的基本组成
ABS 系统主要由传感器、电子控制单元(ECU)和电磁阀三部分组成,其系统 原理结构组成图如图 3-2 所示。传感器一般安装在车轮上以测量车轮的转速, 传感器一般为磁电感应式。 ABS 工作时 ECU 接收传感器送来的车轮信号, 一般为 符合 ECU 电压要求的矩形电压波,然后固化在 ECU 中的程序根据各个车轮的速 度来决定对各个车轮的制动液压力如何调节,并输出相应的控制信号给各个车 轮的液压控制单元。液压控制单元接收到信号后对车轮分泵的压力进行调节。 传感器的作用是为 ECU 提供车轮的运动情况,ECU 是 ABS 系统的控制中心,ECU 中固化的程序实际上是 ABS 的控制方法,而液压控制单元是 ABS 控制方法的执 行机构。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

3-2(a) ABS 系统的组成(分置式) 1、前轮速度传感器 2、制动压力调节装置 3、ABS 电控单元 4、ABS 警告灯 5、后轮速度传感器 6、停车灯开关 7、制动主缸 8、比例分配阀 9、制动轮缸 10、蓄电池 11、点火开关

3-2(b)系统原理结构框图 图 3-2 ABS 系统的组成 轮速传感器是汽车轮速的检测元件,它能产生频率与车轮速度成正比的近 似正弦电信号, ABS 控制单元根据处理后的信号计算车轮速度。 电子控制单元是 整个防抱死制动系统的核心控制部件, 它接受车轮速度传感器送来的频率信号, 通过计算与逻辑判断产生相应的控制电信号,操纵电磁阀去调节制动压力。定 性的来说, 就是当车轮的滑移率不在控制范围之内时, 就输出一个控制信号, ECU 命令电磁阀打开或闭合,从而调节制动轮缸压力,使轮速上升或下降,将汽车

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

车轮滑移率控制在一定范围之内,实现汽车的安全、可靠制动。电子控制单元 原理图如图 3-3 所示。 电磁阀是防抱死制动系统的执行部件,在没有控制信号的情况下,该制动 系统相当于常规制动系统, 直接输出最大制动压力;当 ECU 向电磁阀发出控制信 号时,电磁阀动作,对轮缸压力进行调节,从而调节车轮的滑移率,使制动力 在接近峰值区域内波动,但又不达到峰值制动力,实现最佳制动效率。 ABS 就是在汽车制动过程中不断检测车轮速度的变化,按一定的控制方法, 通过电磁阀调节制动轮缸压力,以获得最高的纵向附着系数,使车轮始终处于 较好的制动状态。

图 3-3 原理结构框图

3.2 防抱死制动系统轮速传感器选择
转速传感器的功用是检测车轮的速度,并将速度信号输入 ABS 的电控单元。 下图(图 3-5)所示为转速传感器在车轮上的安装位置。

图 3-5 转速传感器在车轮上的安装位置 (1)电磁式转速传感器结构

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

传感头部的结构如下图(图 3-6)所示,它由永磁体 2、极轴 5 和感应线圈 4 等组成,极轴头部结构有凿式和柱式两种。

图 3-6

车轮转速传感器剖视图

1.电缆 2.永磁体 3.外壳 4.感应线圈 5.极轴 6.齿圈 齿圈 6 旋转时,齿顶和齿隙交替对向极轴。在齿圈旋转过程中,感应线圈内 部的磁通量交替变化从而产生感应电动势,此信号通过感应线圈末端的电缆 1 输入 ABS 的电控单元。当齿圈的转速发生变化时,感应电动势的频率也变化。 ABS 电控单元通过检测感应电动势的频率来检测车轮转速。 电磁式轮速传感器结构简单、成本低,但存在下述缺点:一是其输出信号的 幅值随转速的变化而变化。若车速过慢,其输出信号低于 1V,电控单元就无法 检测;二是响应频率不高。当转速过高时,传感器的频率响应跟不上;三是抗 电磁波干扰能力差。 目前, 国内外 ABS 系统的控制速度范围一般为 15~160km/h, 今后要求控制速度范围扩大到 8~260km/h 以至更大, 显然电磁感应式轮速传感 器很难适应。 (2)霍尔轮速传感器` 霍尔轮速传感器也是由传感头部和齿圈组成。传感头由永磁体,霍尔元件 和电子电路等组成,永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮,如图 3-7 所示。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

图 3-7 霍尔轮速传感器示意图 1、磁体 2、霍尔元件 3、齿圈 当齿轮位于图中(a)所示位置时,穿过霍尔元件的磁力线分散,磁场相对 较弱;而当齿轮位于图中(b)所示位置时,穿过霍尔元件的磁力线集中,磁场相 对较强。齿轮转动时,使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化,因而引起霍 尔电压的变化,霍尔元件将输出一个毫伏(mV)级的准正弦波电压。此信号还需 由电子电路转换成标准的脉冲电压。 霍尔轮速传感器具有以下优点:其一是输 出信号电压幅值不受转速的影响。 其二是频率响应高。 ; 其响应频率高达 20kHz, 相当于车速为 1000km/h 时所检测的信号频率;其三是抗电磁波干扰能力强。因 此,霍尔传感器不仅广泛应用于 ABS 轮速检测,也广泛应用于其控制系统的转 速检测。 霍尔式轮速传感器与电磁感应式轮速传感器比较具有以下优点: (1)随着轮速的变化,输出信号的幅值是不变的。 (2)频率响应高,响应频率高达 20khz,用于 ABS 系统中可检测到约 1000Km/h 速度信号,远远满足使用要求。 (3) 抗电磁干扰能力强, 由于输出信号在整个轮速范围内不变, 而且幅值较高, 所以抗电磁干扰能力很强。 鉴于霍尔传感器的比较优点,本设计采用霍尔轮速传感器。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

3.2.1 霍尔传感器的设计
霍尔轮速传感器要包括开关型集成霍尔传感器和线性集成霍尔传感器两 种。 集成霍尔传感器是在制造硅集成电路的同时,在硅片上制造具有传感器功能的 霍尔效应器件,因此使集成电路具有对磁场敏感的特性。霍尔开关电路又称霍 尔数字电路,又稳压器、霍尔片、差分放大器,施密特触发器和输出级组成。 在外磁场的作用下,当磁感应强度超过导通阀时,霍尔电路输出管导通,输出 低电平,之后,B 增加,仍保持导通。若外加磁场的 B 值降低到 BRP2,输出管 截止,输出高电平。我们称 BOP 为工作点,BRP 释放点。BOP-BRP=BH 称为回差。 回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强。 本系统采用的是三通道四传感器布置形式,需要四个传感器。霍尔传感器 的组成:传感头,齿圈。传感头由永磁体霍尔元件和电子电路组成。

3.2.2 霍尔开关电路的选择
霍尔轮速传感器的关键元件是霍尔元件,要求它能够输出较大的霍尔电压, 而温度漂移要尽可能小,并且要求它后面的电路尽可能的简单一些,这样可以 使体积减小提 。高可靠性。本系统选用南京中旭电子公司生产的 CS3121 型霍 尔开关电路。这种开关电路由电压调整电路、霍尔电压发生器、差分放大器、 施密特触发器、反向电压保护器、温度补偿电路及集电极开关输出级组成能将 磁场信号转变成数字电压输出,对温度和电压的变化更加稳定。 其应用参数是:电压电源范围宽 VCC4.5V~~30V; 工作温度范围宽-40~~125 摄氏度; 电压极性反向保护器,无触点、快速响应性好,频率高,寿命 长,可直接同 TTL、MOS 等逻辑电路接口,体积小,安装方便。 经过霍尔元件中的信号变化过程:
霍尔元件 运算放大器 施密特触发器 输出级

本系统选择霍尔开关型传感器其结构原理图为:

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

图 3-8 霍尔开关电路原理图 1 引脚接 5v 电源;2 引脚接地; 3 接输出霍尔传感器在 ABS 系统中的接线 图。

图 3-9 霍尔传感器在 ABS 系统中的接线图 霍尔元件与永磁铁封装在一起,经过 TTL 电路缓冲可以直接传送到单片机 的高速输入端口。 车轮轮速传感器又齿圈和霍尔传感头部两部分组成,齿圈安装在随车轮一 同转动的部件上,如半轴套筒,转向节,制动底盘。为了保证轮速传感器无错 误信号输出,安装轮速传感器时应使传感头部精确地对准齿圈,应保证它们之 间有适当的空气间隙,并要求安装牢固。只有这样才能保证汽车在制动过程中 的振动不会干扰和影响传感信号,做到无误的输出。为了避免灰尘和溅泥、水, 应适当的密封和润滑措施。 在确定了传感器的安装方案和选择好传感器之后,根据安装的位置,安装 的空间的大小以及所用的传感器的技术参数,设计转速传感器的目标齿盘。对

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

齿盘的设计应当有这样的要求:齿盘的设计应保证产生的车速信号的频率在传 感器的测量范围内;车速测量的误差要小;使输出的脉冲信号有合适的占空比; 便于加工,稳定性好。

3.2.3 传感器齿盘的设计
(1)齿盘齿数的确定: 根据传感器的测量范围,在设计与其配合的齿盘时应保证产生的轮速信号 频率在这个范围内,而这个频率是由车轮的轮速和齿盘齿数决定的。 ABS 控制转速为:5KM/H~~300KM/H 传感器采集数据频率:1HZ~~100KHZ 车速的计算公式: v ?
2? ? r f z

式中:r---------车轮的半径 z----------齿圈齿数 f----------频率 对于确定的系统, 计算齿数的范围:
2? ? f max 2? ? r ? f min ?z? vmax vmin

2? ? r 为确定的常数。 z

这样我们可以推出齿数的范围,还应考虑到:机械加工过程中,齿数的选 择最好能使机床分度方便,便于加工。为了保证在较低的车速下,仍然能够准 确的测量到轮速的变化情况,齿数不能过小。本系统拟选定齿数为 100 个。 (2)齿高、齿宽的确定: 轮速传感器的齿高主要是由传感器产生的信号的强弱,即传感器的功率, 以及传感器灵敏度决定的。齿盘的齿宽和齿槽宽度直接影响到传感器输出信号 的波形,主要是影响脉冲信号的占空比,占空比过大或过小时,由于汽车行驶 过程中,车轮的振动等原因,有可能使传感器输出的信号漏掉脉冲,或一段时 间内没有信号输出,使车轮的轮速计算产生误差,因此轮速传感器齿宽的确定 十分重要。 在轮速传感器齿盘的外直径和齿数确定以后,齿盘的齿顶宽和齿槽宽外圆

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

之和 d n 就可如下计算: d n ?

? ?d

z 再根据实际加工时可加工的齿槽宽度来确定齿宽 d p 和齿顶宽 d t 。

3.3 防抱死制动调压系统工作过程
制动压力调节装置 (简称液压调节器)主要由 8 个 2 位 2 通调压电磁阀、1 个双联式电动液压柱塞泵、2 个储液室、2 个低压储能室、1 个电动液压泵和几 个单向阀等组成。 电动液压泵转速传感器产生的转速信号输入 ECU, ECU 监测 供 电动液压泵的运转情况。液压调节阀通过管路与制动主缸和各制动轮缸相连。 液压调节器工作原理如图 3-10 所示。

图 3-10 液压调节器工作原理图 1、助力器 2、主缸 3、三位三通电磁阀 4、回液泵 5、限位阀 6、电动机 7、回液过滤器 8、油箱 9、制动器 (1)常规制动过程 制动系统在常规制动过程中 (未出现防抱死现象), 调节器中的各个 2 位 2 通调压电磁阀不通电。其中,4 个进液电磁阀处于流通状态,4 个出液电磁阀处 于断流状态,同时,电动液压泵也不通电运转。此时,自制动主缸输出的制动 液可以通过各进液电磁阀直接进入各制动轮缸,各制动轮缸的制动压力将随制 动主缸的制动压力而变化,即平时汽车进行的常规制动。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

(2) 防抱死制动过程: 在制动过程中,如果电子控制单元 (ECU)根据车轮轮速传感器输入的车轮 转速信号判定是否有车轮趋于制动抱死倾向。需要调节制动轮缸的压力时,ECU 就使制动轮缸相对应的进液电磁阀或出液电磁阀通电换位,并自动按以下情况 分别进行判断、处理: 建压过程 制动时,通过真空助力器与制动主缸建立制动压力。所有电磁 阀均不通电制动压力进入各车轮制动器,车轮转速迅速降低 (此时同常规制 动),直到电子控制单元{ECU}通过计算得知车轮有抱死倾向为止。如图 3-11a

图 3-11a 建压过程 保压过程 当 ECU 通过转速传感器得到信号识别出车轮有抱死倾向时, ECU, 发出控制信号关闭相应车轮的进液电磁阀, 并让出液电磁阀继续保持关闭状态, 该制动轮缸中的制动液压被封闭而使制动压力保持一定。如图 3-11b

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

图 3-11b 保压过程 减压过程 如果在保压阶段车轮仍有抱死倾向, ABS 系统进入降压阶段。 则 此时 ECU 发出控制指令使该制动轮缸相应的进液电磁阀和出液电磁阀都通电换 位 (进液电磁阀处于断流,出液电磁阀处于导通),该制动轮缸中的部分制动液 就会通过出液电磁阀流入低压储能室,使制动轮缸的制动压力随之减小。与此 同时液压泵也开始工作,把低压储能室的制动液重新泵回制动主缸以补偿制动 踏板行程损失, 此时制动踏板出现抖动 (有抬升或反弹感), 车轮抱死程度降低, 轮速上升。此过程结束液压泵随之掉电停止运行。如图 3-11c

图 3-11c 减压过程 增压过程 为了达到最佳制动效果,当车轮转速达到一定值后(与设定的 门限值比较)ECU 再次发出控制指令使该制动轮缸相应的进液电磁阀和出液电磁 阀都断电,使进液电磁阀处于通流状态,出液电磁阀处于断流状态,制动主缸 输出的制动液就会通过进液电磁阀进入制动轮缸,该制动轮缸的制动压力随之 增大,轮速再次被制动而下降。通过保压、降压、增压为一个循环,通常 ABS 系统的压力调节频率为 2-4 个/秒循环。如图 3-11a 在 ABS 工作期间, ECU 根据 4 个车轮转速传感器反馈车轮转速信号, 可以独 立地对四个制动轮缸的制动压力进行减小、保持和增大循环调节,将各车轮制 动效果控制在最佳状态。 (3)解除制动过程: 当解除制动时,制动踏板松开,制动主缸内的制动压力为零。此时出液电 磁阀再次通电处于通流状态, 低压储能室的制动液经出液电磁阀返回制动主缸,

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

低压储能室排空,为下一次工作做好准备。

3.4 信号输入电路设计
车轮轮速是 ABS 系统的主要输入信号, 该信号的采集、 处理对于整个系统的 控制至关重要。为了使采集到的轮速信号能被单片机正确识别,本系统采用的 霍尔传感器它是将传感器与信号处理电路制成一体,由于他能直接输出标准方 波信号,非常适合于 HIS 高速通道采集,80c196kc 的四个 HIS 口可以直接接受 四个轮速传感器的脉冲信号,并可以同时记录某一时间触发时的状态和时刻。 它们与普通的输入端口有三方面主要差别: (1) HIS 不仅能检测某个输入线上的状态变化,而且能同时记录状态发生 的时刻。 (2) HIS 内部设有 FIFO 寄存器,它和保持器一起可同时记录多达 8 个事 件由 cpu 在适当的时候读取和处理, (3) HIS 可通过它的 4 条输入线检测多种方式的状态变化。 轮速传感器输出的脉冲信号经光电耦合器进行电平转换和信号隔离,缓 冲器整形,输入到 80c196kc 的高速输入端,对输入信号进行逻辑运算和处 理。 它们之间的信号联系参照下图所示:

轮速传感 器

光电耦 合器

缓冲器 74LS06

单片机

图 3-13 轮速信号输入电路方框图 输入电路的连线图:

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

图 3-14 轮速信号输入电路图

3.5 电磁阀驱动电路的设计
CPU 输出的信号非常小,而 ass 的作动电流则为 1~2 安,所以每个输出信 号要经放大后才能驱动相应的电磁阀。 目前多采用的方法是利用 P1 口把不占空 比的脉冲信号转化为相应幅值的电压信号用以控制三位三通电磁阀,通过三位 三通阀位置的改变接通不同的管路来达到增压、保压、减压的目的。这种方法 动态响应快,操作简便,需专用的三位三通阀,而且工艺要求高,开发成本高。 同时限于现在的知识水平,本文采用另一种方法达到所需要求。 本设计使用 P1 口输出高低电瓶组合成为不同的状态, 来控制油路的通断实 现增压、保压、减压的目的。80C196KC 的 P1 口作为准双向的输入输出口,由缓 冲器内部口锁存器,内部寄存器和输出缓冲器和输出缓冲器的构成,输出缓冲 器和输出缓冲器构成,输出缓冲器内部具有上拉电阻结构当端口数据又 0 变 1 时,它能在短时间内产生更强的上拉作用以加速转变过程:输出时,具有锁存 作用,即对端口重写数据前保持不变。 对压力的控制归结为对 P1.0 和 P1.1,P1.2 和 P1.3,P1.4 和 P1.5 的输出状 态的控制:其逻辑关系表为:

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)



P1 口与电磁动作逻辑关系表

车轮 左前轮

P1.0 0 1 0 x x x x x x

P1.1 1 1 0 x x x x x x

P1.2 x x x 0 1 0 x x x

P1.3 x x x 1 1 0 x x x

P1.4 x x x x x x 0 1 0

P1.5 x x x x x x 1 1 0

右前轮

后轮

压力变 化 保压 增压 减压 保压 增压 减压 保压 增压 减压

由逻辑关系表可以看到如果系统需要对电磁阀进行不同的控制只要对 P1 口 输出不同的字便可。

图 3-15 电磁阀驱动电路

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

电磁阀驱动电路如图 3-15 所示 缓冲单元的设计:图中的 74LS06 是集电极开路六反相缓冲器,添加它的目 的是加大输出电路的带负载的能力,使传输通道与单片机接口的电气匹配为合 理。 光电耦合器单元:输出接口隔离技术在开关量输出通道中,为防止现场强 电磁干扰或工频电压通过输出通道反窜到控制系统, 一般需采用通道隔离技术。 光电耦合器以光电转换原理传输信息,它使信息发生端与接收断电气绝缘 电阻可达几百兆欧姆以上, 从而对地电位差干扰和电磁干扰有很强的抑制能力, 光电耦合的实质是对于干扰噪声的隔离和对有用信号形成通道,是抗干扰措施 的重要方法之一,并且信号传输速度高、价格低、接口简单,故在输出端设计 了光电耦合电路。 光电耦合器有二级管----二级管型、二级管----三级管型、二级管----达林顿管型以及二级管----可控制等类型,根据系统要求情况,本设计采用了 光电耦合器 4N35,其正向电流 I FM 为:60mA,电流传输比为 100%,电磁阀的驱动 电流为 1.5~~3A,晶体管 2SD880 的电流放大倍数为 60~~300,光电耦合器输入 端限流电阻,其阻值由下式:
Ri ? VCC ? (VF ? VCS ) IF

式中: VCC -----输入电压
VF ------为输入端发光二级管正向导通压降。一般为 1.5V 左右 VCS -----为驱动器的压降

I F ------为输入端正向工作电流,取 15mA

经计算 Ri 取 50Ω 光电耦合输出端负载电阻:
Rj ? VCC ? U CEN IF

式中: VCC ------电源电压+5V

U C E N 为 三极管饱和时集电极和发射级之间的压降,取 0.3V ----

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

I F -------15mA

经计算取 Rj=350Ω 输出通道的隔离及保护措施一方面防止了最小系统干扰信号沿正向通路的 传输,同时也隔离了驱动电路运行过程中产生的干扰脉冲对前向通道原件的影 响,所以隔离保护作用是双向的 。 驱动电路单元:构成驱动电路的主要器件是功率晶体管、晶闸管、继电器 或者是功率集成电路,从电路结构的复杂性、器件功能、可靠性以及价格等因 素考虑,晶体管放大电路有共基、共集和共射级三种电路形式,其中共射极放 大电路具有较好的功率放大能力,故此采用共射极放大电路作为 abs 系统的驱 动环节的基本形式。 光电耦合器的最大输出电流为 15mA,电磁阀的工作电流为 1.5~~3A 所以每 个输出控制信号要经过功率放大后才能驱动相应的电磁阀。考虑到实际应用中 的影响,选择为 1.5 倍,则电磁阀的三极管的电流的放大倍数为: 1.5 K? ?1.5 ?1000 ? 150 15 据此本系统选择了 2SD880 三极管来驱动 ABS 电磁阀,其最大允许通过电流 为 3A,放大倍数是 60~~300

3.6 ABS 系统报警 LED 灯设计
LED 是计算机控制系统常用的显示器,一般其正向压降为 1.2~~2.5V,通过 LED 的电流的强弱决定了 LED 的发光强度,其驱动电路图如下:

图 3-17 LED 报警灯驱动电路

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

74LS06 为输出反相驱动器,当 P1.6 为高电平时,74LS06 输出低电平,LED 发光。当单片机的 P1.6 为低电平时 74LS06 没有电流流过,LED 不发光,其限流 电阻的计算如下:
R? VCC ? (VD ? VCS ) ID
VD 为 LED 正向压降

其中 VCC 为电源电压

VCS 为 LED 驱动器的压降

I D 为 LED 的工作电流



VCC =5V VCS =0.3V

VD =2V

I D =10mA

5 ? (2 ? 0.3) ? 270? 10 因此选择 300Ω 以使更有效的限流。



R?

3.7 车轮制动器的选择
汽车用车轮制动器分为鼓式和盘式两种。它们的区别在于前者的摩擦副中 的旋转元件为制动鼓,其圆柱面为工作面;后者的摩擦副中的旋转元件为圆盘 状制动盘,其端面为工作表面。本系统选择盘式制动器,所以仅对盘式进行纤 细介绍。 钳盘式车轮制动器 钳盘式车轮制动器广泛地应用在轿车和轻型货车上。 它的优点是散热良好,热衰退小,热稳定性好,最适于对制动性能要求高的轿 车前轮制动器。本系统前后轮均采用钳盘式制动器。 钳盘式车轮制动器分固定式制动钳制动器与浮动式制动钳制动器,本 系统选用浮动式制动钳制动器,图 3-21 为浮动式制动器的示意图。它的特点是 制动钳体在轴向处于浮动状态,轮缸布置在制动钳的内侧,且数目只有固定式 的一半,为单向轮缸。制动时利用内摩擦片的反作用力推动制动钳体移动,使 外侧的摩擦片也继而压紧制动盘,以产生制动力。它的外侧无液压件,不会产 生气阻,且占据的空间也小,还可以利用内侧活塞附装驻车制动机构。但是, 其内外摩擦片的磨损速度不一致,内片磨损快于外片。 根据浮动式制动钳在其支架上滑动支乘面的形式,又可分为滑销式和滑面 式两种。因滑销式制动钳易实现密封润滑,蹄盘间隙的回位能力稳定,故本系 统采用滑销式。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

图 3-21 浮动式制动钳示意图 1、摩擦块 2、密封圈 3、钳体 4、活塞 5、滑销 6、支架 7、制动盘

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

4 防抱死制动系统软件设计

汽车防抱死制动系统具有其自身的特点,除汽车本身环境差要求系统抗干 扰能力及可靠性高以外,一个重要的特点是控制过程要求快速,大部分系统的 循环都要求毫秒量级,这样对控制算法有很大的限制,复杂的算法将无法实现。 或实用系统的硬件成本太高,而太简单的算法不能满足控制质量要求。高性能 的 ABS 必须确保汽车在各种路况下制动时,均能使车轮获得尽可能大的纵向制 动力和防侧滑力,同时使车轮的制动力矩变化幅度尽可能小。 经典控制理论主要以单输入— 单输出的线性系统作为研究对象,以频率法 或根轨迹法作为系统的分析和设计方法。 控制系统中的被控制对象是汽车的 ABS 制动过程,它是一个非线性的多输入、输出系统,很难采用以经典控制理论为 基础的 ABS 控制方法。1936 年德国 Bosch 公司在 ABS 系统所采用的控制方法是 一种基于经验和逻辑的控制方法,其基本原理是,首先观察车轮的运动状态和 控制车轮制动的控制量(如油压等)之间的经验关系,制订出能够使车轮处于最 佳运动状态的控制规则,在制动过程中,以车轮的加减速度值和参考滑移率值 及其门限值来代表车轮的运动状态,并根据所制订的经验控制规则来确定控制 车轮制动的控制量的大小,达到控制车轮运动状态的目的。 除了基于车轮加减速度门限值的控制方法外, 还有一种基于经典控制理论的 PID 控制方法。 用于 ABS 控制系统的 PID 控制方法并不是通过建立被控对象的数 学模型来进行控制的, 它也是一种基于经验的控制方式。 PID 控制方法以滑移率 作为控制目标,直接得出控制量和控制目标的偏差之间的关系。但 PID 控制方 法在控制中需要得到实际的车速信号,车速信号的获得从目前看还是比较困难 的。 现代控制理论能够利用状态空间方法, 通过建立被控对象模型来解决复杂的 多输入— 多输出系统控制问题。ABS 控制方法也出现了基于建立制动过程模型 的现代理论控制方法。最具有代表性的是最优控制方法。基本原理是,给出制 动过程的数学模型和一个最优性能指标,找出一个最优控制函数使系统由初始 状态到终止状态的过程中性能指标为最小。 现代控制理论对被控对象进行控制, 要求建立精确的线性数学模型。而汽车的制动过程是一个非线性的系统。应用 最优控制方法等现代控制理论方法作为 ABS 控制方法,描述制动过程精确的数 学模型难于建立,并且控制算法复杂,应用起来有一定的局限性。 滑模控制是变结构系统的特殊情况, 变结构控制是状态变量在不同的控制区 域中采用不同的控制率, 滑模控制方式则是将控制切换开关定义在滑模表面上,

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

一是状态到达滑模表面上,状态将保持在它上面;二是滑向状态的平衡零点,引 入开关函数,滑模在滑模表面上切换,这时与系统的干扰、系统参数不确定性 无关。 不根据现代控制理论对汽车电子防抱制动的控制, 可以提出多种先进的优化 控制方案,如“PID 控制方式”、“最优化控制方式”和“滑模变结构控制方 式”等。根据对其控制模型的计算分析表明,这些控制方式来实现 ABS 系统, 将具有极其优异的防抱制动性能。然而,为了获取数学模型中所需的相关控制 参数及状态变量,均需准确实时地确定车体的运动速度。汽车在运动过程中, 车速与轮速并不相等,通过轮速间接求取车速,在准确性和实时性上都不能满 足这些控制方式的要求。目前,能够满足要求的车速传感器 (如多卜勒雷达等) 由于成本太高而不能采用。另外,实现这些控制方案的电伺服机构也比较复杂。 因而,ABS 产品实际应用上述方案的多。

4.1 控制方案和控制参数的选取
防抱死制动系统发展至今,大多数产品都采用加、减速度门限控制,并附加 一些辅助门限,并不涉及具体系统的数学模型。这对非线性系统的控制,是一 种有效的方法,但系统的控制逻辑比较复杂,波动大。考虑到控制精度、实时 性、设计成本等要求,本 ABS 设计方案拟采用门限控制方法。 在门限控制方案中, 比较量的选择极为重要, 也就是根据什么参数来控制车 轮的滑移率在 20%左右。 但是直接以滑移率作为比较对象时的汽车防抱系统是一 个时变调节系统,其处理难度较大,不适于工程应用。经大量试验表明:在制动 过程中, 车轮抱死总是出现在相当大的 d w / d t 的时刻, 因此预选一个角减速度门 限值,当实测的角减速度超过此门限值时,控制器发出指令,开始释放制动轮 缸压力,使车轮得以加速旋转。再预选一个角加速度门限值,当实测的角加速 度超过此门限值时,控制器发出指令,开始增加制动轮缸压力,使车轮减速旋 转,以达到控制滑移率的目的。 本设计方案中,防抱死门限选择加、减速度作为主要门限,以滑移率作为辅 助门限。因为单独的加、减速度门限有很大的局限性,在初始和高速紧急制动 情况下,有可能使防抱控制逻辑在后继的控制中失效。对于非驱动轮,也可能 产生过早抱死而使防抱控制逻辑失效。但如果只以滑移率作为单独的防抱制动 门限,则对于不同的路况,很难求得一个最佳的控制效果。因此需要将角速度 和滑移率这两个门限结合起来,以识别不同路况进行自适应控制。这种控制系 统在制动时,能将车轮的速度限制在一定范围之内,使车轮的速度围绕最佳值 上下波动。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

控制器根据车轮转速传感器信号计算得到角减速度和角加速度比较容易, 但 要得到实际的滑移率,就需要用多普勒雷达或加速度传感器测定车速,这使得 ABS 的结构变得复杂,成本很高。因此,采用利用车轮转速信号和设定的一个辆 制动减速度值来计算得到参考滑移率。门限减速度、门限加速度以及车辆制动 减速度值通过试验确定.不同车型,不同的 ABS 一般不具有通用性。 系统控制逻辑采用门限值控制法,对于比较量 (门限值)的选取就显得十分 重要,一般来说比较量有这么几种:车轮的角加速度、角减速度:角速度的变化 率、角加速度与角速度比值及参考滑移率等。通过选择不同的比较量,就可以 得到不同的预选,复选条件。预选条件是指当满足这个条件时车轮有抱死的倾 向,应降低制动压力以增加车轮转速,而复选条件则是当满足这个条件时车轮 可以避免抱死的倾向,制动压力应再次升高。由此得到的逻辑算法如下表所示: 表 4-1 边界条件

本系统的预选条件是角减速度低于门限减速度,选择的复选条件是角加速度大 于门限加速度。

4.2 控制参数及其计算 4.2.1 门限减速度的求取
在车轮制动过程的开始,主要是对车轮施加压力,计算出车轮的角减速度 值,并集合滑移率和车轮的制动的制动速度等因素来对其产生的轮减速度值进 行修正,将得出的参数作为门限值,假定路面的状况一定,则无论车轮的滑移 率在任何范围内变化,其路面附着系数都不会超过某一定值,即制动力总是满 足:

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

Fb ? ?? p mg ------------------------------------------(4——1)

当车轮的减速度超过路面所提供的最大附着力, 车轮可能出现抱死倾向, 于 是得到的最简单的 ABS 逻辑:

? ? ?? p g / r ------------------------------------------(4——2)
从这一个最原始的控制逻辑出发,并考虑了对 ? p 值产生影响的主要参数--滑移率,制动过程中的轮速,初始采集到的减速度值进行修正。 滑移率对峰值附着系数的影响: 附着系数——滑移率关系曲线线性如图 2——4 所示。 由关系图我们得到以下峰值附着系数随滑移率变化的关系式:

?p ?
?p ?

?
S

ST
ST ? ?g

S ? ST ---------(4——3) S ? ST ------(4——4)

? ? ?g
1? S

上式中 ST ——最佳滑移率;
S ——车轮滑移率;

? ——附着系数
? ——滑移率为 1 时的附着系数

? p ——峰值附着系数
车轮速度对峰值附着系数的影响: 轮胎滚动速度对附着系数有较大的影响,一般的近似表达式为:

? ? 0.8 ? 0.005r? -----------------------------(4——5)
不同路面应设置不同的减速度门限值,在高附着系数路面制动时,所达到 的峰值附着系数的轮角减速度小,因而在其他条件都相同时高附着系数应具有 较大减速度门限值,而低附着系数路面应当有较小的门限值,防抱死控制要形 成循环,则应使防抱死的控制状态运行到轮胎特性曲线的不稳定区,所以门限 值要大于达到峰值附着系数时的角减速度值即: 同时实际制动时如果减速度门限值取的比较的小。在实际中由于路面不均 匀,传感器误差等其他噪音,由此产生的减速度不同路面应设置不同的减速度 门限值,在高附着系数路面制动时,所达到的峰值附着系数的车辆角速度小, 因而在其他条件都相同时附着系数应具有较大减速度门限值。而低附着系数路 面应当有较小的门限值,防抱死控制要形成循环,则应使防抱死的控制状态运 行到轮胎特性曲线的不稳定区,值如与减速度门限值比较接近则实际中的控制

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

难以实现,ECU 容易产生误动作。

4.2.2 门限加速度的求取
加速度门限值决定着车辆速度的恢复, 如果设置的门限值太大, 车轮可能无 法达到这以门限值。在这种情况下就有可能出现失控是车速一直处于恢复的状 态,如果设置的门限值太小则车轮没有充分恢复就进入下一个循环。这样产生 逐渐抱死的趋势。 所以在实际的设定中,要综合考虑各种因素的影响,根据不同的车型和路 面状况进行大量的试验来确定所选的加速度和减速度的门限值。

4.2.3 车身参考速度的确定
目前测定参考速度的方法有两种, 一种是使用多普勒雷达, 另一种是采用五 轮仪。多普勒雷达价格较高在实际应用中不现实,五轮仪的外观又不能满足人 们的期望,因此汽车一般不采用直接测量的方法获得实际的车速,而是采用简 介的方法油车轮的角速度和附加速度构成车轮的参考速度。 在制动的初始阶段如果测得的角减速度值低于角速度门限-a 时,取此车轮 速度作为车身的初始参考速度 vref 0 ,此刻的减速度值作为车身的参考减速度, 则此后的车身速度 vref 为:
vref ? vref 0 ? j ? t

-------------------------------------------------

(4——6) 轮速采集的计算: 高速输入通道 HIS 的设定: 80C196KC 是 16 位高性能的单 片机,它有四个高速输入口 HIS0~~HIS3,恰好可以用于四个车轮轮速信号的输 入,高速输入通道由端口缓冲器、HIS 选通逻辑、8 分频记数器、输入跳变检测 器、FIF0 中断和控制逻辑、FIF0 寄存器、HIS 时间寄存器、HIS 方式寄存器以 及 HIS 状态寄存器组成。 与高速输入通道有关的专用寄存器有: HIS_STATUS、 HIS_TIME 和 HIS_MODE, 利用这 3 个寄存器,高速输入口可以用 4 种方式检验各引脚上有无时间发生, 并能够记下时间发生时的时刻, 利用 HIS 中包含的 FIF0 队列寄存器和保持寄存 器,可以同时记录 8 个时间,供 CPU 适时地读取和处理,从而实现其“高速” 采集的功能。 HIS_MODE 寄存器的口地址为:03H 每两位选定一条 HIS 输入引脚的工作方 式。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

表 4--2 HIS 通道的四种工作方式: 状态字 00000000 01010101 10101010 11111111 工作方式 0 1 2 3 具体形式 每 8 此正跳变触发一次 事件 每次正跳变触发一次事 件 每次负跳变触发一次事 件 每次跳变触发一次事件

HIS_STATUS 表示四条引脚的状态地址 06H,高位表明引脚当前的状态(1 表示高电平,0 表示低电平) 、低位表明 HIS 事件寄存器所记录的时刻该引脚是 否有事件发生(1 表示有事件发生,0 表示没有事件发生) 。 HIS_TIME 以定时器 TI 为事件基准地址 04H, HIS_TIME 存放事件发生时定时 器 TI 的当前值。 HIS 不见的中断功能: HIS 中断有关的中断源有 4 个本系统对轮速信号处 与 理采用 FIF0 满四项数据就发生中断的中断方式该中断矢量 2034H,该中断方式 同时对汽车 4 个车轮轮速信号迅速处理,如果采用 FIF0 数据满来中断,在低速 测量时占用较长事件,不利于 ABS 系统的适时性的要求。 为了使 HIS 能够正确的检测引脚上发生的变化必须注意: 由于该类单片机每个 T 周期内对 HIS 引脚采样一次,所以要求输入高低电 平持续事件不小于以个状态周期,这样才能检测到引脚的状态的变化。 本系统轮速脉冲输入信号的频率、周期的确定: 轮速计算公式:
V? 2? r ? f -------------------------------------------(4——7) z

取 r=0.3m,z=100,车轮的控制范围为:5Km/h~~300Km/h

则信号频率范围为:
f ? v? z 2? r 300 ?100 ? 4423Hz 2 ? 3.14 ? 0.3 ? 3.6 5 ?100 ? ? 73.7 Hz 2 ? 3.14 ? 0.3 ? 3.6

f max ? f min

信号周期范围为:

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

Tmax ? 13.5ms Tmin ? 225.6 ? s

则每个脉冲信号的高低电平持续的最短事件是 113 ? s . 系统采用 16MHz 晶振频率, 由于每 8 个状态周期记数一次, 所以系统每 1 ? s 对 HIS 引脚采样一次。113 ? s 》1 ? s 。所以能够满足系统的对脉冲宽度的要求。 因为数据采集的精度将极大影响控制效果。 所以提高轮速信号的采样精度就 变得非常重要。对于车速的测量,有两种方法:①直接送计算机的计数电路,从 而得到轮速;有:频率法、周期法、多倍周期法、精度自适应法。②先进行 F/V 转换,再送计算机的 A/D 转换而得到轮速。 对于轮速低频测量, 周期法精度较高;对于轮速高频测量, 频率法精度较高。 如果把周期法和频率法结合起来,采用轮速脉冲周期倍乘措施,可以扩展轮速 测量范围,提高测量精度。但是,由于这种方法对低频轮速脉冲信号也进行了 倍乘。所以,多倍周期法在提高高频轮速计算精度的同时,也拉长了低频轮速 计算的时间间隔,从而降低了低速控制的实时性。根据以上方法的优点和局限 性,本文采用第一种方法中的精度自适应法。 多倍周期法就是把输入信号按固定的分频数进行分频。使被测周期得到倍 乘,计算轮速脉冲频率 f:
f ? m1 m ? 1 -------------------------------------------(4——8) T1 N 2? 0

式中

----周期倍乘数; ---- 一个周期累计时标脉冲个数; — 时标信号周期。

精度自适应法是以多倍周期法为基础,并结合 ABS 控制的轮速计算精度和 控制实时性的要求设计完成的。此法和多倍周期法的区别在于,后者的轮速脉 冲倍乘数 为固定值,造成了低速计算实时性差的缺点,而精度自适应法则克

服了这一缺点,在保证高速、低速计算精度的同时,很好地保证了低速控制实 时性。 为了充分利用多倍周期法的优点,克服它的缺点,可以在程序中实时调 整分频因子 :在低频时 取较小值,以提高实时性:在高频时 取较大值,

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

提高测量精度。 分频数

的确定需要考虑两个边界条件, 其一是最大控制周期,

其二是精度要求的限制条件。 这种方法在实时性方面和测量精度方面都能兼顾。 当输入信号低于最大控制周期时,输入信号的采集则使用中断的方式进行。 首先,为了保证控制的实时性,假设最大的控制周期为 ,由时间限制条 件可以确定
m1 ?

的上限值为:
TS ---------------------------------------(4——9) t1

式中

--------- 实际频率信号的周期

其次,根据精度要求的限制条件,可求出 的下限值。
f ? m1 ---------------------------------------(4——10) N? 0

d f / f ? dN / N ?

dN m1 ?

?0

t1

??

?0
m ? t1

-------------------(4——11)

式 (4-4)为误差计算公式。 若精度要求为 a%,即
df f ? ? a % --------------------------------------(4——12)

m1 ?

100? 0 ------------------------------------- (4——13) at1

综合式(4-2)和式(4-6),即可确定 值
TS ? ? m1 ? t ? 1 -------------------------------------(4——14) ? ? m ? 100? 0 ? 1 at1 ?

在实际计算过程中, 以每个控制周期中的第一个轮速脉冲周期 t,作为求解

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

值到 的下限值,再的试算脉冲。得由控制周期 计算出 的上限值,从中取一 个合适的整数值,作为当前控制周期内的轮速脉冲分频值。由于固定轮速计算 精度,所以,轮速越高, 越大;轮速越低, 越小。这样,既保证了轮速计算 精度,又提高了低速控制实时性。

4.3 控制过程
对于该逻辑门限值控制方式,其控制过程如下: (1) 高附着系数路面的制动控制过程 如图 4-1 所示, 在制动的初始阶段随着制动压力的上升, 车轮速度 v, 下降, 车轮的减速度增大。 当车轮减速度达到门限值-a 时 (第 1 阶段末), 计算得到的 滑移率未达到门限值 s,。 因此, 控制系统使制动压力进入保持阶段 (第 2 阶段), 以使车轮充分制动。当滑移率大于门限值 s、时,则进入制动压力减小阶段(第 3 阶段))o 随着制动压力的减小,车轮在惯性力的作用下开始加速,当车轮的减 速度减小至门限值-a 时, 又进入制动压力保持阶段 (第 4 阶段)。 此阶段由于汽 车惯性的作用,车轮仍在加速,车轮加速度达到加速门限值+a 值时,仍然保持 制动压力,直到车轮加速度超过第二门限值+a (+a 为适应附着系数突然增大 设)。这是,制动压力再次增大(第 5 阶段),以适应附着系数的增大。随着制动 压力的增大,车轮加速度下降,当车轮加速度又低于+a 时,进入制动压力保持 阶段 (第 6 阶段),直到车轮加速度又回落至+a 以下。这时的制动压力稍有不 足,对制动压力的控制为增压、保持的快速转换 (第 7 阶段,制动压力有较小 的阶梯升高率),以使车轮滑移率在理想滑移率上下波动。当车轮减速度再次超 过-a 时, 又开始进入制动压力减小阶段 (第 8 阶段), 此时制动压力降低不再考 虑参考滑移率门限值,进入下一个控制循环过程。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

图 4-1 高附着系数路面的防抱死控制过程 (2) 低附着系数路面的制动控制过程汽车在低附着系数路面行驶制动时,在 较低压力时就可能使车轮抱死, 且需要较长的时间加速度才能走出高滑移率区。 因此低附着系数路面的防抱死控制与高附着系数路面不同。 其控制过程如图 4-2 所示。低附着系数路面防抱死控制的第 1 与第 2 阶段与高附着系数路面控制过 程的第 2 和第 3 阶段相似。当进入制动压力保持阶段(第 3 阶段)后,由于附着 系数小,车轮的加速很慢,在设定的制动压力保持时限内车轮加速度未能达到 门限值+a, ECU 由此判定车轮此时处于低附着路面, 并以较小的减压率使制动压 力降低,直到车轮加速度超过+a。此后,系统又进入制动压力保持阶段 (第 4 阶段)。 当车轮加速度又低于+a 时, 系统以较低的阶梯升压率增大制动压力 (第 5 阶段),直到车轮减速度又低于门限值-a,进入下一个防抱死控制循环。由于 在第一个循坏中车轮处于较大滑移率的时间较长, ECU 根据此状态信息, 在下一 个循环中,采用持续减压的方式使车轮加速度升至+a(第 6 阶段)。这样可以缩 短车轮在高滑移率的时间,使车辆的操纵性和稳定性得到提高。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

图 4-2 低附着系数路面的防抱死控制过程 (3) 制动中路况突变的防抱死控制过程在制动过程中会有从高附着系数路面进 入低附着系数路面的清况,比如在沥青或水泥路面制动中驶入结冰路面。这种 由高附着系数路面突变到低附着系数路面的防抱死控制过程如图 4-3 所示。设 在上一个防抱死控制循环结束,下一个循环刚刚开始时, 车轮突然从高附着系 数路面进入低附着系数路面,由于这时制动压力调节器还保持在与高附着系数 路面相适应的较高压力,就会出现车轮的参考滑移率超过门限值 S2 的可能。因 此,在车轮的角减速度从低于-a。到高于+a 变化过程中,还需要对车轮的参考 滑移率是否超过 S2 进行判断。如果参考滑移率超过 S2,说明车轮处于滑移率 过大状态,系统将不进行制动压力保持,继续减小制动压力,直至车轮的加速 度高于门限值+a(第 3 阶段)。此后,系统再进入制动压力保持阶段(第 4 阶段), 直到车轮的加速度又低于门限值+a。然后再以较低的阶梯升压率增大制动压力 (第 5 阶段),直到车轮的角减速度再次低于门限值-a,进入下一个防抱死控制循 环。 在低附着系数路面,车速低于 20km/h 的情况下,由于车轮角减速度较小, 这时应以滑移率门限作为主要控制门限,而以车轮的角减速度和角加速度作为 辅助控制门限。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

图 4-3 路面附着系数由高向低突变的防抱死控制过程

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

5 结论与展望
5.1 研究工作总结
汽车防抱死制动系统是一种汽车安全控制系统, 随着科学技术的不断发展人 们对汽车的安全性能提出了更高的要求, 就是为提高汽车的制动安全性能而 ABS 诞生的一种新产品。本文根据现有水平设计了一套三通道四传感器的液压制动 防抱死系统。 本文首先分析了防抱死制动系统的构造、原理、分类和逻辑门限控制方法, 应用汽车单轮运动的力学模型,分析了制动过程中的运动情况,采用基于车轮 滑移率的防抱控制理论,根据车速、轮速来计算车轮滑移率。以 80C196KC 单片 机为核心,完成了电源部分、信号输入回路、输出驱动回路及故障诊断等硬件 电路设计,设计方案利用霍尔式车轮速度传感器。控制信号经过光隔、放大, 驱动一功率场效应晶体管,再由晶体管直接驱动电磁阀,进行防抱死制动控制, 对轮速传感器、电磁阀等的故障检测电路进行了设计。阐述了 ABS 系统软件各 功能模块的实现思路和方法,依据程序流程对控制及故障诊断软件进行编制, 给出了设计系统结构原理图。在此基础上研制了基于逻辑门限值控制的汽车防 抱死制动控制系统样件。 研究结果表明:汽车防抱死制动控制系统的硬件电路设计正确合理可行, 软 件设计所采用的控制策略正确、有效,系统运行稳定可靠,能够准确测量轮速 信号,经过计算、判断能及时控制电磁阀的输出,调节制动压力和制动力矩, 在制动过程中车轮没有抱死,滑移率基本控制在最佳滑移率附近 (20%左右), 达到了防抱死控制的目的和要求,方法恰当,控制逻辑选择合理,改善了汽车 制动系统性能,基本能够满足汽车安全制动的需要。为继续研究开发汽车 ABS 和汽车电子制动系统 (EBS)打下了基础。优化控制策略、克服制动系统响应滞 后问题、以及提高路面识别的准确性以及提高抗电磁干扰能力是 ABS 系统达到 最佳控制效果的前提,今后需要进一步研究。

5.2 防抱死制动系统发展方向
ABS 系统和其他汽车部件的结合是发展方向。汽车控制是一个系统工程问 题。例如,其底盘就包括制动,转向和悬架等子系统。这些子系统控制的简单 叠加并不能获得良好的综合性能 因为许多性能指标是冲突的, 所以存在整体最 优化的问题。防抱死系统的控制成为汽车综合控制的一个方面。所以,ABS 研究

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

工作需要与其他部件综合起来寻求整体优化。 ABS 系统控制与主动悬架系统 (A-SUS )的综合,优点体现在消除干扰。主 动悬架系统不仅能控制车辆转弯时的姿态变化, 而且能调节前后轮的侧偏刚度。 防抱死系统在车辆上安装附加引起车辆“点头”,故为了消除 ABS 系统引起的 千扰,有必要依靠 A-SUS 系统里保证较好的舒适性和制动稳定性。 ABS 系统控制与系统转向系统 (4WS)的结合既有助于提高车辆的行驶稳定 性;也有利于缩短制动距离。众所周知,在车辆紧急制动时 ABS 系统能防止车轮 拖地,提高方向可控性和缩短制动距离。然而在有些情况下,方向稳定性和短 的制动距离之间存在矛盾,对于不同的摩擦系数路面,在 ABS 设计者中普遍存 在一种观点:即认为在这种情况下应该优先考虑方向稳定性,而不是最短距离, 这样就会导致制动距离的延长。为了克服以上矛盾,需要另外增加 A-4WS 系统 来保证方向稳定性, ABS 系统只解决制动距离的问题。 而 A-4WS 出现时的车辆横 摆角速度,并与控制器内算出的理想车辆横摆角速度相比较,然后令后车轮产 生一转向角,以消除实际与理想横摆角速度之间的偏差。即使在低 p 路面上制 动,也可以获得良好的稳定性能。 ABS 系统控制和牵引力控制 (TCS)的结合。牵引力控制是在 ABS 基础上发展 起来的,同时采用牵引力控制和 ABS 系统控制是用来提高响应速度。牵引力控 制可以使发动机输出控制范围扩大,并能进行连续输出控制。前后车轮的转速 数据经 ABS 系统的 ECU 处理后输入牵引力控制计算机,并由后者来判断驱动车 轮滑移率。如果滑移率太大,牵引力控制计算机就控制电磁阀动作以效正滑移 率到正常值。即使没有经验的驾驶员在加速和减速时都能自由地操纵方向盘, 或者不转动方向盘而使车辆加速或减速。 汽车的综合控制可以是分系统综合控制, 也可以是整车综合控制。 例如以电 控 4WD 为核心的车辆综合控制,该系统是把汽车发动机和底盘上各自独立的控 制系统以电控四驱动 (4WD)为核心, 将主动式四转向 (4WS)、 防抱死系统(ABS)、 电控空气悬架、 电控自动变速器 (ECT)、 电控燃料喷射 (EFI )等系统组合起来, 综合地加以控制。 电 子 稳 定 系 统 ESP (Electronic Stability Program) 是 对 人 们 熟 知 的 ABS,TCS 系统的进一步扩展, 具有很高的集成度, 从而降低了轿车的重量和价格。 标准化的接口使用户可以根据自己的需要选装相应功能,也使之适用于多种排 量的发动机和多种驱动形式。它不仅整合了 ABS 和 ASR 的所有功能,而且还能 在车轮自由滑转以及极限操纵下保持车辆的稳定性;它可以比 ABS 和 ASR 更好地 利用轮胎和路面间的附着潜能,在改善车辆转向能力和稳定性的同时,进一步 改善驱动能力和缩短制动距离。 随着电子技术和高速数字通信技术的发展,ABS 己逐步由单一的系统向多种

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

控制一体化方向发展。目前制动防抱死技术的发展趋势如下. ① 减小体积和质量,提高集成度以降低成本和销售价格,并简化安装。 ② 开发一种可以使两种系统适应多种车型的回流泵系统。 ③ 改进电磁阀的磁路设计和结构设计,提高电磁阀的响应速度。 ④ABS 的电控单元 (ECU)普遍采用 16 位 CPU 芯片,12kB 以上的 ROM,12MHz 以上的主频。软件则重视改进算法,提高运算速度。 ⑤ 逐步推广应用 ABS+TC (ASR)相结合的系统。目前已经生产出 ABS 和驱动 控制系统 (ABR)一体化的组合装置,如一种基于 ABS 的驱动滑转率调节装置。 ⑥ 采用计算机进行 ABS 与汽车的匹配、标定技术,同时加强道路试验,提 高在各种不同路面上的适应能力。 ⑦ ABS 与电子主动控制悬架或半主动控制悬架、电控四轮转向、电控自动 变速器、主动制动器等相结合的组合装置,是未来 ABS 研究的方向。 现代制动防抱死装置多是电子计算机控制,这也反映了现代汽车系向电子 化方向发展。 ABS 已成为当今世界上公认的提高汽车安全性必不可少的系统。 目 前在我国生产的部分车型中己有安装 ABS 系统的,借助于电子控制技术制动防 抱死系统反应更灵敏、 成本更低、 安装更方便。 今后的 ABS, 一是技术性能提高, 使其更加完善;二是进一步简化系统,使之小型轻量化。这两项将是汽车 ABS 今 后的发展方向。可以预计 21 世纪汽车的发展将是电子控制的时代,汽车在电子 系统控制下将变得更加清洁、安全与舒适。

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)

参考文献
[01] 张月相 赵英君编著,电控汽车 ABS 培训教程,黑龙江科学技术出版社,2007 [02] 冯渊编著,汽车电子控制技术,机械工业出版社,2007 [03] 付百学 编著,汽车电子控制技术,机械工业出版社,2000 [04] 齐晓杰 赵晨光 李延臣编著,汽车制动系统,化学工业出版社,2005 [05] 齐晓杰 安永东 王祥之编著,汽车液压、夜力与气压传动,化学工业出版社,2007 [06] 李朝青编著,单片机原理及接口技术,北京航空航天大学出版社,2005 [07] A. R. Savkoor. The Relation of the Adhesion Friction of Rubber to the Friction Between Tire and Ground. l Ith FISITA Congress, June 1996 [08] J. L. Harried et al. Measurement of Tire Brake Force Characteristics as Related to Wheel Slip (Antilock) Control. SAE paper 690214, Detroit,USA, 1969 [09] B. Yim, G. R. Olsson, P. G. Fielding. Highway Vehicle Stability in Braking Maneuvers. SAE Trans. 79, 1970, 700515 [10] James P, Cook P. Using rap id p rototyp ing tools for the integration of control system for comp lex technology concep tvehicles [M ].England: Prodrive Ltd, 2001. [11] The Mathworks. Simulink user ’s guide [M ]. Michigan: The Mathworks, 2001. [12] 马明星,毛务本,朱锦兴. 车辆防抱死制动系统(ABS)控制算法的研究[ J ]. 城市车 辆, 2002, (2) : 21223. [13] 刘昭度、陈思忠,汽车制动系统电子控制技术的发展,汽车电子, 1996(8) [14] 司利增,汽车防滑控制系统--ABS 与 ASR,人民交通出版社,1996 [15] 孟嗣宗、崔艳萍,现代汽车防抱死制动系统和驱动力控制系统,北 京理工大学出版社,1997 [16] 李岩等,汽车 ABS 和安全气囊面临的挑战和对策,世界汽车,1998 [17] 李岩,ABs 信号采集与处理的试验研究与分析,北京理工大学学位论文,1999

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书) [18] 余志生主编,汽车理论,机械工业出版社,1989 [19] 潘旭峰等编著,现代汽车电子技术,北京理工大学出版社,1998 [20] (日)ABS 株式会社,汽车制动防抱装置 (ABS)构造与原理, 李朝禄、刘荣华译,机械工业出版社,1995 [21] 程军. 汽车防抱死制动系统的理论与实践[M ]. 北京:北京理工大学出版社, 1999. [22] 余志生. 汽车理论[M ]. 北京:机械工业出版社, 2000: 82~85. [23] 肖永清,杨思敏. 汽车制动系统的使用与维修[M ]. 北京:中国电力出版 社, 2003: 110~111. [24] 郑利苗. 轿车 ABS 和 TC[M ]. 广州:广东科技出版社, 1999: 27~28.

兰州工业高等专科学校(毕业设计说明书)





谈笑间,三个多月的毕业设计快要结束了。看着手中厚重的毕业设计说明 书和图纸,回想三个月来的学习生活,感慨颇深。离别时的心情总是复杂的, 离别时的思绪总是凌乱的,但离别时的心声却是真挚的。三年的时光,我们从 恩师那里得到充足的滋养,从同学身上寻到纯真的友谊,在母校留下美好的回 忆,带着深深的眷恋,我们即将离别。相识即是缘,为了这份缘分,不晓得前 世我们忍受了多少孤独的等待。三年的学习生活,有太多的人给予我帮助,此 时此刻我要向他们送上我最真挚的谢意。 首先,我要感谢本次毕业设计的指导老师——施雯老师。选择施老师使我 的大学学习生活有了一个完美的结局。施老师的师德令我钦佩不已,也许只有 这样的园丁,才能创造桃李满天下的盛世。她学识渊博、治学严谨,对我们的 辅导一丝不苟、细致入微,不让我们留下一丝疑惑和茫然。同时,对我们严格 要求,端正我们的学习态度。再一次深深地感谢施老师的浓浓师恩。 其次,我要感谢大学里所有给予我知识的老师。正是有了你们的教导,我 学到了丰富的专业知识,使自己的知识储备得到了升华,自己的心灵得到了洗 礼。你们无私的奉献促使我们尽早的成熟,我们坚实的翅膀源于你们不懈的滋 养。等到今秋收获希望时,我们已各奔东西去实现我们的伟大报复,将你们所 授尽数回报社会。 再次,我要感谢和我一起做设计的三位同学。有了你们的欢声笑语,这三 个月才不那么枯燥无味。我们像亲兄弟一样坦诚相待,互相帮助。我想我会永 远记住你们的,你们都是我的好哥们、好兄弟。 最后,我要感谢我伟大的母校,感谢与我朝夕相伴三年的朋友。三年时光, 如梭如梦,梦醒时分,我们又要各自奔天涯。留恋学校的一草一木,怀念那平 凡的每一天。三年的学习生活,酸甜苦辣一一饱尝,无论是开心时的愉悦,还 是失落时的惆怅;无论是入校时的迷茫,还是毕业时的感伤,都将化作永久的 记忆深深地镌刻在我心里。相信这份缘分,更要珍惜这份缘分。 再一次感谢所有给予我帮助的人,愿你们永远快乐!愿母校明天会更好!


相关文章:
汽车ABS系统毕业论文
汽车ABS系统毕业论文_交通运输_工程科技_专业资料。本论文介绍ABS系统的作用,结构以及案例分析摘要ABS 系统是一项在 80 年代末才兴起应用的新技术,现在已经成为一般轿...
汽车ABS系统设计毕业论文
汽车ABS 系统设计毕业论文 汽车 ABS 系统设计毕业论文 题目:汽车 ABS 系统的设计 摘 要 ABS (Anti-locked Braking System)系统可以显著提高或改善汽车紧急制动时的...
ABS系统论文
ABS 系统控制电路图 常规制动时系统动作图 压力降低模式工作图 保持模式状态图 压力提高模式工作图 电磁阀基本机构及工作原理图 3、翻译一篇与本毕业设计(论文)相关...
汽车ABS系统毕业论文
汽车ABS系统毕业论文_工学_高等教育_教育专区。汽车ABS系统的详细介绍发展历程和工作原理及经典故障案例解决方案毕业论文(设计) 题目:奥迪 A6 轿车 ABS 系统故障诊断...
abs毕业论文
潍坊科技学院 毕业设计(论文) 题 目:汽车 ABS 系统常见故障诊断与维修 系专班学学 :汽车学院 业:汽车检测与维修技术 级:10 级汽车四班 生:赵心诚 号:...
ABS论文
ABS论文_军事/政治_人文社科_专业资料。宁波工程学院成教学院大专 毕业论文 论文题目:浅析汽车防抱死系统 ABS 学生姓名:徐小强 学号: 指导老师:金建忠 专年业:汽车...
ABS毕业论文
20 Page 2 辽宁省交通高等专科学校毕业论文 摘要 本文主要介绍汽车防抱死制动系统的定义、结构组成及工作原理分析,同时还介 绍 ABS 系统的电子控制部分的组成和原理...
大众ABS系统诊断与故障排除.毕业论文
大众ABS系统诊断与故障排除.毕业论文_工程科技_专业资料。毕业论文,广州城建职业学院 毕业设计题目:大众 ABS 系统的检测与维修 所在系 机电工程系 专业班级___汽修...
汽车ABS系统论文
汽车ABS系统论文 ,,,隐藏>> ABS 系统的结构组成及工作原理分析 摘要:本文主要介绍汽车防抱死制动系统的定义、结构组成及工作原理分析,同 时还介绍 ABS 系统的电子...
毕业设计论文
紫琅职业技术学院毕业设计(论文)汽车 ABS 系统故障原因分析及排除方法研究 题 目: 副 标 题: 翟进 汽车运用工程系、汽车检测与维修技术 汽维 3092 班 姜于亮 ...
更多相关标签:
abs系统故障检修论文 | abs防抱死系统论文 | abs系统 | abs防抱死系统 | abs系统是什么意思 | 汽车abs系统 | abs刹车防抱死系统 | abs制动防抱死系统 |