【正文】 系起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源信息實(shí)時共享，并可以減少傳感器數(shù)量，從而降低整車成本，朝著系統(tǒng)集成化的方向發(fā)展。名義狀態(tài)與實(shí)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(dá)到最小，實(shí)現(xiàn)的方法則是利用車輪滑移率特性。 控制強(qiáng)度則由司機(jī)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(shí)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。為此利用ABS電磁閥對制動壓力進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)，即用小步長增壓或減壓，以達(dá)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。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)。 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(zhǔn)確而快速。20世紀(jì)80年代ABS向著提高效能成本比的方向發(fā)展，是汽車ABS研制生產(chǎn)應(yīng)用迅速發(fā)展的階段，加之法規(guī)的推動作用，ABS已成為汽車上標(biāo)準(zhǔn)裝備或選擇裝備。到了60年代，模擬電子技術(shù)在 ABS上開始使用，但因成本太高，可靠性也不穩(wěn)定，未能在汽車上廣泛使用。 波許公司在 20世紀(jì) 60年代初就開始ABS的開發(fā)工作，于 1978年正式生產(chǎn)出ABS１型汽車防抱死制動系統(tǒng)，以后相繼開發(fā)出將汽車防抱死制動系統(tǒng)與驅(qū)動力自動調(diào)節(jié)裝置有機(jī)結(jié)合的ABS／ASR系統(tǒng)。由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，歐洲隨后研制成由數(shù)字計算機(jī)組成的較為現(xiàn)代型的 ABS。海斯研制成功的奧托一林納防抱死裝置。在30年代機(jī)械式防抱死制動系統(tǒng)就開始在飛機(jī)上獲得應(yīng)用。 防抱死制動系統(tǒng)的發(fā)展歷史 ABS發(fā)展至今，其發(fā)展史大致可劃分為三個階段。 ５． 減輕駕駛員的勞動強(qiáng)度，減少駕駛員緊張情緒，提高了乘客的乘坐舒適性和安全性。ABS把滑移率控制在8%~25%之間，橫向附著系數(shù)較大，有足夠的抵抗橫向千擾的能力。 ２． 改善汽車制動時的方向穩(wěn)定性?？顾ネ诵允侵钙囋诜敝毓ぷ鳁l件下制動時（如下長坡時長時間連續(xù)制動），制動器溫度升高后，其制動效能的保持程度。 汽車行駛時能在短距離內(nèi)停車且維持行駛方向穩(wěn)定性和在下長坡時能維持一定車速的能力稱為汽車的制動性。即在汽車制動時使車輪的縱向處于附著系數(shù)的峰值，同時使其側(cè)向也保持著較高的附著系數(shù)，防止車輪抱死滑拖，提高制動過程中的方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向控制能力和縮短制動距離，使制動更為安全有效。本文對汽車防抱死制動系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，并在Matlab/Simulink 的環(huán)境下，對汽車常規(guī)制動系統(tǒng)和基于 PID 控制器的防抱死制動系統(tǒng)的制動過程進(jìn)行了仿真，通過對比分析，驗(yàn)證了基于PID 控制器的汽車防抱死制動系統(tǒng)具有良好的制動性能和方向操縱性。 本文根據(jù)防抱死制動控制系統(tǒng)的工作原理，應(yīng)用汽車單輪運(yùn)動的力學(xué)模型,分析了制動過程中的運(yùn)動情況。采用基于車輪滑移率的防抱控制理論，根據(jù)車速、輪速來計算車輪滑移率。 關(guān)鍵詞： 防抱死制動系統(tǒng) （ABS）；滑移率；控制策略；單片機(jī)；建模；仿真； 第一章 緒論 防抱死制動系統(tǒng)概述 防抱死制動系統(tǒng)的產(chǎn)生 當(dāng)汽車以較高的車速在表面潮濕或有冰雪的路面上緊急制動時，很可能會出現(xiàn)這樣一些危險的情況：車尾在制動的過程中偏離行進(jìn)的方向，嚴(yán)重的時候會出現(xiàn)汽車旋轉(zhuǎn)掉頭，汽車失去方向穩(wěn)定性，這種現(xiàn)象稱為側(cè)滑；另一種情況是在制動過程中駕駛員控制不了汽車的行駛方向，即汽車失去方向可操縱性，若在彎道制動，汽車會沿路邊滑出或闖入對面車道，即便是直線制動，也會因?yàn)槭Ψ较虻目刂贫鵁o法避讓對面的障礙物。隨著汽車行駛速度的提高、道路行車密度的增大、以及人們對汽車行駛安全性的要求越來越高，汽車行駛的安全性理所當(dāng)然是最應(yīng)受到關(guān)注的問題。汽車的制動性還應(yīng)包括汽車能在一定坡度的坡道上長時間停車不動的性能. 汽車的制動性主要由下列三個方面來評價： １． 制動效能 在一定車速行駛時，采取制動措施后能使之停下的距離己相應(yīng)的制動減速制動距離越短，越有利于避免交通事故的發(fā)生，它是制動性最基本的評價指標(biāo) ２． 制動時汽車的方向穩(wěn)定性汽車制動時，維持原有的行駛方向，不發(fā)生跑偏，側(cè)滑，性能。它是設(shè)計制動器及選材中必須認(rèn)真考慮的一個重要問題。汽車制動時，四個輪子的制動力是不一樣的。 ４． 改善車輪的磨損狀況。 ６． 使用方便，工作可靠，維修簡便。20世紀(jì)30年代至50年代，這一時期是 ABS誕生和初步發(fā)展的時期。由于飛機(jī)對制動時的方向穩(wěn)定性要求高，而 ABS的價格占飛機(jī)總價格比例較小，機(jī)場的場面條件簡單，尾部機(jī)輪可以精確測量機(jī)速，從而可獲得正確的滑移率，實(shí)現(xiàn)精確控制等一系列有利條件，使 ABS在飛機(jī)上的應(yīng)用取得成功，普及率很快上升，并很快成為飛機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)裝備。裝在后輪上的傳感器能發(fā)送訊號到雜物箱后面的計算機(jī)，當(dāng)傳感器向計算機(jī)發(fā)出制動器將要抱死訊號時，計算機(jī)便控制制動管路上的真空操縱閥，以降低后制動器的油壓。數(shù)字計算機(jī)不易受干擾，速度快，可以把降低增加制動液壓循環(huán)的次數(shù)增加到每秒十余次。該公司于 1975年研制出部分集成模擬信號處理的第一代 ABS產(chǎn)品，以后又相繼研制出全數(shù)字化和高度集成化的ABS產(chǎn)品，并將微機(jī)控制用于制動系統(tǒng)中。70年代后期出現(xiàn)了數(shù)字式電子控制的ABS，從而揭開了現(xiàn)代ABS大發(fā)展的序幕。 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。 全電制動控制系統(tǒng)BBW(BrakeByWire)是未來制動控制系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。 2. 防滑控制系統(tǒng) 　　　　防滑控制系統(tǒng)ASR(Acceleration Slip Regulation)或稱為牽引力控制系統(tǒng)TCS(Traction Contro System)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(jī)的功耗，增加有效的驅(qū)動牽引力。 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。 ４．車輛動力學(xué)控制系統(tǒng) 車輛動力學(xué)控制系統(tǒng)VDC(Vehicle Dynamics Control)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(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行控制。車輛動力學(xué)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(yùn)動狀態(tài)處于危險狀態(tài)下自動進(jìn)行控制。 目前多使用 CAN控制器局域網(wǎng)絡(luò) （Controller Area Network)用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。國內(nèi)研制ABS的單位主要有東風(fēng)汽車公司、交通部重慶公路研究所、重慶宏安ABS有限公司、陜西興平514廠、西安公路學(xué)院、清華大學(xué)、西安艾韋機(jī)電科技公司等單位和部門。我國目前己著手制定有關(guān)車輛安全性方面的法規(guī)，并決定首先在重型汽車和大客車上安裝ABS系統(tǒng)。對所選用的器件和電路進(jìn)行了分析。 第五章對研究工作進(jìn)行了總結(jié)，并展望了汽車ABS制動系統(tǒng)發(fā)展方向 。 地面對汽車的作用力又分為： 作用在車輪上垂直于地面的支承力和作用在車輪上平行于地面的力。Ｆｙ 為地面作用在每個車輪上的側(cè)滑摩擦力，側(cè)滑摩擦力的大小取決于側(cè)向附著系數(shù)和車輪所受的載荷，當(dāng)車輪抱死時，側(cè)滑摩擦力將變得很小，幾乎為零。 這里將作用在前輪上的側(cè)滑摩擦力稱為轉(zhuǎn)彎力， 將作用在后輪上的側(cè)滑摩擦力稱為側(cè)向力。制動強(qiáng)度過大，是汽車發(fā)生各種危險運(yùn)動狀況的主要原因。下面從汽車在一種路面上直線和轉(zhuǎn)彎制動兩方面簡單討論一下當(dāng)車輪抱死時汽車的運(yùn)動情況。 圖22（b） 為只有后輪抱死時，后輪的側(cè)向力接近于零，汽車仍具有方向操縱性，但會因后輪抱死而失去方向穩(wěn)定性使汽車側(cè)滑。 所有這些運(yùn)動情況若在制動時出現(xiàn)，都是極其危險的。道路給予汽車轉(zhuǎn)向輪的側(cè)向附著力就是使汽車轉(zhuǎn)向的側(cè)向力。車輪滑移程度用滑移率Ｓ表示： ………………………………（2—3） Ｖ： 車輪中心的速度，單位 ｍ／ｓ； ： 車輪制動時轉(zhuǎn)速，單位 弧度／ｓ； ｒ： 沒有地面制動力時的車輪滾動半徑，單位 ｍ： 這里，車輪中心的速度Ｖ即為車速?？梢?，滑移率能夠定量表示車輪抱死的程度?；坡试龃髸r，車輪與地面之間開始出現(xiàn)滑動，縱向附著系數(shù)近似呈線性增長，同時側(cè)向附著系數(shù)減小。實(shí)質(zhì)上車輪通過輪胎的胎面與地面接觸，輪胎是彈性體，有很強(qiáng)的非線性，車輪滑移率和附著系數(shù)之間的非線性是輪胎的非線性及輪胎與地面之間接觸的非線性所造成的。 如果能在制動時把車輪的運(yùn)動狀態(tài)控制在車輪滑移率S為20%左右，即在圖24中的帶狀區(qū)域內(nèi)，既能獲得最大的縱向附著系數(shù)又能獲得較高的側(cè)向附著系數(shù)，使得汽車具有最大的地面制動力和較大的側(cè)滑摩擦力。 圖25給出了不同類型路面上滑移率一縱向附著系數(shù)之間的關(guān)系。如果這種差別隨路面類型的不同變化比較明顯，則在設(shè)計ABS系統(tǒng)控制方法時，就必須考慮到隨路面類型的不同而采取不同的控制目標(biāo)和策略。 實(shí)際上，汽車的制動過程就是車輪和路面之間的一種非線性變化過程，即車輪附著系數(shù)隨車輪運(yùn)動狀態(tài)非線性變化的過程，所以說汽車的制動過程是一種非線性的制動過程。 采用防抱死制動系統(tǒng)的必要性 汽車直線行駛過程中，突然緊急制動，汽車車輪一下子抱死，汽車仍然向前，輪胎和地面之間發(fā)出嚇人的磨擦聲，汽車最后終于停了下來。當(dāng)輪胎的滑移率在 8%25%時，輪胎和她面的摩擦力（附著力）最大。 由于車輪抱死,汽車的側(cè)向附著力變成了零，汽車輪胎出現(xiàn)側(cè)向滑動，汽車喪夫了控制方向的能力,這是十分危險的。最后，當(dāng)輪胎的滑移率達(dá)到 100%時，輪胎抱死。上述各種狀態(tài)是極其危險的。 在摩擦系數(shù)小的光滑路面上，司機(jī)在制動時都很小心，唯恐使車輪抱死，但仍很難做到，原因是司機(jī)不知道車輪什么時候抱死?？墒且坏┯錾暇o急狀態(tài)，大多數(shù)人都是一腳踏死制動踏板，使輪胎抱死為此。 當(dāng)不再有可能抱死車輪時，再恢復(fù)正常壓力。模仿控制方式是在控制過程中，記錄前一控制周期— 即從制動減壓到增壓過程中的各種參數(shù)，再按這些參數(shù)規(guī)定出下一控制周期的控制條件。此種形式的ABS通過輪速傳感器檢測輪速，并對其進(jìn)行微分計算求得車輪減速度，然后與ABS電腦中預(yù)先設(shè)定的車輪減速度門限值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令以增加或減小制動壓力，對制動過程進(jìn)行控制。（3） 以車輪減速度和加速度為控制參數(shù)的ABS。此種控制方式的ABS采用多參數(shù)控制，綜合了上述三種控制方式的優(yōu)點(diǎn)，對制動過程的控制更準(zhǔn)確，目前多數(shù)ABS均采用此種控制方式。但在不對稱路面上緊急制動時,由于作用在前后左右輪上的制動力不相同，汽車偏轉(zhuǎn)力矩較大，方向穩(wěn)定性不太好，未經(jīng)培訓(xùn)的駕駛員很難控制住汽車的偏轉(zhuǎn)。 采用Ｘ形制動管路布置方式時因?yàn)樽笥覂珊筝啿皇峭恢苿庸苈?，因此需要四個控制通道。 而低附著系數(shù)一側(cè)前輪液壓較低，傳至高附著系數(shù)一側(cè)后輪時不發(fā)生抱死，能夠保持汽車方向穩(wěn)定性。（６） 三傳感器三通道式 （前輪獨(dú)立一后輪低選擇控制方式）該類型ABS系統(tǒng)適用于前后布置管路的汽車，兩個前輪上分別安裝輪速傳感器，兩個后輪的傳感器由裝在差速器上的傳感器代替。對于制動管路前后布置的汽車只對后輪進(jìn)行低選擇控制，因?yàn)榍拜喴妆溃嚥倏v性不好，在濕路面上緊急制動時，制動距離較長。 ３ 按 ABS的結(jié)構(gòu)和原理分類 （１） 液壓制動系統(tǒng) ABS。氣頂液制動系統(tǒng)兼有氣壓和液壓兩種制動系統(tǒng)的特點(diǎn)。 ABS系統(tǒng)在制動時對制動油壓的控制過程如圖 27所示。由于液壓制動系統(tǒng)的慣性，車輪減速度仍然下降一段時間，然后開始減小并小于門限值ａ時，圖 27中2點(diǎn)，產(chǎn)生保壓信號，ABS保持制動油壓不變，車輪由減速狀態(tài)進(jìn)入加速狀態(tài)，車輪速度開始回升并靠近車速，當(dāng)車輪加速度值達(dá)到設(shè)定的門限值＋ａ時，圖27中3點(diǎn)，產(chǎn)生升壓信號，ABS使制動油壓上升，車輪加速度在上升一段時間后開始減小，車輪由加速狀態(tài)又進(jìn)入減速狀態(tài)，并再次進(jìn)入另一個控制循環(huán)。 除了設(shè)定車輪加減速度門限值之外，還可以根據(jù)控制質(zhì)量和路面類型的不同設(shè)定不同的門限值來提高控制的質(zhì)量，如參考滑移率門限值等。在常規(guī)制動階段，ABS并不介入制動壓力控制，調(diào)壓電磁閥總成中的各進(jìn)液電磁閥均不通電而處于開啟狀態(tài)，各出液壓電磁閥均不通電而處于關(guān)閉狀態(tài)，電動泵也不通電運(yùn)轉(zhuǎn)，制動主缸至各制動輪缸的制動管路均處于溝通狀態(tài)，而各制動輪缸至儲液器的制動管路均處于封閉狀態(tài)，各制動輪缸的制動壓力將隨制動主缸的輸出壓力而變化，此時的制動過程與常規(guī)制動系統(tǒng)的制動過程完全相同。 .1系統(tǒng)工作過程 制動壓力調(diào)節(jié)裝置 （簡稱液壓調(diào)節(jié)器）主要由8個2位2通調(diào)壓電磁閥、1個雙聯(lián)式電動液壓柱塞泵、2個儲液室、2個低壓儲能室、1個電動液壓泵和幾個單向閥等組成。 圖28 液壓調(diào)節(jié)器工作原理圖1一低壓儲能器： 2－液壓柱塞泵； 3一電動機(jī)： 4－嘴業(yè)動土缸儲液室；5－制動主缸： 6一儲液室； 7一進(jìn)液電磁閥 （常開）； 8一出液電磁閥 （常閉） 1．常規(guī)制動過程 制動系統(tǒng)在常規(guī)制動過程中 （未出現(xiàn)防抱死現(xiàn)象），調(diào)節(jié)器中的各個2位2通調(diào)壓電磁閥不通電。 需要調(diào)節(jié)制動輪缸的壓力時，ECU就使該制動輪缸相對應(yīng)的進(jìn)液電磁閥或出液電磁閥通電換位，并自動按以下情況分別進(jìn)行判斷、處理：建壓過程動時，通過真空助力器與制動主缸建立制動壓力。 此時ECU發(fā)出控制指令使該制動輪缸相應(yīng)的進(jìn)液電磁閥和出液電磁閥都通電換位 （進(jìn)液電磁閥處于斷流，出液電磁閥處于導(dǎo)通），該制動輪缸中的部分制動液就會通過出液電磁閥流入低壓儲能室，使制動輪缸的制動壓力隨之減小。 通過保壓、降壓、增壓為一個循環(huán)，通常 ABS系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)頻率為24個/秒循環(huán)。 第三章 防抱死制動系統(tǒng)硬件設(shè)計 防抱死制動系統(tǒng)的基本組成 ABS系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制單元(ECU)和電磁閥三部分組成，其系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖如圖31所示。傳感器的作用是為ECU提供車輪的運(yùn)動情況，ECU是ABS系統(tǒng)的控制中心，ECU中固化的程序?qū)嶋H上是ABS的控制方法，而液壓控制單元是ABS控制方法的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 電子控制單元原理結(jié)構(gòu)框圖如圖32所示。 它一方面負(fù)責(zé)將傳感器信號A/D轉(zhuǎn)換或?qū)?shù)