【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 S 級(jí)再度成為歷史的創(chuàng)造者。隨著ABS系統(tǒng)的單價(jià)逐漸降低，搭載ABS系統(tǒng)的新車數(shù)目于1988年突破了爆炸性成長(zhǎng)的臨界點(diǎn)，開始飛快成長(zhǎng)，當(dāng)年Bosch的ABS系統(tǒng)銷售量首次突破300萬(wàn)套。技術(shù)上的突破讓Bosch在1989年推出的ABS 2E系統(tǒng)首次將原先分離于引擎室（液壓驅(qū)動(dòng)組件）與中控臺(tái)（電子控制組件）內(nèi)，必須依賴復(fù)雜線路連接的設(shè)計(jì)更改為“兩組件整合為一”設(shè)計(jì)！ABS 2E系統(tǒng)也是歷史上第一個(gè)舍棄集成電路，改以一個(gè)8 k字節(jié)運(yùn)算速度的微處理器（CPU）負(fù)責(zé)所有控制工作的ABS系統(tǒng)，再度寫下了新的里程碑。該年保時(shí)捷車廠正式宣布全車系都已安裝了ABS，3年后（1992年）奔馳車廠也決定緊跟保時(shí)捷的腳步。1990年代前半期ABS系統(tǒng)逐漸開始普及于量產(chǎn)車款。Bosch在1993年推出ABS 2E的改良版：ABS ，除了體積更小、重量更輕外，ABS （16 k字節(jié)）的處理器，該公司也在同年年中慶祝售出第1000萬(wàn)套ABS系統(tǒng)。ABS與ASR/ TCS系統(tǒng)已受到全世界車主的認(rèn)同，但Bosch的工程團(tuán)隊(duì)卻并不滿足，反而向下一個(gè)更具挑戰(zhàn)性的目標(biāo)：ESP（Electronic Stabilty Program，行車動(dòng)態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)）前進(jìn)！有別于ABS與TCS僅能增加剎車與加速時(shí)的穩(wěn)定性，ESP在行車過(guò)程中任何時(shí)刻都能維持車輛在最佳的動(dòng)態(tài)平衡與行車路線上。ESP系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向傳感器（監(jiān)測(cè)方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度以確定汽車行駛方向是否正確）、車輪傳感器（監(jiān)測(cè)每個(gè)車輪的速度以確定車輪是否打滑）、搖擺速度傳感器（記錄汽車?yán)@垂直軸線的運(yùn)動(dòng)以確定汽車是否失去控制）與橫向加速度傳感器（測(cè)量過(guò)彎時(shí)的離心加速度以確定汽車是否在過(guò)彎時(shí)失去抓地力），在此同時(shí)、控制單元通過(guò)這些傳感器的數(shù)據(jù)對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，進(jìn)而指示一個(gè)或多個(gè)車輪剎車壓力的建立或釋放，同時(shí)對(duì)引擎扭矩作最精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)，某些情況下甚至以每秒150次的頻率進(jìn)行反應(yīng)。整合ABS、EBD、EDL、ASR等系統(tǒng)的ESP讓車主只要專注于行車，讓計(jì)算機(jī)輕松應(yīng)付各種突發(fā)狀況。延續(xù)過(guò)去ABS與ASR誕生時(shí)的慣例，奔馳S 級(jí)還是首先使用ESP系統(tǒng)的車型（1995年）。4年后奔馳公司就正式宣布全車系都將ESP列為標(biāo)準(zhǔn)配備。在此同時(shí)，Bosch于1998及2001年推出的ABS 、ABS ，處理器的運(yùn)算速度從48 k字節(jié)升級(jí)到128 k字節(jié)，奔馳車廠主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手寶馬與奧迪也于2001年也宣布全車系都將ESP列為標(biāo)準(zhǔn)配備。Bosch車廠于2003年慶祝售出超過(guò)一億套ABS系統(tǒng)及1000萬(wàn)套ESP系統(tǒng)，根據(jù)ACEA（歐洲車輛制造協(xié)會(huì)）的調(diào)查，今天每一輛歐洲大陸境內(nèi)所生產(chǎn)的新車都搭載了ABS系統(tǒng)，全世界也有超過(guò)60％的新車擁有此項(xiàng)裝置?！癆BS系統(tǒng)大幅度提升剎車穩(wěn)定性同時(shí)縮短剎車所需距離”Robert Bosch GmbH（Bosch公司的全名）董事會(huì)成員Wolfgang Drees說(shuō)。不像安全氣囊與安全帶（可以透過(guò)死亡數(shù)目除以車禍數(shù)目的比例來(lái)分析），屬于“防患于未然”的ABS系統(tǒng)較難以真實(shí)數(shù)據(jù)佐證它將多少人從鬼門關(guān)前搶回？但據(jù)德國(guó)保險(xiǎn)業(yè)協(xié)會(huì)、汽車安全學(xué)會(huì)分析了導(dǎo)致嚴(yán)重傷亡交通事故的原因后的研究顯示，60%的死亡交通事故是由于側(cè)面撞車引起的，30%到40%是由于超速行駛、突然轉(zhuǎn)向或操作不當(dāng)引發(fā)的。我們有理由相信ABS及其衍生的ASR與ESP系統(tǒng)大幅度降低緊急狀況發(fā)生車輛失去控制的機(jī)率。NHTSA（北美高速公路安全局）曾估計(jì)ABS系統(tǒng)拯救了14563名北美駕駛?cè)说男悦腁BS到ESP，汽車工程師在提升行車穩(wěn)定性的努力似乎到了極限（民用型ESP系統(tǒng)誕生至今已近10年），不過(guò)就算計(jì)算機(jī)再先進(jìn)仍須要駕駛?cè)说倪m當(dāng)操作才能發(fā)揮最大功效。多數(shù)車主都沒有遭遇過(guò)緊急狀況（也希望永遠(yuǎn)不要），卻不能不知道面臨關(guān)鍵時(shí)刻要如何應(yīng)對(duì)？在緊急情況下踩下剎車時(shí)，ABS系統(tǒng)制動(dòng)分泵會(huì)迅速作動(dòng)，剎車踏板立刻產(chǎn)生異常震動(dòng)與顯著噪音（ABS系統(tǒng)運(yùn)作中的正?，F(xiàn)象），這時(shí)你應(yīng)毫不猶豫地用力將剎車踩死（除非車上擁有EBD剎車力輔助裝置，否則大多數(shù)駕駛者的剎車力量都不足），另外ABS能防止緊急剎車時(shí)的車輪抱死現(xiàn)象、所以前輪仍可控制車身方向。駕駛者應(yīng)邊剎車邊打方向進(jìn)行緊急避險(xiǎn)，以向左側(cè)避讓路中障礙物為例，應(yīng)大力踏下剎車踏板、迅速向左轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤90度，向右回輪180度，最后再向左回90度。最后要提的是ABS系統(tǒng)依賴精密的車輪速度傳感器判斷是否發(fā)生抱死情況？平時(shí)要經(jīng)常保持在各個(gè)車輪上的傳感器的清潔，防止有泥污、油污特別是磁鐵性物質(zhì)粘附在其表面，這些都可能導(dǎo)致傳感器失效或輸入錯(cuò)誤信號(hào)而影響ABS系統(tǒng)正常運(yùn)作。行車前應(yīng)經(jīng)常注意儀表板上的ABS故障指示燈，如發(fā)現(xiàn)閃爍或長(zhǎng)亮，ABS系統(tǒng)可能已經(jīng)故障（尤其是早期系統(tǒng)），應(yīng)該盡快到維修廠排除故障。要提醒的是，ABS/ ASR/ ESP系統(tǒng)雖然是高科技的結(jié)晶，但并不是萬(wàn)能的，也別因?yàn)橛辛诉@些行車主動(dòng)安全系統(tǒng)就開快車。第三章 工作原理控制裝置和ABS警示燈等組成，在不同的ABS系統(tǒng)中，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)形式和工作原理往往不同，電子控制裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制邏輯也可能ABS通常都由車輪轉(zhuǎn)速傳感器、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置、電子不盡相同。在常見的ABS系統(tǒng)中，每個(gè)車輪上各安裝一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，將有關(guān)各車輪轉(zhuǎn)速的信號(hào)輸入電子控制裝置。電子控制裝置根據(jù)各車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的信號(hào)對(duì)各個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和判定，并形成相應(yīng)的控制指令。制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置主要由調(diào)壓電磁閥組成，電動(dòng)泵組成和儲(chǔ)液器等組成一個(gè)獨(dú)立的整體，通過(guò)制動(dòng)管路與制動(dòng)主缸和各制動(dòng)輪缸相連。制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置受電子控制裝置的控制，對(duì)各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。ABS的工作過(guò)程可以分為常規(guī)制動(dòng)，制動(dòng)壓力保持制動(dòng)壓力減小和制動(dòng)壓力增大等階段。在常規(guī)制動(dòng)階段，ABS并不介入制動(dòng)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)，各出液電磁閥均不通電而處于關(guān)閉狀態(tài)，電動(dòng)泵也不通電運(yùn)轉(zhuǎn)，制動(dòng)主缸至各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)管路均處于溝通狀態(tài)，而各制動(dòng)輪缸至儲(chǔ)液器的制動(dòng)管路均處于封閉狀態(tài)，各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力將隨制動(dòng)主缸的輸出壓力而變化，此時(shí)的制動(dòng)過(guò)程與常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)過(guò)程完全相同在制動(dòng)過(guò)程中，（如下圖所示）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(hào)判定有車輪趨于抱死時(shí)，ABS就進(jìn)入防抱制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)過(guò)程。例如，電子控制裝置判定右前輪趨于抱死時(shí)，電子控制裝置就使控制右前輪刮動(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)，右前出液電磁閥仍末通電而處于關(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)輪缸的刮動(dòng)壓力就保持一定，而其它末趨于抱死車輪的制動(dòng)壓力仍會(huì)隨制動(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)，電子控制裝置判定右前輪仍然趨于抱死，電子控制裝置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)波就會(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，隨著右前制動(dòng)輪缸制動(dòng)壓力的減小，右前輪會(huì)在汽車慣性力的作用下逐漸加速；當(dāng)電子控制裝置根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的信號(hào)判定右前輪的抱死趨勢(shì)已經(jīng)完全消除時(shí)，電子控制裝置就使右前進(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)輪缸泵輸送制動(dòng)液，由制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液經(jīng)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，右前輪又開抬減速轉(zhuǎn)動(dòng)。（參見：汽車電子控制基礎(chǔ)，曹家喆 主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2007年10月）ABS通過(guò)使趨于抱死車輪的制動(dòng)壓力循環(huán)往復(fù)而將趨于防抱車輪的滑動(dòng)率控制，在峰值附著系數(shù)滑動(dòng)率的附近范圍內(nèi)，直至汽車速度減小至很低或者制動(dòng)主缸的常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)3~20HZ。在該ABS中對(duì)應(yīng)于每個(gè)制動(dòng)輪缸各有對(duì)進(jìn)液和出液電磁閥，可由電子控制裝置分別進(jìn)行控制，因此，各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力能夠被獨(dú)立地調(diào)節(jié)，從而使四個(gè)車輪都不發(fā)生制動(dòng)抱死現(xiàn)象。盡管各種ABS的結(jié)構(gòu)形式和工作過(guò)程并不完全相同，但都是通過(guò)對(duì)趨于抱死車輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行自適應(yīng)循環(huán)調(diào)節(jié)，來(lái)防止被控制車輪發(fā)生制動(dòng)抱死。第四章 汽車ABS 機(jī)械動(dòng)力學(xué)模型 仿真模型建立的要求：(1)在仿真建模過(guò)程中要考慮到模型的準(zhǔn)確性和可信度，在不失真的前提下盡量簡(jiǎn)化仿真模型，減少自由度數(shù)，提高求解效率。(2)能夠正確的根據(jù)路面條件、道路狀況、制動(dòng)強(qiáng)度和法向載荷實(shí)時(shí)計(jì)算出車速和輪速，使模型盡可能反映實(shí)車的運(yùn)動(dòng)狀況。(3)具有仿真建模改進(jìn)的能力，能方便地修改子模型的參數(shù)，不需要花費(fèi)很大精力或者重新建模，就可以在設(shè)計(jì)階段，插入或改變仿真模型。ADAMS 軟件計(jì)算功能強(qiáng)大，求解器效率高，具有多種專業(yè)模塊和工具包，以及與其它CAD 軟件的接口，可方便快捷地建立機(jī)械動(dòng)力學(xué)模型，支持Fortran 和C 語(yǔ)言，便于用戶進(jìn)行二次開發(fā)[1]。基于ADAMS軟件的上述優(yōu)點(diǎn)，利用ADAMS 軟件建立汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）的機(jī)械動(dòng)力學(xué)模型。：汽車是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，對(duì)汽車的ABS 制動(dòng)性能進(jìn)行模擬仿真，輸入的參數(shù)包括制動(dòng)初速，路面條件如干鋪設(shè)路面、濕鋪設(shè)路面、雪路面、冰路面、對(duì)開路面、對(duì)接路面等，道路狀況如直道、彎道、上坡、下坡等和整車參數(shù)。輸出的參數(shù)包括汽車制動(dòng)過(guò)程中整車和車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如制動(dòng)時(shí)間、制動(dòng)距離、制動(dòng)減速度、車輪滑移率、車輪角減速度、制動(dòng)器制動(dòng)力、地面制動(dòng)力、地面?zhèn)认蛄?、橫擺力矩等。根據(jù)以上研究目的，對(duì)整車進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化。汽車懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式和轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)型式對(duì)汽車制動(dòng)性能的影響不大，仿真模型中的慣性參數(shù)由Pro/ENGINEER 軟件三維實(shí)體建模計(jì)算得到，對(duì)懸架系和轉(zhuǎn)向系簡(jiǎn)化如下：懸架系統(tǒng)只考慮懸架的垂直變形；轉(zhuǎn)向系忽略車輪定位角和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置。把汽車簡(jiǎn)化為具有十個(gè)剛體的模型，共14 個(gè)自由度。十個(gè)剛體分別為車身、一個(gè)后非獨(dú)立懸掛組質(zhì)量、兩個(gè)前獨(dú)立懸掛組質(zhì)量（兩個(gè)前輪橫擺臂和兩個(gè)前輪轉(zhuǎn)向節(jié)）、四個(gè)車輪。兩前輪共有3 個(gè)自由度，車身具有3 個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和3 個(gè)平動(dòng)自由度，兩后輪各有1 個(gè)自由度，前懸架各有一個(gè)自由度，后懸架1 個(gè)自由度，如圖1 所示。圖1 整車仿真模型1—車身 2—后輪 3—后懸架 4—前輪5—前懸架 6—橫擺臂 7—轉(zhuǎn)向節(jié)仿真模型包括以下幾個(gè)子模型：轉(zhuǎn)向系模型：以轉(zhuǎn)向角約束直接作用于左轉(zhuǎn)向節(jié)。前懸架模型：前懸架是獨(dú)立懸架，一側(cè)的簡(jiǎn)化模型如圖2 所示。轉(zhuǎn)向節(jié)簡(jiǎn)化如圖2 中3 所示，用轉(zhuǎn)動(dòng)副與前輪連接。橫擺臂與減振器以球鉸分別與轉(zhuǎn)向節(jié)和車身連接。圖2 懸架的簡(jiǎn)化模型1—車身 2—橫擺臂 3—轉(zhuǎn)向節(jié) 4—輪胎 5—前懸架 6—彈簧A—轉(zhuǎn)動(dòng)副 B—球鉸 C—轉(zhuǎn)動(dòng)副 D—滑柱鉸 E—球鉸后懸架是非獨(dú)立懸架，只考慮垂直方向的自由度，懸架與車身之間用平移副表示它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，懸架與車身用彈簧阻尼連接，與后輪用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。輪胎模型：車輛的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)主要是通過(guò)輪胎與路面的作用力引起的。采用力約束方法，不考慮輪胎拖距、回正力矩以及滾動(dòng)阻力的影響。采用ADAMS 提供的非線性Pacejka 輪胎模型[2]。制動(dòng)器模型：采用美國(guó)高速公路車輛仿真模型中的制動(dòng)器模型。液壓模型：采用ADAMS 中液壓模塊（ADAMS/Hydraulics）建立制動(dòng)系統(tǒng)的液壓仿真模塊。路面模型：設(shè)計(jì)出路面模型可進(jìn)行對(duì)開路面和對(duì)接路面制動(dòng)過(guò)程的仿真計(jì)算。利用ADAMS 中提供的平面（Plane）作為路面模型的基礎(chǔ)，定義了平面（Plane）的長(zhǎng)、寬等參數(shù)，使得汽車制動(dòng)過(guò)程有足夠的空間，利用平面－圓（PlaneCircle）接觸力（Contact）表示車輪與地面之間的法向作用力。ADAMS輪胎模型中沒有附著系數(shù)變化的路面模塊，為此在ADAMS 提供的路面模塊基礎(chǔ)上，對(duì)對(duì)接路面采用在路面模型上加入標(biāo)記點(diǎn)（Marker）的方法，分別求出前輪和后輪質(zhì)心到標(biāo)記點(diǎn)X 方向上的距離。當(dāng)距離為正時(shí)說(shuō)明輪胎已經(jīng)跨過(guò)了標(biāo)記點(diǎn)，此時(shí)根據(jù)所規(guī)定的路面情況對(duì)輪胎附著系數(shù)進(jìn)行改變，使得模型可以計(jì)算路面附著系數(shù)變化。對(duì)開路面也采取了相同的加入標(biāo)記點(diǎn)的方法，進(jìn)行計(jì)算左右側(cè)輪胎相對(duì)于標(biāo)記點(diǎn)Y 方向上的距離。（參見：汽車車身電子與控制技術(shù)，陳無(wú)畏 主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2008年02月）第五章 制動(dòng)防抱死系統(tǒng)ABS 的控制模型在ADAMS 中定義了與MATLAB/SIMULINK 的接口，把ADAMS 中建立的非線性機(jī)械模型轉(zhuǎn)化為SIMULINK 的S－FUNCTION 函數(shù)，再把S－FUNCTION 函數(shù)加入到控制模型里，這樣就可以方便的利用SIMULINK 提供的各種強(qiáng)大的工具進(jìn)行控制模型開發(fā)，在MATLAB 軟件下進(jìn)行聯(lián)合仿真計(jì)算[3]。圖3 所示為MATLAB/SIMULINK中表示的ADAMS 機(jī)械模型，在ADAMS 中定義四個(gè)車輪的制動(dòng)力矩為輸入變量，定義四個(gè)車輪的速度和滑移率為輸出變量， 文件中由MATLAB 調(diào)用。圖3 ADAMS子模塊圖4 所示為在MATLAB/SIMULINK 下開發(fā)的ABS 控制模塊，圖中深色的部分為ADAMS 生成的子模塊，輸入?yún)?shù)為制動(dòng)力矩，輸出參數(shù)為車輪速度和車輪滑移率，以車輪的加速度/減速度和車輪滑移率為控制參數(shù)。（參見：汽車車身電子與控制技術(shù)，陳無(wú)畏 主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2008年02月）圖4 ABS 仿真控制模型第六章 ABS 聯(lián)合仿真控制規(guī)律結(jié)果與分析根據(jù)ADAMS 仿真制動(dòng)過(guò)程計(jì)算出的車輪加速度曲線，分析出加速度門限值為wamp。減速度門限值為wamp。2。車輪滑移率下門限值λ1，上門限值λ2。車輪的加、減速度和滑移率的門限值的確定是一個(gè)反復(fù)交替驗(yàn)證過(guò)程。方法為：計(jì)算車輪的加、減速度和參考滑移率，以參考滑移率為控制參數(shù)初步確定車輪的加、減速度的門限值，再以車輪加、減速度門限值控制車輪的滑移率,確定滑移率的門限值。圖4 中深色的部分為ADAMS 生成的機(jī)械模型，在MATLAB作為一個(gè)S－FUNCTION 函數(shù)參與運(yùn)算。通過(guò)上述交替驗(yàn)證的方法，車輪滑移率和加速度的仿真變化曲線如圖5 所示，實(shí)