【正文】 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 1 第 1 章 緒 論 研究目的與意義 隨著我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展，就必須進(jìn)行汽車關(guān)鍵零部件的自主研發(fā)。汽車制動(dòng)過(guò)程中的安全性也已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng) (ABS)，關(guān)系著汽車制動(dòng)的安全性。目前國(guó)內(nèi)許多汽車公司已經(jīng)開始進(jìn)行汽車自主研發(fā)，要在商業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，要擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車，要使我國(guó)由一個(gè)汽車大國(guó)變?yōu)橐粋€(gè)汽車強(qiáng)國(guó)，就必須進(jìn)行汽車關(guān)鍵零部件的自主研發(fā)。汽車制動(dòng)過(guò)程中的安全性也已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，防抱死制動(dòng)系統(tǒng) ABS 是汽車關(guān)鍵的零部件之一，因此國(guó)家、企業(yè)和高校都投入了大量 的人力和資源對(duì) ABS 進(jìn)行自主研發(fā)。汽車動(dòng)力性能的提高和高速公路的延伸對(duì)汽車安全提出了越來(lái)越高的要求，許多國(guó)家都為此頒布了嚴(yán)厲的汽車安全法規(guī)，汽車在制動(dòng)過(guò)程中的方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操縱能力，已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，探討各種高性能的制動(dòng)系統(tǒng)和完善制動(dòng)系統(tǒng)的性能是減少交通事故和促進(jìn)汽車工業(yè)發(fā)展的重要舉措 [1]。而 ABS 可以在制動(dòng)過(guò)程中自動(dòng)、高頻地對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對(duì)制動(dòng)力進(jìn)行調(diào)節(jié)，使車輪滑移率保持在理想滑移率附近，既防止車輪抱死，又充分利用了車輪與路面的附著能力，縮短了制動(dòng)距離，提高了汽車制動(dòng)過(guò)程中的方 向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操作能力，達(dá)到了最佳制動(dòng)效果的目的。 ABS 控制的關(guān)鍵之一就是控制制動(dòng)過(guò)程中的滑移率，從而提高路面附著系數(shù)的利用率，縮短制動(dòng)距離，提高制動(dòng)的穩(wěn)定性。然而，滑移率和路面附著系數(shù)的關(guān)系又受到很多因素的影響，如車輛本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)、車速、輪胎充氣壓力、輪胎垂直載荷、路面狀況等等 [2]。因此，要求 ABS 保證汽車在短時(shí)間內(nèi)在各種路面上，各種情況下都能安全制動(dòng)的難度是相當(dāng)大的。還需要針對(duì)不同車型進(jìn)行大量的參數(shù)匹配試驗(yàn)，大概需要一年半到兩年的時(shí)間，并且需要大量的經(jīng)驗(yàn)，不僅耗資巨大，而且延長(zhǎng)了產(chǎn)品的開發(fā)周期。 目前國(guó)內(nèi)外也有人應(yīng)用新的控制理論，進(jìn)行 ABS 控制的探討。根據(jù)汽車制動(dòng)過(guò)程的物理實(shí)質(zhì)及動(dòng)力學(xué)分析，對(duì) ABS 控制器的結(jié)構(gòu)原理、控制方法等方面進(jìn)行分析和研究，利用 AMESim 軟件 建立車輛防抱死制動(dòng)系統(tǒng)模型， 可以很容易分析液壓系統(tǒng)元件對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響 。 ABS 防抱死系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 防抱死制動(dòng)理論最早是 1928 年由英國(guó)人提出來(lái)的，基于防抱死制動(dòng)理論的黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 2 制動(dòng)系統(tǒng)首先是應(yīng)用在火車和飛機(jī)上。最早官方記錄的汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)是在英國(guó) 1932 年發(fā)布的專利 382241，題目是 “制動(dòng)時(shí)防止車輪壓緊轉(zhuǎn)動(dòng)車輪的安全裝置 ”。 1936 年，德國(guó)博世公司 (BOSCH)申請(qǐng)一項(xiàng)電液控制的 ABS 裝置專利，促進(jìn)了 ABS 技術(shù)在汽車上的應(yīng)用。汽車上開始使用 ABS 始于 20 世紀(jì) 50 年代中期福特汽車公司， 1954 年福特汽車公司在林肯車上裝配法國(guó)航空公司的 ABS 裝置，這種 ABS 裝置控制部分采用機(jī)械式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能相對(duì)單一，只有在特定車輛和工況下 ， 防抱死控制才有效，因此制動(dòng)效果并不理想。機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜使ABS 裝置的可靠性差、控制精度低、價(jià)格偏高，使 ABS 技術(shù)在汽車上的推廣應(yīng)用舉步維艱。直到 70 年代后期，由于電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，為 ABS 技術(shù)在汽車上的 應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)支持。 ABS 控制部分采用了電子控制，其反應(yīng)速度、控制精度和可靠性都顯著提高 [3]，制動(dòng)效果也明顯改善，同時(shí)其體積逐步也變小，質(zhì)量也逐步減輕，控制與診斷功能不斷增強(qiáng)，價(jià)格也逐漸降低。這段時(shí)期許多家公司都相繼研制了形式多樣的 ABS 裝置。進(jìn)入 90 年代后， ABS 技術(shù)不斷發(fā)展成熟，控制精度、控制功能不斷完善?，F(xiàn)在發(fā)達(dá)國(guó)家已廣泛采用了 ABS 技術(shù)。ABS 裝置制造商主要有 :德國(guó)博世公司 (BOSCH)，歐、美、日、韓國(guó)家的汽車采用的最多 。美國(guó)德科公司 (DELCO)，由美國(guó)通用及韓國(guó)大宇汽車采用；美國(guó)本 迪克斯公司 (BENDIX)，由美國(guó)克萊斯勒汽車采用 。還有德國(guó)戴維斯公司 (TEVES)德國(guó)瓦布科 (WABCO)、美國(guó)凱爾西海斯公司 (KELSEY HAYES)等，這些公司的 ABS產(chǎn)品都在廣泛地應(yīng)用，而且還在不斷發(fā)展、更新和換代。 國(guó) 內(nèi) 對(duì) ABS 的研究工作始于八十年代初，研制單位有東風(fēng)汽車公司、交通部重慶公路所、重慶宏安 ABS 有限公司、陜西興平 514 工廠與西安交通大學(xué)等。東風(fēng)汽車公司從 80 年代初開始研究 ABS，該公司對(duì) Wabco 公司的 ABS 產(chǎn)品進(jìn)行了剖析、試驗(yàn)、改進(jìn)和消化吸收，將 Wabco 的 ABS 裝在 EQ145 型車上并在各種路面上進(jìn)行試驗(yàn)。交通部重慶公路所研制的 ABS 適用于中型汽車，其第一代 ABS 電子控制單元 (ECU) 采用了 Z80 芯片，第二代 ABS 產(chǎn)品采用了 MCS96系列 8098 單片機(jī)，控制軟件、傳感器和執(zhí)行器都由自己研制，裝車試驗(yàn)的主要問(wèn)題是系統(tǒng)對(duì)于路況的識(shí)別不夠理想。 1984 年興平 814 廠研制的第一代防抱制動(dòng)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是不能自動(dòng)適應(yīng)不同路況，以后該廠與西安公路交通大學(xué)合作研制了第二代防抱制動(dòng)系統(tǒng)，增設(shè)了路面識(shí)別功能的電路，但對(duì)于長(zhǎng)軸距的大客車則不是很理想。宏安公司是我國(guó)批量生產(chǎn) ABS 的廠家。該公司 于 1993 年投產(chǎn)，當(dāng)年生產(chǎn) ABS 5000 套。重型汽車研究中心 1995 年 6 月對(duì)自制的 ABS 系統(tǒng)進(jìn)行了道路試驗(yàn)，但存在一些問(wèn)題，隨后，課題組重新設(shè)計(jì)了軟件及硬件，所生產(chǎn)的 ABS 基本上己達(dá)到國(guó)外產(chǎn)品的黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 3 性能。 隨著車輛動(dòng)力學(xué)與控制理論研究的不斷深入，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、液壓技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，可以預(yù)測(cè) ABS 技術(shù)將向以下幾個(gè)方向發(fā)展。 ABS 正在向小型車普及，但作為附加的安全裝置，它會(huì)增加整車的重量并占據(jù)安裝空間，因此要求其體積和重量盡可能小。減小 ABS 體積的主要途徑有優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (如減小壓力調(diào)節(jié)器 )及增加集成度。目前，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的 ABS 己可將主缸、壓力調(diào)節(jié)器和電控單元集成為一體，從而大大減小了體積和成本。 由于技術(shù)的不斷改進(jìn)， ABS 的功能在不斷加強(qiáng)。 ABS 的作用是通過(guò)控制汽車的縱向制動(dòng)力來(lái)使汽車在制動(dòng)過(guò)程中保持最佳的縱向附著系數(shù)和較好的橫向附著系數(shù)，從而提高汽車的制動(dòng)性能、方向穩(wěn)定性和操縱性。與此相類似的是汽車驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng) (ASR)，其作用是防止汽車在加速過(guò)程中打滑，以保證汽車加速時(shí)的方向穩(wěn)定性、操縱性，其控制機(jī)理仍然是通過(guò)控制縱向滑移率來(lái)控制縱向力，可見， ABS 和 ASR 是密切相關(guān)的，因此常將它們結(jié) 合在一起使用，構(gòu)成行使安全系統(tǒng)。這樣，它們可共用許多電子元件和系統(tǒng)部件來(lái)控制汽車車輪的運(yùn)動(dòng)，電子控制和保護(hù)裝置都被裝在同一個(gè)殼體內(nèi)。 Bosch 公司早在 1987 年就推出了ABS/ASR 防滑控制系統(tǒng)。 1996 年， Bosch 公司提出了車輛動(dòng)力學(xué)系統(tǒng) (VDC)的概念，在 ABS/ASR 的基礎(chǔ)上，加入側(cè)向穩(wěn)定性控制等新內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)全工況內(nèi)的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)最佳 [4]。 汽車 ABS 結(jié)構(gòu)與 工作原理 傳感器 汽車 ABS 輪速傳感器是 ABS 的信息感知元件，為了防止車輪抱死，控制程序必須知道單個(gè)車輪的實(shí)時(shí)速度。 只有取得準(zhǔn)確的車輪速度或加速度信號(hào)，控制系統(tǒng) ECU 才能知道什么時(shí)候下達(dá)卸壓指令，什么時(shí)候下達(dá)保壓指令 ，什么時(shí)候下達(dá)增壓指令，從而使車輪不致抱死，并不斷減速直到停止，如圖 。 圖 ABS 輪速傳感器 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 4 實(shí)時(shí)性 ABS 的防抱 死 控制 大約在 57ms 就完成一個(gè)循環(huán)，因而對(duì)輪速處理過(guò)程的實(shí)時(shí)性