【正文】 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。在設(shè)計(jì) ABS 系統(tǒng)時，首先要先了解其現(xiàn)有狀態(tài)和參數(shù)， 下表即為速騰汽車主要技術(shù)參數(shù)。定性的來說，就是當(dāng)車輪的滑移率不在控制范圍之內(nèi)時， ECU 就輸出一個控制信號，命令電磁閥打開或閉合，從而調(diào)節(jié)制動輪缸 17 壓力，使輪速上升或下降，將汽車車輪滑移率控制在一定范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)汽車的安全、可靠制動。 由于四通道 ABS 可以最大程度地利用每個車輪的附著力進(jìn)行制動，因此汽車的制動效能最好。 (3)雙通道 ABS 圖 33(f)所示的雙通道 ABS 在按前后布置的雙管路制動系統(tǒng)的前后制動管路中各設(shè)置一個制動壓力調(diào)節(jié)分裝置，分別對兩前輪和兩后輪進(jìn)行一同控制。由于前制動輪缸的制動壓力未被控制，前輪仍然可能發(fā)生制動抱死，所以汽車制動時的轉(zhuǎn)向操作能力得不到保障。 (2)霍爾輪速傳感器 霍爾輪速傳感器也是由傳感頭和齒圈組成。 霍爾式傳感器的設(shè)計(jì) 霍爾輪速傳感器要包括開關(guān)型集成霍爾傳感器和線性集成霍爾傳感器兩種。 霍爾輪速傳感器的關(guān)鍵元件是霍爾元件，要求它能夠輸出較大的霍爾電壓，溫度漂移要盡可能小，并且要求它后面的電路盡可能的簡單 ，體 積減小 ， 可靠性 高。只有這樣才能保證汽車在制動過程中的振動不會干擾和影響傳感信號，做到無誤的輸出。 霍爾元件與永磁鐵封裝在一起，經(jīng)過 TTL 緩沖 電路 可以直接傳送到單片機(jī)的高速輸入端口。若外加磁場的 B 值降低到 BRP2， 輸出管截止，輸出高電平?；魻栞喫賯鞲衅骶哂幸韵聝?yōu)點(diǎn) ： 其一是輸出信號電壓幅值不受轉(zhuǎn)速的影響 ； 其二是頻率響應(yīng)高口其響應(yīng)頻率高達(dá) 20kHz，相當(dāng)于車速為 1000km/h 時所檢測的信號頻率 ； 其三是抗電磁波干擾能力強(qiáng)。下圖圖(34)所示為轉(zhuǎn)速傳感器在車輪上的安裝位置 。但是在附著系數(shù)分離路面駛?cè)敫街禂?shù)均勻路面的瞬間，由于駕駛員無法 19 在瞬間將轉(zhuǎn)向輪回正，轉(zhuǎn)向輪上仍然存在的橫向力將會使汽車向轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)方向行駛，這在高速行駛時是一種無法控制的危險狀態(tài)。 圖 (c)所示的按對角布置的雙管路制動系統(tǒng)中，雖然在通往四個制動輪缸的制動管路中各設(shè)置一個制動壓力調(diào)節(jié)分裝置，但兩個后制動壓力調(diào)節(jié)分裝置卻是由電子控制裝置一同控制的，實(shí)際上仍是三通道 ABS。 1 2 4 56781 01 193 1– –前輪速度傳感器 2– –制動輪缸 3– –制動壓力調(diào)節(jié)裝置 4– –ABS 電控單元 5– –ABS 警示燈 6– –后輪速度傳感器 7– –停車燈開關(guān) 8– –制動主缸 9– –比例分配閥 10– –蓄電池 11– –點(diǎn)火開關(guān) 圖 31 ABS 系統(tǒng)的組成 圖 圖 32 電子控制單元原理結(jié)構(gòu)圖 制動信號 電源電路 輪速處理電路 故障診斷電路 輪速傳感器 單片機(jī) 80C196KC 功率驅(qū)動 電磁閥 液壓源電機(jī) 故障指示燈 18 防抱死制動系統(tǒng)的布置形式 ABS 系統(tǒng)中，能夠獨(dú)立進(jìn)行制動壓力調(diào)節(jié)的制動管路稱為控制通道。液壓控制單元接收到信號后對車輪分泵的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。在該輪缸各有一對進(jìn)液和出液電磁閥，可由 ECU 分別 控制。 14 在 ABS 系統(tǒng) 中，每個車輪上各安置一個轉(zhuǎn)速傳感器，將各控制裝置 ECU。汽車開始制動時，駕 駛員踩下制動踏板，制動管路中油壓由零開始上升，制動器使車輪上產(chǎn)生制動力矩，同時產(chǎn)生地面制動力使汽車和車輪都開始減速。 ABS 系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用到每個車輪制動缸的制動液壓力，以防止無論任何時由于制動過猛而可能引起的車輪抱死。為了避免發(fā)生這些現(xiàn)象，司機(jī)在踏動制動板時，必須謹(jǐn)慎從事 。在不制動的時候，輪胎前后方向的滑動為零，這時車輪側(cè)向附著力最大。如果汽車發(fā)生交通事故，交通警察來了之后首先總是檢查一下汽車制動痕跡，判斷司機(jī)在事故中是否采取了制動措施。所有這些運(yùn)動情況若在制動時出現(xiàn)，都是極其危險的 。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。若汽車在同一種類型路面上制動時的初速度不一樣，車輪的縱向附著系數(shù)和滑移率之間的關(guān)系曲線也會略有不同，制動時的車速越高，車輪的縱向附著系數(shù)越低。這樣，汽車就能獲得最佳的制動效能和方向穩(wěn)定性。 由于地面制動力受地面附著系數(shù)的制約， 當(dāng)制動器產(chǎn)生的制動系制動力增大到一定值 (大于附著力 )時，汽車輪胎將在地面上出現(xiàn)滑移。 制動器制動力是生成路面制動力的源泉，路面制動力的大小，首先取決于制動器制動力，只 有足夠的制動器制動力才能產(chǎn)生足夠的路面制動力。是制動器制動 7 盤與制動鉗之間的摩擦力矩； Fxb是輪胎與地面之間作用的地面制動力； G是汽車車體作用于車輪的垂直載荷； Ft是車軸作用于車輪的推力； N是地面對車輪的法向反作用力； ν是車體速度； ω是車輪轉(zhuǎn)動角速度； r是車輪半徑。若汽車在轉(zhuǎn)彎時制動或在制動時轉(zhuǎn)彎，也將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力使汽車能夠轉(zhuǎn)向，如圖 21 (b)所示。 6 第 2 章 防抱死制動系統(tǒng)基本原理 ABS 系統(tǒng)能夠通過控制制動過程中車輪的運(yùn)動狀態(tài)，使車輪不產(chǎn)生抱死，保證汽車制動時處于最佳的制動狀態(tài)，即保持方向穩(wěn)定性、方向操縱性和縮短制動距離。 第二章首先給出了汽車防抱死系統(tǒng)工作原理，分析了 ABS 制動系統(tǒng)的特點(diǎn)、附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系曲線 。第二代 ABS 產(chǎn)品為 FKXACI 型，該裝置的 ECU 中的 CPU 微處理器采用了美國 INTEL 公司的 MCS96 系列 8098 單片機(jī)。由于 ABS/ASR 和ACC 都要用到相同的輪速 采集系統(tǒng)，制動壓力調(diào)節(jié)裝置以及發(fā)動機(jī)輸出力矩調(diào)節(jié)裝置，因此 ABS/ASR/ACC 集成化系統(tǒng)，不僅可以大大降低成本，而且可以提高汽車的整體安全性能 控制系統(tǒng)總線技術(shù) 隨著汽車技術(shù)科技含量的不斷增加，必然造成龐大的布線系統(tǒng)。 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。但是，它還有不少問題需要解決，如驅(qū)動能源問題，控制系統(tǒng)失效處理，抗干擾處理等。 到了 1985年代中期，全球新出廠車輛安裝 ABS 系統(tǒng)的比例首次超過 1％ 。 “ ABS 2” 在 3 年的努力后誕生！有別于 ABS 1 采用模擬式電子組件， ABS 2 系統(tǒng)完全以數(shù)字式組件進(jìn)行設(shè)計(jì)，不但控制單元內(nèi)組件數(shù)目從 1000個銳減到 140 個，而且有造價降低、可靠性大幅提升與運(yùn)算速度明顯加快的三大優(yōu)勢。在 1941 年出版的《汽車科技手冊》中寫到： “ 到現(xiàn)在為止，任何通過機(jī)械裝置防止車輪抱死危險的嘗試皆尚未成功，當(dāng)這項(xiàng)裝置成功的那一天，即是交通安全史上的一個重要里程碑 ” ，可惜該書的作者恐怕沒想到這一天竟還要再等 30 年之久。 另外， ABS 使用方便，工作可靠。汽車制動時，四個輪子上的制動力是不一樣的，如果汽車的前輪抱死，駕駛員就無法控制汽車的行駛方向，這是非常危險的；倘若汽車的后輪先抱死，則會出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾，甚至使汽車整個掉頭等嚴(yán)重事故。在設(shè)計(jì)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(kuò)大了自己的知識面，自己解決問題的能力也得到了提高。因本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）引起的法律結(jié)果完全由本人承擔(dān)。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果歸北華航天工業(yè)學(xué)院所有。 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。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(jìn)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(diǎn)。 當(dāng)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(shí)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(jì)算機(jī)的年代，沒有任何機(jī)械裝置能夠達(dá)成如此敏捷的反應(yīng) 。兩家德國車廠奔馳與寶馬于 1978 年底決定將 ABS 2 這項(xiàng)高科技系統(tǒng)裝置在 S 級及 7 系列車款上。 ABS 系統(tǒng)發(fā)展趨勢 ABS 技術(shù)雖然在 20 世紀(jì) 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。 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(jī)的功耗，增加有效的驅(qū)動牽引力。 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(yùn)動狀態(tài)。因此，需要采用總線結(jié)構(gòu)將各個系統(tǒng)聯(lián)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。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)。通過本章對 ABS 制動系統(tǒng)主耍組成部分的原理和模型進(jìn)行的研究，對 ABS 的工作原理有一個初步的了解 。所以 要 對ABS 系統(tǒng)進(jìn)行研究，就必須先了解汽車制動時的制動特性 。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。 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。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。 滑移速度 (實(shí)際車速與車輪滾動的圓周速度之間的差值 )與 實(shí)際車速的比值，即滑移率。 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(shí)驗(yàn)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)。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。 圖 26 汽車直線制動車輪抱死時的運(yùn)動情況 圖 27 汽車轉(zhuǎn)彎制動車輪抱死時的運(yùn)動情況 (1)汽車在一種路面上直線運(yùn)動制動車輪抱死時可能出現(xiàn)的運(yùn)動情況如圖 26所示。 從上面對出現(xiàn)這些危險運(yùn)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(yùn)動情況，實(shí)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(yùn)動情況，即車輪抱死導(dǎo)致汽車的側(cè)滑摩擦力為零。然后再測量一下制動距離，看一看該車制動效果好不好。司機(jī)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。 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。當(dāng)不再有可能抱死車輪時，再恢復(fù)正常壓力。此時 ABS 系統(tǒng)不對制動過程進(jìn)行干預(yù)，所以制動油壓迅速增加，車輪減速度也增大。 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。因此，各制動輪缸的 制動壓力能夠被獨(dú)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 。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)。如果對某車輪的制動壓力可以進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，稱這種控制方式為獨(dú)立控制 ； 如果對兩個 (或兩以 上 )車輪的制動壓力一同進(jìn)行調(diào)節(jié)，則稱這種控制方式為一同控制。由于三通道 ABS 對兩后輪進(jìn)行一同控制，對于后輪驅(qū)動的汽車可 在變速器或主減速器中只設(shè)置一個轉(zhuǎn)速傳感器來檢測兩后輪的平均轉(zhuǎn)速 。 由于雙通道 ABS 難以在方向