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1、第十章 汽车防滑控制系统第一节 概 述一、制动过程分析驾车经验告诉咱们，当行车在湿滑路面上突遇紧急状况而实行紧急制动时，汽车会发生侧滑，严重时甚至会浮现旋转调头，相称多交通事故便由此而产生。当左右侧车轮分别行驶于不同摩擦系数路面上时，汽车制动也也许产生意想不到危险。弯道上制动遇到上述状况则险情会更加严重。所有这些现象产生，均源自于制动过程中车轮抱死。汽车防抱死制动装置就是为了消除在紧急制动过程中浮现上述非稳定因素，避免浮现由此引起各种危险状况而专门设立制动压力调节系统。图11l是汽车在水平路面上制动时汽车受力示意图，图中G是汽车重力，FZ1和FZ2是先后轮上作用地面支承力，FJ是汽车制动时作用
2、在质心上减速惯性力，Fxbl和Fxb2。是地面作用在车轮边沿上摩擦力。汽车制动减速过程事实上就是汽车在行驶方向上受到地面制动力Fxb而变化运动状态过程。制动效果好坏完全取决于这种外界制动力大小及其所具备特性。由于地面制动力是地面与轮胎之间摩擦力，因而，它具备普通摩擦力特性。即：那车减速度（即惯性力）较小时，地面摩擦力未达到极限值，它可随所需惯性力增长而增长；稍汽车减速度（即惯性力）达到一定数值后，地面摩擦力达到其极限值，后来便不再增大。按照摩擦物理特性可知，此时FxbmaxFz式中：Fxbmax地面制动力（摩擦力）最大值；Fi作用在车轮上法向载荷；摩擦系数（普通称为附着系数）。由此可以看出，在
3、汽车紧急制动状况下，若欲提高制动效能，即缩短制动距离或增大制动减速度，必要设法增大Fxbmax。为此，可以采用两条途径：一方面，可以通过提高正压力Fz来增大Fxbmax；另一方面，也可以通过提高摩擦系数中使Fxbmax得以提高。考虑到汽车详细使用状况，后一种途径更具备实际意义。大量实验已经证明，轮胎与路面之间附着系数重要受到三方面要素影响，即：路面类型、状况；轮胎构造类型、花纹、气压和材料；车轮运动方式和车速。通过观测汽车制动过程中车轮与地面接触痕迹变化（图112），可以懂得制动车轮运动方式普通均经历了三个变化阶段，即开始纯滚动、随后边滚边滑和后期纯滑动。这三种不同运动所具备特性可以归纳为表
4、11l。为可以定量地描述上述三种不同车轮运动状态，即对车轮运动滑动和滚动成分在比例上加以量化和区别，便定义了如下车轮滑动率：S v r.w V式中：S车轮滑动率；V车速；r车轮半径；车轮角速度。按照上述定义可知，车轮运动特性可由滑动率大小来表达，即：车轮纯滑动时 s=100，车轮纯滚动时S0，而当车轮处在边滚边滑状态时0S100。图113是实验所获得车轮与地面摩擦系数随车轮运动状态不同而变化规律。从图中可以看出，车轮纵向附着系数（又称制动力系数）随车轮滑动成分增长呈先上升后下降趋势，附着系数最大值（亦称峰值附着系数冲。普通出当前滑动率S1525之间，滑动率S达到100（车轮抱死）时附着系数（也
5、称滑动附着系数）s不大于峰值附着系数p。普通状况下，（p一s）随道路状况恶化而增大，即滑动附着系数s会远远低于w。同步，当s=100时，车轮横向附着系数（又称横向力系数）中；趋近于0，这时，车轮无法获得地面横向摩擦力。若这种状况出当前前轮上，普通发生侧滑限度不甚严重，但是却会导致前轮无法获得地面侧向摩擦力，导致转向能力丧失；若这种状况出目先后轮上，则会导致后轮抱死，此时，后轴极易产生激烈侧滑，使汽车处在危险失控状态。综上所述，抱负制动系统特性应当是：当汽车制动时，将车轮滑动率S控制在峰值系数滑动率（即S20）附近，这样既能使汽车获得较高制动效能，又可保证它在制动时方向稳定性。汽车防抱死制动系统
6、（ABS）便是一套能在制动过程中随时监控车轮滑转限度，并依此自动调节作用在车轮上制动力矩，防止车轮抱死电子控制装置。它不但能缩短制动距离。有效避免各种因制动引起事故，还可减少轮胎磨损，使其达到使用寿命。二、防抱死制动系统发展历史20世纪初，原始防抱死制动系统（ABS）用在铁路机车上，借此来避免机车车轮因制动导致“平面现象”和钢轨初期损坏。1936年德国Robert Bosch公司获得了ABS专利权。40年代ABS系统被应用于飞机上，以防止飞机着陆时偏离航道及轮胎爆破。1954年美国Ford汽车公司初次将法国生产民航机用ABS系统应用在Lincoln牌高档轿车上，由此拉开了汽车采用ABS系统序幕
7、。同一时期，Kelsey Hayes公司与Hydro Aire公司开始联合生产用于载货车ABS系统。1957年 Ford公司与Kelsey HayeS公司开始了 ABS系统开发合伙。1969年Ford汽车公司推出了后二轮控制方式防抱死制动系统，并在美国和日本高档轿车上得到应用。进人70年代，随着电子控制技术及精密液压元器件加工制造技术进步，逐渐奠定了复杂而精准控制技术基本，1978年德国Benz汽车公司初次推出了四轮控制式防抱死制动系统。随着电子技术进步和电器件价格迅速减少，自80年代后期起ABS在汽车上应用得到普及，并逐渐已成为当代汽车上一种原则装备。从ABS浮现到今天在汽车上广泛应用，已经
8、经历了半个多世纪发展过程。至今为止，ABS系统整体构造已日渐趋于成熟，此后发展将集中体当前如下几种方面。实时跟踪路面特性变化，采用更加有效控制算法，实现真正意义上优化控制，以弥补现今汽车上广为采用逻辑控制局限性。提高核心元件性能指标和可靠性，消除系统控制过程不平滑，易振动，噪声大缺陷。由单一ABS控制目的转向多目的综合控制，全面提高汽车整体动力学水平。进一步减少系统装车成本。三、ABS基本构成普通来说，带有ABS汽车制动系统由基本制动系统和制动力调节系统两某些构成，前者是制动主缸、制动轮缸和制动管路等构成普通制动系统，用来实现汽车常规制动，而后者是由传感器、控制器。执行器等构成压力调节控制系统
9、（如图114所示），在制动过程中用来保证车轮始终不抱死，车轮滑动率处在合理范畴内。在制动压力调节系统中，传感器承担感受系统控制所需汽车行驶状态参数，将运动物理量转换成为电信号任务。控制器即电子控制装置（ECU）依照传感器信号及其内部存储信号，通过计算、比较和判断后，向执行器发出控制指令，同步监控系统工作状况。而执行器（制动压力调节器）则依照ECU指令，依托由电磁阀及相应液压控制阀构成液压凋节系统对制动系统实行增压、保压或减压操作，让车轮始终处在抱负运动状态。第二节 ABS控制从汽车使用性能上来说，防抱死制动系统控制效果优劣重要取决于系统控制方式和控制通道类型等方面，但无论如何，汽车上所采用AB
10、S系统普通均具备如下控制共性。在制动过程中，只有当车轮趋于抱死时，ABS系统才起作用，此前保持常规制动状态。ABS系统只在车速超过一定值时才起作用。ABS系统具备自诊断功能，以保证系统浮现故障时，常规制动系统仍能正常工作。ABS对车轮制动压力调节普通可以采用如下两种方式进行。双参数感测控制。该办法同步运用两种传感器获得车速和车轮转速信号，并按照一定控制办法由计算机控制制动系统工作。由于当前测取车速信号需借助多普勒雷达作为传感器，价格较高，故实际使用较少。单参数感测控制。此办法仅仅运用车轮转速传感器获取车轮转速信号，通过计算机，依托某种计算办法估算出汽车速度、加速度信号，依照这些数据由计算机控制
11、制动系统工作。由于这种办法性能价格比较好，故得到了广泛使用。一、ABS控制过程在计算机控制过程中，为了提高控制效率和加快控制收敛速度，各国研究人员提出了许多控制办法，如：逻辑门限控制法、滑动模态变构造控制法、最优控制法和模糊控制法等。它们在实现控制系统构造难度上、系统制导致本上、自身控制速度上各有不同，其中以逻辑门限控制办法使用最广泛。其控制过程举例如下（如图115所示）。该控制方式以车轮减速度和车轮加速度为控制参数，在ECU中预先设定好车轮加、减速度门槛值，并以参照滑动率和参照速度为辅助控制参数，对制动过程实行控制。在制动开始阶段，轮缸压力迅速上升，车轮减速度不久超过门槛值，电磁阀从升压切换
12、到保压状态，同步，以控制起始时刻车轮角速度作为初始参照速度，计算出制动控制参照车速，并以该参照车速和车轮角速度为根据，计算出参照滑动率门槛曲线。在保压阶段，轮速继续下降，当轮速降到低于滑动率门槛值时，电磁阀由保压切换到减压状态。在减压过程中，轮速在一段时间后来会开始上升，当车轮减速度减小，逐渐越过减速度门槛值时，系统又进人保压状态。若在规定保压时间内，车轮加速度不超过加速度门槛值，则鉴定此时路面属于低附着系数状况，以此外方式实行后来控制。若可超过加速度门槛值，则继续保压。为了适应不同附着系数路况需要，在加速度门槛值上方又设定了一道旨在辨认大附着系数路面第二加速度门槛值。当角加速度超过了第二门槛
13、值时，则要对轮缸实行增压，直至车轮加速度低于该门槛值后，再行保压办法，直到车轮减速度再次低于第一加速度门槛值。随后升压过程中，普通采用比初始增压慢得多上升梯度，电磁阀在增压和保压之间不断切换，直至车轮减速度再次向下穿过减速度门槛值。后来相类似地重复上述调节过程。由此可以看出，ABS控制过程事实上就是运用制动压力调节系统对制动管路油压高速地进行“增压一保压一减压”循环调节过程。近年来，随着控制和执行元件技术日益进步，这种调节循环工作频率普通可达1520次秒。二、ABS系统控制通道、控制方式及布置类型ABS控制通道是指ABS系统中可以独立进行压力调节制动管路。按照系统对制动压力调节方式不同，可将A
14、BS控制方式分为两大类，即独立控制和同步控制。前者指一条控制通道只控制一种车轮；而后者为一条控制通道同步控制各种车轮，依照这些车轮所处位置不同，同步控制又有同轴控制和异轴控制之分，同轴控制是一种控制通道控制同轴两车轮，而异轴控制则是一种控制通道控制非同轴两车轮。如果按照控制时控制根据选取不同，也可将ABS同步控制区别为低选控制和高选控制两种。在低选控制中是以保证附着系数小一侧车轮不发生抱死来选取控制系统压力，而高选控制却是从保证附着系数较大一侧车轮不发生抱死出发来实行制动系统压力调节。普通说来，如能在汽车四个车轮上独立地进行压力调节控制，意味着汽车有也许在四个车轮上都发挥出地面上最大附着能力。
15、按照ABS通道数目和传感器数目多少可以对ABS控制系统进行分类。按照传感器数目不同，ABS可以分为四传感器（4S）、三传感器（3S）、两传感器（2S）和单传感器（1S）等几种系统。按照通道数目不同，也可将ABS分为四通道式、三通道式、二通道式和一通道式等。四传感器四通道（四轮独立）控制方式如图116（a）所示，该系统是通过各车轮轮速传感器信号分别对各车轮制动压力进行单独控制。其制动距离和转向控制性能好，但在附着系数不对称路面上制动时，由于汽车左右侧车轮地面制动力差别较大，因而形成较大偏转力矩，从而导致汽车在制动时方向稳定性较差。四传感器四通道（前轮独立、后轮选取）控制方式如图116（b）所示，
16、该系统合用于X型制动管路系统，由于左右后轮不共用一条制动管路，故对它们实行同步控制（普通为低选控制）需采用两个通道。此种控制方式操纵性和稳定性较好，制动效能稍差。四传感器三通道（前轮独立、后轮选取）控制方式如图117所示，使用在制动管路先后布置后轮驱动汽车上，后轮普通采用低选控制，其控制效果是操纵性和稳定性较好，制动效能稍差。 三传感器三通道（前轮独立、后轮选取）控制方式如图118所示，该系统合用于X型制动管路系统，由于左右后轮不共用一条制动管路，故对它们实行同步控制（普通为低选控制）需采用用两个通道。此种控制方式操纵性和稳定性较好，制动效能稍差。四传感器二通道（前轮独立）控制方式如图119所示
