【正文】 ..................................................................................................................................... 46 附 錄 ......................................................................................................................................... 47 1 第 1 章 緒論 課題背景 汽車 ABS 系統(tǒng)是 在 車輛 制動 過程中 用來防止車輪抱死 造成危險 ， ABS 系統(tǒng) 是英文Antilock Brake System 的縮寫，全文的意思是防抱死制動系統(tǒng)。在設(shè)計過程中對汽車制動理論和制動裝置有了較為深入的了解，擴大了自己的知識面，自己解決問題的能力也得到了提高。 特此聲明 畢業(yè)設(shè)計（論文）作者： xxx 指導(dǎo)教師： xxx 2021 年 06 月 15 日 年 月 日 I 摘 要 ABS (Antilocked Braking System)系統(tǒng)可以顯著提高或改善汽車緊急制動時的操控性和穩(wěn)定性，縮短了制動距離， 是目前汽車上制動效果最佳的制動裝置 ，并得到了越來越廣泛的應(yīng)用。因本畢業(yè)設(shè)計（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔。 畢業(yè)設(shè)計報告 (論文 ) 報告 (論文 )題目： 速騰汽車 ABS 系統(tǒng)的設(shè)計 作者所在系部： 機械工程系 作者所在專業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 作者所在班級： xxx 作 者 姓 名 ： xxx 作 者 學(xué) 號 ： xxxxxx 指導(dǎo)教師姓名： xxxxxx 完 成 時 間 ： 2021610 本 科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性及知識 產(chǎn)權(quán)聲明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 速騰汽車 ABS 系統(tǒng)的設(shè)計 是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作取得的成果。 本畢業(yè)設(shè)計（論文）成果歸北華航天工業(yè)學(xué)院所有。 本文以 一汽 大眾速騰 汽車 為研究對象，展開對汽車 ABS 系統(tǒng) 的研究 ： 通過對單個車輪時的受力分析確定了影響車輪附著系數(shù)的主要因素； 通過對控制結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計了以 INTEL 公司生產(chǎn)的 80C196KC 單片機為核心的實時控制系統(tǒng)，包括信號輸入電路、控制輸出電路、驅(qū)動電路等硬件部分 ，并畫出電子線路圖 ； 通過 設(shè)計 液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，畫出液壓傳動原理圖，以及系統(tǒng)圖； 經(jīng)比較各種控制方案，確 定了 ―邏輯門限 控 制法 ‖作為控制方案，并選用加速度和滑移率的組合作為控制參數(shù)。 關(guān)鍵詞 ：防抱死制動系統(tǒng) 電子控制單元 門限值滑移率 輪速傳感器 液壓傳 動控制 統(tǒng) II Abstract ABS (Antilocked Braking System) system can significantly enhance or improve handling and stability during vehicle control emergency braking, shorter braking distance, braking effect is the best on the brakes, and has been more And more widely used. In this paper, FAWVolkswagen Jetta cars as the research object, expand the ABS system of the car: By the time the force analysis on a single wheel of the wheel friction coefficient determined the main factors。 凡駕駛過汽車的人都有這樣的經(jīng)歷：在積水的柏油路上或在冰雪路面緊 急制動時，汽車輕者會發(fā)生側(cè)滑，嚴重時會掉頭、甩尾，甚至產(chǎn)生劇烈旋轉(zhuǎn) ； 制動力過大，將使車輪抱死，汽車方向失去控制后，若是彎道就有可能從路邊滑出或闖入對面車道，即使不是彎道也無法躲避障礙物，產(chǎn)生這些危險狀況的原因在于汽車的車輪在制動過程中產(chǎn)生抱死現(xiàn)象，此時，車輪相對于路面的運動不再是滾動，而是滑動，路面作用在輪胎上的側(cè)滑摩擦力和縱向制動力變得很小，路面越滑，車輪越容易。ABS 可以防止四個輪子制動時被完全抱死，提高了汽車行駛的穩(wěn)定性。 ABS 的第三個 作用 是改善了輪胎的磨損狀況，防止爆胎。 ABS 的使用與普通制動系統(tǒng)的使用幾乎沒有區(qū)別，緊急制動時只有把腳用力踏在制動踏板上， ABS 就會根據(jù)情況進入工作狀態(tài)，即使雨雪路滑， ABS 也會使制動狀態(tài)保持在最佳點。鐵路機車在制動時 2 如果制動強度過大，車輪就會很容易抱死在平滑的軌道上滑行。 當時開發(fā)剎車防抱死裝置的技術(shù)瓶頸是什么？首先該裝置需要一套系統(tǒng)實時監(jiān)測輪胎速度變化量并立即通 過液壓系統(tǒng)調(diào)整剎車壓力大小，在那個沒有集成電路與計算機的年代，沒有任何機械裝置能夠達成如此敏捷的反應(yīng) 。因為投入的資金過于龐大， ABS 初期的應(yīng)用僅限于鐵路車輛或航空器。兩家德國車廠奔馳與寶馬于 1978 年底決定將 ABS 2 這項高科技系統(tǒng)裝置在 S 級及 7 系列車款上。受到市場上的正面響應(yīng)， Bosch 開始 TCS 循跡控制系統(tǒng)的研發(fā)計劃。 ABS 系統(tǒng)發(fā)展趨勢 ABS 技術(shù)雖然在 20 世紀 90 年代初期就 已成熟，但隨著電子技術(shù)和汽車技術(shù)的快速發(fā)展， ABS 技術(shù)也得到了不斷完善。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確而快速。 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 Control System)是 在 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)動機的功耗，增加有效的驅(qū)動牽引力。為改善這些，出現(xiàn)了電子制動控制系統(tǒng) EBS (Electronics Break System)它是將氣壓傳動改為電線傳動，縮短了制動響應(yīng)時間。 VDC 系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向角、油門、制動壓力，通過觀測器決定出車輛應(yīng)具有的名義運動狀態(tài)。其主要作用就是通過控制車輛的橫向運動狀態(tài)，使車輛處于穩(wěn)定的運動狀態(tài)，使人能夠更容易地操縱車輛。因此，需要采用總線結(jié)構(gòu)將各個系統(tǒng)聯(lián)系起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源信息實時共享，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。國內(nèi)研制 ABS 5 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)、西安艾韋機電科技公司等單位和部門。我國前己著手制定有關(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)。這對振興我國汽車工業(yè)與汽車零部件業(yè)具有劃時代意義，標志著我國汽車液壓 ABS 國產(chǎn)化已邁出堅實的一步。通過本章對 ABS 制動系統(tǒng)主耍組成部分的原理和模型進行的研究，對 ABS 的工作原理有一個初步的了解 。 第四 章對 基于角加減速度和滑移率門限值 控制策略進行了深入研究， 該方案能夠滿足設(shè)計精度，并且成本較低。所以 要 對ABS 系統(tǒng)進行研究，就必須先了解汽車制動時的制動特性 。所有車輪上所受地面制動力的總和作為地面給汽車的總的地面制動力，他是使汽車在制動時減速并停止的主要作用力。地面制動力決定制動距離的長短，側(cè)滑摩擦力則決定了汽車制動時的方向穩(wěn)定性。側(cè) 向力越大，汽車的方向穩(wěn)定性越好。 ων GF trNT μF μ F x b 圖 22 單個車輪在制動 時的受力分析 若定義制動器制動力 F181。 真正直接使汽車減速停止的外力是路面作用于車輪輪胎上的路面制動力，路 面制動力取決于制動器制動力及車輪輪胎與路面間的摩擦力。但是，路面制動力的最大值受車輪與路面間的摩擦力的限制，不可能大于路面附著力。 8 由此可知 ，汽車的地面制動力首先取決于制動器制動力，但同時又受地面附著條件的限制。 滑移速度 (實際車速與車輪滾動的圓周速度之間的差值 )與 實際車速的比值，即滑移率。當輪胎純滾動時，縱向附著系數(shù)為零 ； 當滑移率為 15%～ 30%時，縱向附著數(shù)達到峰值 ； 當滑 9 移率繼續(xù)增大，縱向 附著系數(shù)持續(xù)下降，直到車輪抱死 (S=100%)，縱向附著系數(shù)降到一個較低值。 附著系數(shù)0 . 8控 制 范 圍縱 向 滑 移 率6 04 02 0 滑 移 率側(cè) 向 滑 移 率 圖 24 滑移率與附著系數(shù)關(guān)系 曲線 圖 25 不同路面縱向橫向附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系曲線 實驗證明，道路的附著系數(shù) 受車輪結(jié)構(gòu)、材料、道路表面形狀、材料有關(guān)?；坡屎?附著系數(shù)之 間的關(guān)系曲線隨路面類型的不同，出現(xiàn)峰值的滑移率的取值也會不一樣， 并且對應(yīng)不同路面類型的滑移率一縱向附著系數(shù)曲線在峰值附著系數(shù)后曲線下降的速度也不相同，在干燥的路面上下降的快些，在濕滑的路面上略微有些下降。但在同一路面上以不同制動初速度制動時車輪的附著系數(shù)一滑移率關(guān)系曲線不會有太大變化。 本設(shè)計主要研究縱向附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系，以下將縱向附著系數(shù)簡稱為附著系數(shù)。 圖 26 汽車直線制動車輪抱死時的運動情況 圖 27 汽車轉(zhuǎn)彎制動車輪抱死時的運動情況 (1)汽車在一種路面上直線運動制動車輪抱死時可能出現(xiàn)的運動情況如圖 26所示。汽車不能保持原來的行駛方向，由于離心力和前輪轉(zhuǎn)向力的作用，汽車將一面旋轉(zhuǎn)一面沿曲線行駛 (這種運動叫外旋轉(zhuǎn) )。 從上面對出現(xiàn)這些危險運動情況的簡單分析可以看出，制動時車輪抱死導(dǎo)致汽車出現(xiàn)各種危險運動情況，實質(zhì)上是汽車因失去相應(yīng)的維持本身方向穩(wěn)定性方向操縱性的側(cè)滑摩擦力而使汽車出現(xiàn)這些運動情況，即車輪抱死導(dǎo)致汽車的側(cè)滑摩擦力為零。 圖 28 汽車制動時受力分析 從式 (24)可以使車輪角減速度產(chǎn)生變化 :從式 (211)計算制動時的瞬時車速 V，可計算各車輪滑移率，從式 (28)和 (29)及各 軸載荷可以判斷道路附著系數(shù)，并進行調(diào)節(jié)，故知ABS 可以用 dω/dt(角加速度 )或滑移率 S,或滑移率與角加速度聯(lián)合作為控制參數(shù)。然后再測量一下制動距離，看一看該車制動效果好不好。 當汽車轉(zhuǎn)向時，如果汽車緊急制動的話，和直線行駛一樣會出現(xiàn)車輪抱死現(xiàn)象。司機踏動制動踏板，隨著制動力的加大，輪胎的滑移率增加，側(cè)向附著力逐漸減速小。在車輪抱死之后，方向盤己經(jīng)不起作用了，汽車陷入了不能控制方向的困境 。 13 在制動過程中，如果始終能使輪胎的滑移率處于 8%～ 25%范圍之內(nèi)的話，汽車將在最短的制動距離內(nèi)停車并具有良好的控制 方向的能力。要完成上述制動要求確實難上加難。當不再有可能抱死車輪時，再恢復(fù)正常壓力。這種對制動液壓力 的改變過程實際上就是 ABS 系統(tǒng)控制方法實施的過程。此時 ABS 系統(tǒng)不對制動過程進行干預(yù)，所以制動油壓迅速增加，車輪減速度也增大。這種控制方法的關(guān)鍵在于對車輪加、減 速 門限值的設(shè)定，合適的門限值可以使車輪的運動狀態(tài)控制在比較理想的范圍內(nèi)。 ECU 根據(jù)各車輪轉(zhuǎn)傳感器輸入的信號對各個測和判定并形成相應(yīng)的控制指令。 時 間升 壓保 壓輪 速車 速213車速與輪速a a控制信號控制油壓減 壓車速減速度 圖 29 基 于車輪加減速度邏輯門限控制方法的 ABS 系統(tǒng)油壓控制循環(huán)圖 在制動過程中，電子控制裝置根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的車輪轉(zhuǎn)速信號判定有車輪趨于抱死時， ABS 就進入防抱死制動壓力調(diào)節(jié)過程。因此，各制動輪缸的 制動壓力能夠被獨立地調(diào)節(jié)， 從 而使四個車輪都不發(fā)生 制動抱死現(xiàn)象 。 表 31 速騰汽車主要技術(shù)參數(shù) 項目 參數(shù) 總體尺寸 4544mm1760mm1461mm 車身結(jié)構(gòu) 4 門 5 座 3 廂 軸距 2578mm 前 /后輪距 2578mm/1539mm 前 /后懸長度 882mm/1084mm 最小離地間隙 125mm 輪胎 205/55 R16 制動器結(jié)構(gòu)形式 盤式 最高時速 185KM/H 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)組成圖如圖 (31)所示。傳感器的作用是為 ECU 提供車