【正文】 當(dāng)于常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)，直接輸出最大制動(dòng)壓力 。傳感器一般安裝在車輪上以測(cè)量車輪的轉(zhuǎn)速，傳感器一般為磁電感應(yīng)式。而對(duì)于采用此控制方式的后輪驅(qū)動(dòng)汽車，如果將比例閥調(diào)整到正常制動(dòng)情況下前輪趨于抱死時(shí)，后輪的制動(dòng)力接近其附著力，則緊急制動(dòng)時(shí)由于離合 器往往難以及時(shí)分離，導(dǎo)致后輪抱死，使汽車喪失方向穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)就是為三通道 ABS。 由于四通道 ABS 可以最大程度地利用每個(gè)車輪的附著力進(jìn)行制動(dòng)，因此汽車的制動(dòng)效能最好。 ABS通過(guò)使趨于抱死車輪的制動(dòng)壓力循環(huán)往復(fù)地經(jīng)歷保持一減小一增大過(guò)程，而將趨于抱死車輪的滑移率控制在峰值附著系數(shù)滑移率的上范圍內(nèi)，直至汽車 速度減小到很低或者制動(dòng)主缸的輸出壓力不再使車輪趨于抱死時(shí)為止，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)循環(huán)的頻率可達(dá) 320Hz。但顯然門限值的確定需要大量的試驗(yàn)來(lái)確定。下面以基于車輪加減速度邏輯門限值的控制方法對(duì)直線單一路面的制動(dòng)過(guò)程的控制為例，簡(jiǎn)單說(shuō)明 ABS 的基本工作原理。 上述司機(jī)做不到的許多事，利用傳感器就能辦到。為了避免發(fā)生這些現(xiàn)象，司機(jī)在踏動(dòng)制動(dòng)板時(shí)，必須謹(jǐn)慎從事。汽車的側(cè)向附著力和制動(dòng)力之間的關(guān)系十分緊密。在日常生活中，大家都可能遇到過(guò)這種現(xiàn)象。但地面制動(dòng)力不可能超過(guò)輪胎與道路的附著力。 13 圖 26 制 動(dòng)時(shí)車輪受力分析 Ｍ μ — 制動(dòng)中的摩擦力矩； Ｖ F— 汽車瞬時(shí)速度； Ｆ B— 地面制動(dòng)力； Ｇ —車輪垂直載荷； Ｇ Z— 地面對(duì)車輪的反作用力； Υ車輪的滾動(dòng)半徑； Ｖ R— 車輪的圓周速度； Ｆ S— 側(cè)向力； ω — 車輪的角速度； α — 側(cè)偏角 （ 2）制動(dòng)器制動(dòng)力 由于地面制動(dòng)力是由地面提供的外力，若將汽車架離地面，地面制動(dòng)力就不存在了。 總之，對(duì)于在一種路面上制動(dòng)的汽車，車輪附著系數(shù)和滑移率之間的非線性特性是決定汽車制動(dòng)性能的主要因素。 圖 24 滑移率與附著系數(shù)關(guān)系 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)，不同性質(zhì)道路其附著系數(shù)變化很大。 滑移 率與附著系數(shù)的關(guān)系 圖 24 給出車輪與路面縱向附著系數(shù)和橫向附著系數(shù)隨滑移率變化的典型曲線。汽車的實(shí)際車速與車輪滾動(dòng)的圓周速度之間的差異稱為車輪的滑移率。 從上面對(duì)出現(xiàn)這些危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)情況的簡(jiǎn)單分析可以看出，制動(dòng)時(shí)車輪抱死導(dǎo)致汽車出現(xiàn)各種危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)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(dòng)情況，即車輪抱死導(dǎo)致汽車的側(cè)滑摩擦力為零。 （ 1）汽車在一種路面上直線運(yùn)動(dòng)制動(dòng)車輪抱死時(shí)可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)情況如圖22 所示。轉(zhuǎn)彎力越大，汽車的方向操縱性越好 。所有車輪上所受地面制動(dòng)力的總和作為地面給汽車的總的地面制動(dòng)力，他是使汽車在制動(dòng)時(shí)減 速并停止的主要作用 力。 清華大學(xué)研制的適用于中型客車的氣制動(dòng) ABS 由于資源價(jià)格和性能上的優(yōu)勢(shì) ,陶瓷材料的應(yīng)用將迅速擴(kuò)展 。另外 ,在滑移率和附著系數(shù)之間的 關(guān)系、汽車整車技術(shù)條件和試驗(yàn)方法方面也有獨(dú)到見解。 國(guó)內(nèi) ABS 系統(tǒng)研究的理論狀態(tài)和具有代表的 ABS 產(chǎn)品公司 我國(guó) ABS 的研究開始于 80 年代初。 VDC 系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向角、油門、制動(dòng)壓力，通過(guò)觀測(cè)器決定出車輛應(yīng)具有的名義運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。防滑控制系統(tǒng)包括兩部分 :制動(dòng)防滑與發(fā)動(dòng)機(jī)牽引力控制。 圖 11 BOSCH防抱死制動(dòng) 系統(tǒng) 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) （ 1） ABS 本身控制技術(shù)的提高現(xiàn)代制動(dòng)防抱死裝置多是電子計(jì)算機(jī)控制，這也反映了現(xiàn)代汽車制動(dòng)系向電子化方向發(fā)展。 “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(gè)銳減到 140 個(gè)，而且有造價(jià)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(shì)。接下來(lái)的 30 年中，包括 Karl Wessel 的 “ 剎車力控制器 ” 、 Werner Mhl 的 “ 液壓剎車安全裝置 ”與 Richard Trappe 的 “ 車輪抱死防止器 ” 等嘗試都宣告失敗。 另外， ABS 使用方便，工作可靠。汽車制動(dòng)時(shí)，四個(gè)輪子上的制動(dòng)力是不一樣的，如果汽車的前輪抱死，駕駛員就無(wú)法控制汽車的行駛方向，這是非常危險(xiǎn)的；倘若汽車的后輪先抱死，則會(huì)出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾，甚至使汽車整個(gè)掉頭等嚴(yán)重事故。 1 第一章：防抱死制動(dòng)系統(tǒng)概述 ABS 的功能 汽車 ABS 在高速制動(dòng)時(shí)用來(lái)防止車輪抱死， ABS 是英文 Antilock Brake Syetem 的縮寫，全文的意思是防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱 ABS。 ABS 的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增加了汽車制動(dòng)時(shí)候的穩(wěn)定性。因此，裝有 ABS 具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和安全保障。 1908 年英國(guó)工程師 J. E. Francis 提出了 “ 鐵路車輛車輪抱死滑動(dòng)控制器 ” 理論，但卻無(wú)法將它實(shí)用化。 1973 年 Bosch 公司購(gòu)得 50％的 Teldix GmbH 公司股權(quán)及 ABS 領(lǐng)域的研發(fā)成果， 1975 年 AEG、 Teldix 與 Bosch 達(dá)成協(xié)議，將 ABS 系統(tǒng)的開發(fā)計(jì)劃完全委托Bosch 公司整合執(zhí)行。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(guò) 1％，通用車廠也決定把 ABS 列為旗下主力雪佛蘭車系的標(biāo)準(zhǔn)配備。 （ 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 Control System)是驅(qū)動(dòng)時(shí)防止車輪打滑，使車輪獲得最大限度的驅(qū)動(dòng)力，并具有行駛 穩(wěn)定性，減少輪胎磨損和發(fā)動(dòng)機(jī)的功耗，增加有效的驅(qū)動(dòng)牽引力。 （ 4）車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng) VDC (Vehicle Dynamics Control)是在 ABS 的基礎(chǔ)上通過(guò)測(cè)量方向盤轉(zhuǎn)角、橫擺角速度和側(cè)向加速度對(duì)車 5 輛的運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)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(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。還可以通過(guò)輪缸等效壓力函數(shù)計(jì)算防抱死制動(dòng)時(shí)的滑移率。 重慶公路研究所研制的適用于中型汽車的氣制動(dòng) FKX ACI 型 ABS 裝置已通過(guò)國(guó)家級(jí)技術(shù)鑒定 ,但各種制動(dòng)情況的適應(yīng)性還有待提高。其中 Fx 為地面作用在每個(gè)車輪上的地面制動(dòng)力，他的大小決定于路面的縱向附著系數(shù)和車輪所受的載荷。側(cè)向力和汽車的方向穩(wěn)定性有關(guān)，它保證了汽車的行進(jìn)方向。下面從汽車在一種路面上直線和轉(zhuǎn)彎制動(dòng)兩方面簡(jiǎn)單討論一下當(dāng)車輪抱死時(shí)汽車的運(yùn)動(dòng)情況。所有這些運(yùn)動(dòng)情況若在制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)，都是極其危險(xiǎn)的。當(dāng)制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)系制動(dòng)力增大到一定值 (大于附著力 )時(shí) ,汽車輪胎將在地面上出現(xiàn)滑移。當(dāng) 0 S 100 %時(shí) ,車輪既滾動(dòng)又滑動(dòng)。 ABS 即是基于這一原理而研制的。 但在同一路面上以不同制動(dòng)初速度制動(dòng)時(shí)車輪的附著系數(shù) 滑移率關(guān)系曲線不會(huì)有太大變化。 提示：地面制動(dòng)力的大小取決于制動(dòng)器制動(dòng)力的大小和輪胎與地面之間的附著力。此時(shí)，制動(dòng)器的制動(dòng)力可全部轉(zhuǎn)化為地面制動(dòng)力。 采用防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的必要性 汽車直線行駛過(guò)程中，突然緊急制動(dòng)，汽車車輪一下子抱死，汽車仍然向前行滑，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(lái)。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(dòng)，汽車喪夫了控制方向的能力，這是十分危險(xiǎn)的。上述各種狀態(tài)是極其危險(xiǎn)的?？墒且坏┯錾暇o急狀態(tài)，大多數(shù)人都是一腳踏死制動(dòng)踏板，使輪胎抱死為此。這種對(duì)制動(dòng)液壓力的改變過(guò)程實(shí)際上就是 ABS 系統(tǒng)控制方法實(shí)施的過(guò)程。這種控制方法的關(guān)鍵在于對(duì)車輪加、減速度門限值 16 的設(shè)定，合適的門限值可以使車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制在比較理想的范圍內(nèi)。例如，當(dāng) ECU判定右前輪趨于抱死時(shí)， ECU 就使控制右前輪制動(dòng)壓力的進(jìn)液電磁閥通電，使右前進(jìn)液電磁閥轉(zhuǎn)入關(guān)閉狀態(tài)，制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液不再進(jìn)入右前制動(dòng)輪缸 ，此時(shí)，右前出液電磁閥仍未通電而處于關(guān)閉狀態(tài)，右前制動(dòng)輪缸中的制動(dòng)液也不會(huì)流出，右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力就保持一定，而其它未趨于抱死車輪的制動(dòng)壓力仍會(huì)隨制動(dòng)輪缸的制動(dòng)主缸輸出壓力的增大而增大，如果在右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力保持一定時(shí)， ECU 判定右前輪仍然趨于抱死， ECU 又使右前出液電磁閥也通電而轉(zhuǎn)入開啟狀態(tài)，右前制動(dòng)輪缸中的部分制動(dòng)液就會(huì)經(jīng)過(guò)處于開啟狀態(tài)的出液電磁閥流回儲(chǔ)液器，使右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力迅速減小，右前輪的抱死趨勢(shì)將開始消除，隨著右前輪的抱死趨勢(shì)己經(jīng)完全消除時(shí)， ECU就使右前進(jìn)液電磁閥和出液電磁閥都 斷電，使進(jìn)液電磁閥轉(zhuǎn)入開啟狀態(tài)，使出液電磁閥轉(zhuǎn)入關(guān)閉狀態(tài)同時(shí)也使電動(dòng)泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)，向制動(dòng)輪缸送制動(dòng)液，由制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液和電動(dòng)泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)，向制動(dòng)輪缸泵送制動(dòng)液，由制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液和電動(dòng)泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)，向制動(dòng)輪缸泵送制動(dòng)液，由制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液和電動(dòng)泵泵送的制動(dòng)液都經(jīng)過(guò)處于開啟狀態(tài)的右前進(jìn)液電磁閥進(jìn)入右前制動(dòng)輪缸，使右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力迅速增大，右前輪又開始減速轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖 31(a,b) 為了對(duì)四個(gè)車輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行獨(dú)立控制，在每個(gè)車輪上各安裝一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，并在通往各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)管路中各設(shè)置一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置 (通道 )。對(duì)前輪制動(dòng)壓力進(jìn)行獨(dú)立控制，可充分利用兩前輪的附著力對(duì)汽車進(jìn)行制動(dòng)，有利于縮短制動(dòng)距離，并且汽車的方向穩(wěn)定性卻得到很大改善。 對(duì)于采用此控制方式的前輪驅(qū)動(dòng)汽車，如果在緊急制動(dòng)時(shí)離合器沒(méi)有及時(shí)分離，前輪在制動(dòng)壓力較小時(shí)就趨于抱死，而此時(shí)后輪的制動(dòng)力還遠(yuǎn)未達(dá)到其附著力的水平，汽車的制動(dòng)力會(huì)顯著減小。 ． 2 防抱死制動(dòng)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 32所示。電子控制單元原理圖如圖 33 所示。在齒圈旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，感應(yīng)線圈內(nèi)部的磁通量交替變化從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，此信號(hào)通過(guò)感應(yīng)線圈末端的電纜 1輸入 ABS 的電控單元。傳感頭由永磁體，霍爾元件和電子電路等組成，永磁體的磁力線穿過(guò)霍爾元件通向齒輪，如圖 37 所示。 霍爾式輪速傳感器與電磁感應(yīng)式輪速傳感器比較具有以下優(yōu)點(diǎn)： 磁體 霍爾元件 齒圈 25 （ 1）隨著輪速的變化， 輸出信號(hào)的幅值是不變的。其中， 4 個(gè)進(jìn)液電磁閥處于流通狀態(tài)， 4 個(gè)出液電磁閥處于斷流狀態(tài)，同時(shí)，電動(dòng)液壓泵也不通電運(yùn)轉(zhuǎn) 。與此同時(shí)液壓泵也開始工作，把低壓儲(chǔ)能室的制動(dòng)液重新泵回制動(dòng)主缸以補(bǔ)償制動(dòng)踏板行程損失，此時(shí)制動(dòng)踏板出現(xiàn)抖動(dòng) (有抬升或反彈感 )，車輪抱死程度降低，輪速上升。就像人一樣，傳感器就像人的五官，檢測(cè)車輪的轉(zhuǎn)速信號(hào)。 29 圖 312 電子控制單元內(nèi)部電路連接 a）四傳感器二通道系統(tǒng)框圖； b）四傳感器三通道系統(tǒng)框圖； c）四傳感器四通道系統(tǒng)框圖 1．輸入級(jí)電路 輸入級(jí)電路的功用是將車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖方波信號(hào)，經(jīng)整形放大后輸入運(yùn)算電路。 4．安全保護(hù)電路 安全保護(hù)電路的功用： 1）將汽車電源（蓄電池、發(fā)電機(jī)）提供的 12V 或 14V 的電壓變?yōu)?ECU 內(nèi)部所需的 5V 標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定電壓，同時(shí)對(duì)電源電路的電壓是否穩(wěn)定在規(guī)定的范圍進(jìn)行監(jiān)控； 2）對(duì)車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入放大電路、運(yùn)算電路和輸出級(jí)電路的故障信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視。所以， ABS研究工作需要與其他部件綜合起來(lái)尋求整體優(yōu)化。為了克服以上矛盾，需要另外增加 A4WS系統(tǒng)來(lái)保證方向穩(wěn)定性，而 ABS 系統(tǒng)只解決制動(dòng)距離的問(wèn)題。即使沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員在加速和減速時(shí)都能自由地操縱方向盤，或者不轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤而使車輛加速或減速。目前制動(dòng)防抱死技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)如下 . ① 減小體積和質(zhì)量，提高集成度以降低成本和銷售價(jià)格，并簡(jiǎn)化安裝。 ⑦ ABS 與電子主動(dòng)控制懸架或半主動(dòng)控制懸架、電控四輪轉(zhuǎn)向、電控自動(dòng)變速器、主動(dòng)制動(dòng)器等相結(jié)合的組合裝置，是未來(lái) ABS 研究的方向。 33 致 謝 談笑間，兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)快要結(jié)束了。他治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)我們的輔導(dǎo)一絲不茍、細(xì)致入微，不讓我們留下一絲疑惑和茫然。三年時(shí)光，如梭如夢(mèng)，夢(mèng)醒時(shí)分，我們又要各自奔天涯。相識(shí)即是緣，為了這份緣分，不曉得前世我們?nèi)淌芰硕嗌俟陋?dú)的等待。正是有了你們的教導(dǎo)，我 學(xué)到了豐富的專業(yè)知識(shí)，使自己的知識(shí)儲(chǔ)備得到了升華，自己的心靈得到了洗禮。 再一次感謝所有給予我?guī)椭娜?，愿你們永遠(yuǎn)快樂(lè)！愿母校明天會(huì)更好！