【正文】 裝在EQ145型車上并在各種路面上進(jìn)行試驗(yàn)。還有德國戴維斯公司(TEVES)德國瓦布科(WABCO)、美國凱爾西海斯公司(KELSEY HAYES)等，這些公司的ABS產(chǎn)品都在廣泛地應(yīng)用，而且還在不斷發(fā)展、更新和換代。ABS裝置制造商主要有:德國博世公司(BOSCH)，歐、美、日、韓國家的汽車采用的最多。進(jìn)入90年代后，ABS技術(shù)不斷發(fā)展成熟，控制精度、控制功能不斷完善。ABS控制部分采用了電子控制，其反應(yīng)速度、控制精度和可靠性都顯著提高[3]，制動(dòng)效果也明顯改善，同時(shí)其體積逐步也變小，質(zhì)量也逐步減輕，控制與診斷功能不斷增強(qiáng)，價(jià)格也逐漸降低。機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜使ABS裝置的可靠性差、控制精度低、價(jià)格偏高，使ABS技術(shù)在汽車上的推廣應(yīng)用舉步維艱。1936年，德國博世公司(BOSCH)申請一項(xiàng)電液控制的ABS裝置專利，促進(jìn)了ABS 技術(shù)在汽車上的應(yīng)用。 ABS防抱死系統(tǒng)國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢防抱死制動(dòng)理論最早是1928年由英國人提出來的，基于防抱死制動(dòng)理論的制動(dòng)系統(tǒng)首先是應(yīng)用在火車和飛機(jī)上。目前國內(nèi)外也有人應(yīng)用新的控制理論，進(jìn)行ABS控制的探討。因此，要求ABS保證汽車在短時(shí)間內(nèi)在各種路面上，各種情況下都能安全制動(dòng)的難度是相當(dāng)大的。 ABS控制的關(guān)鍵之一就是控制制動(dòng)過程中的滑移率，從而提高路面附著系數(shù)的利用率，縮短制動(dòng)距離，提高制動(dòng)的穩(wěn)定性。因此，探討各種高性能的制動(dòng)系統(tǒng)和完善制動(dòng)系統(tǒng)的性能是減少交通事故和促進(jìn)汽車工業(yè)發(fā)展的重要舉措[1]。汽車制動(dòng)過程中的安全性也已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS是汽車關(guān)鍵的零部件之一，因此國家、企業(yè)和高校都投入了大量的人力和資源對ABS進(jìn)行自主研發(fā)。汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)，關(guān)系著汽車制動(dòng)的安全性。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文第 1 章 緒 論 研究目的與意義隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，就必須進(jìn)行汽車關(guān)鍵零部件的自主研發(fā)。汽車制動(dòng)過程中的安全性也已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。目前國內(nèi)許多汽車公司已經(jīng)開始進(jìn)行汽車自主研發(fā)，要在商業(yè)的競爭中脫穎而出，要擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車，要使我國由一個(gè)汽車大國變?yōu)橐粋€(gè)汽車強(qiáng)國，就必須進(jìn)行汽車關(guān)鍵零部件的自主研發(fā)。汽車動(dòng)力性能的提高和高速公路的延伸對汽車安全提出了越來越高的要求，許多國家都為此頒布了嚴(yán)厲的汽車安全法規(guī)，汽車在制動(dòng)過程中的方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操縱能力，已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。而ABS可以在制動(dòng)過程中自動(dòng)、高頻地對制動(dòng)系統(tǒng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而對制動(dòng)力進(jìn)行調(diào)節(jié)，使車輪滑移率保持在理想滑移率附近，既防止車輪抱死，又充分利用了車輪與路面的附著能力，縮短了制動(dòng)距離，提高了汽車制動(dòng)過程中的方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操作能力，達(dá)到了最佳制動(dòng)效果的目的。然而，滑移率和路面附著系數(shù)的關(guān)系又受到很多因素的影響，如車輛本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)、車速、輪胎充氣壓力、輪胎垂直載荷、路面狀況等等[2]。還需要針對不同車型進(jìn)行大量的參數(shù)匹配試驗(yàn)，大概需要一年半到兩年的時(shí)間，并且需要大量的經(jīng)驗(yàn)，不僅耗資巨大，而且延長了產(chǎn)品的開發(fā)周期。根據(jù)汽車制動(dòng)過程的物理實(shí)質(zhì)及動(dòng)力學(xué)分析，對ABS控制器的結(jié)構(gòu)原理、控制方法等方面進(jìn)行分析和研究，利用AMESim軟件建立車輛防抱死制動(dòng)系統(tǒng)模型，可以很容易分析液壓系統(tǒng)元件對整個(gè)系統(tǒng)的影響。最早官方記錄的汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)是在英國1932年發(fā)布的專利382241，題目是“制動(dòng)時(shí)防止車輪壓緊轉(zhuǎn)動(dòng)車輪的安全裝置”。汽車上開始使用ABS始于20世紀(jì)50年代中期福特汽車公司，1954年福特汽車公司在林肯車上裝配法國航空公司的ABS裝置，這種ABS裝置控制部分采用機(jī)械式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能相對單一，只有在特定車輛和工況下，防抱死控制才有效，因此制動(dòng)效果并不理想。直到70年代后期，由于電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，為ABS技術(shù)在汽車上的應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)支持。這段時(shí)期許多家公司都相繼研制了形式多樣的ABS 裝置。現(xiàn)在發(fā)達(dá)國家已廣泛采用了ABS 技術(shù)。美國德科公司(DELCO)，由美國通用及韓國大宇汽車采用；美國本迪克斯公司(BENDIX)，由美國克萊斯勒汽車采用。 國內(nèi)對ABS的研究工作始于八十年代初，研制單位有東風(fēng)汽車公司、交通部重慶公路所、重慶宏安ABS有限公司、陜西興平514工廠與西安交通大學(xué)等。交通部重慶公路所研制的ABS適用于中型汽車，其第一代ABS電子控制單元(ECU) 采用了Z80芯片，第二代ABS產(chǎn)品采用了MCS96系列8098單片機(jī)，控制軟件、傳感器和執(zhí)行器都由自己研制，裝車試驗(yàn)的主要問題是系統(tǒng)對于路況的識(shí)別不夠理想。宏安公司是我國批量生產(chǎn)ABS的廠家。重型汽車研究中心1995 年6月對自制的ABS系統(tǒng)進(jìn)行了道路試驗(yàn)，但存在一些問題，隨后，課題組重新設(shè)計(jì)了軟件及硬件，所生產(chǎn)的ABS基本上己達(dá)到國外產(chǎn)品的性能。 ABS正在向小型車普及，但作為附加的安全裝置，它會(huì)增加整車的重量并占據(jù)安裝空間，因此要求其體積和重量盡可能小。目前，經(jīng)過優(yōu)化的ABS己可將主缸、壓力調(diào)節(jié)器和電控單元集成為一體，從而大大減小了體積和成本。ABS的作用是通過控制汽車的縱向制動(dòng)力來使汽車在制動(dòng)過程中保持最佳的縱向附著系數(shù)和較好的橫向附著系數(shù)，從而提高汽車的制動(dòng)性能、方向穩(wěn)定性和操縱性。這樣，它們可共用許多電子元件和系統(tǒng)部件來控制汽車車輪的運(yùn)動(dòng)，電子控制和保護(hù)裝置都被裝在同一個(gè)殼體內(nèi)。1996年，Bosch公司提出了車輛動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)(VDC)的概念，在ABS/ASR的基礎(chǔ)上，加入側(cè)向穩(wěn)定性控制等新內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)全工況內(nèi)的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)最佳[4]。只有取得準(zhǔn)確的車輪速度或加速度信號(hào)，控制系統(tǒng)ECU才能知道什么時(shí)候下達(dá)卸壓指令，什么時(shí)候下達(dá)保壓指令，什么時(shí)候下達(dá)增壓指令，從而使車輪不致抱死，并不斷減速直到停止。系統(tǒng)取得輪速所花的時(shí)間分為硬件轉(zhuǎn)換時(shí)間和軟件計(jì)算時(shí)間。最極端的情況是一個(gè)循環(huán)的時(shí)間都花在了輪速的計(jì)算上。ABS輪速的精度對其以后的輪加減速度和參考車速的計(jì)算精度影響很大。實(shí)用的輪速算法采用測量脈沖的寬度，經(jīng)過數(shù)字濾波，從而對輪速的結(jié)果進(jìn)行合理性的判斷修正。它的主要作用是接收輪速傳感器等輸入信號(hào)，計(jì)算出輪速、參考車速、車輪減速度、滑移率等，并進(jìn)行判斷，輸出控制指令，控制制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器等進(jìn)行工作。大多數(shù)電子控制單元是以微處理器為基礎(chǔ)，采用專用集成電路，一般至少有一個(gè)微處理器來確保快速、可靠地處理數(shù)據(jù)。其作用接受ABS 電子控制單元的指令，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)器中的電磁閥動(dòng)作(或油泵電機(jī)動(dòng)作)，實(shí)現(xiàn)輪缸壓力的調(diào)節(jié)。 ABS液壓調(diào)節(jié)單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)HCU 要按既定的壓力控制模式，有效地對制動(dòng)壓力實(shí)施控制，又必須滿足以下基本要求： 。目前，而ECU每秒可進(jìn)行 200次左右計(jì)算。 HCU 對制動(dòng)壓力實(shí)施有效控制，應(yīng)使增壓和減壓速率適當(dāng)。加、減速度絕對值小，則制動(dòng)效能低下；加、減速度絕對值大，會(huì)使ABS難以控制，此時(shí)不僅影響制動(dòng)效能，而且會(huì)使車輛制動(dòng)時(shí)舒適性降低。 合理的制動(dòng)壓力取決于路面條件、氣象條件、車輛類別及承載情況等。并且過大的制動(dòng)壓力波動(dòng)會(huì)引起制動(dòng)管路的震動(dòng)，影響ABS的控制效果。它與 ECU 封裝在一起。每對高速開關(guān)閥又由一個(gè)常開閥(又稱加壓閥)和一個(gè)常閉閥(又稱減壓閥)組成。4個(gè)常開閥分別設(shè)置在制動(dòng)主缸兩腔和液壓助力室至各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)管路中；而另4個(gè)常閉閥分別設(shè)置在各個(gè)制動(dòng)輪缸至蓄能器的制動(dòng)液通路中。通常在制動(dòng)開始時(shí)，系統(tǒng)中的各電磁閥均不通電，常開閥和常閉閥都處于斷電狀態(tài)，常開閥開啟，常閉閥關(guān)閉，主缸的高壓制動(dòng)液經(jīng)常開閥進(jìn)入制動(dòng)輪缸而不能進(jìn)入蓄能器?；赜捅玫淖饔檬菍⑿钅芷髦械闹苿?dòng)液泵回主缸。 ABS工作原理汽車在行駛過程中，車輪在路面上的縱向運(yùn)動(dòng)可有滾動(dòng)與滑動(dòng)兩種形式，當(dāng)輪胎在路面上滑移時(shí)，將改變輪胎與地面間的附著系數(shù)，因而也改變了汽車的制動(dòng)力。 ()式中，V—汽車行駛速度； S—滑移率； ω—車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 ABS的產(chǎn)生離不開前人對路面特性的研究。 在輪胎和地面的接觸面上還存在著另一個(gè)摩擦力，它作用在車輪的側(cè)向，稱為側(cè)向附著力。汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤使車輪產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)角，相應(yīng)的產(chǎn)生了側(cè)向附著力，使汽車持續(xù)曲線運(yùn)動(dòng)。 側(cè)向附著系數(shù)縱向附著系數(shù)Sc滑移率S 車輪滑移率與路面附著系數(shù)的關(guān)系，隨著制動(dòng)力的增加，車輪的滑移率也在不斷增加，隨著滑移率S的增加，縱向附著系數(shù)會(huì)達(dá)到一個(gè)峰值點(diǎn)μh，其對應(yīng)的滑移率為Sc。隨著滑移率的增加，側(cè)向附著系數(shù)在不斷減小，當(dāng)S＝100％時(shí)，汽車抗側(cè)向干擾的能力接近于零。如果汽車此時(shí)受到很小的側(cè)向干擾(如汽車重力的橫向分力、路面不平整產(chǎn)生的橫向力、橫向風(fēng)力等)，就有可能使汽車發(fā)生側(cè)向滑動(dòng)，跑偏或者甩尾掉頭等危險(xiǎn)工況。 汽車ABS通過自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)力矩，使滑移率保持在最佳滑移率Sc附近，充分利用了輪胎與路面的附著能力，提高了制動(dòng)性能，縮短了制動(dòng)距離，同時(shí)又保持了較大的側(cè)向附著系數(shù)，提高了汽車的抗側(cè)滑能力和轉(zhuǎn)向能力，防止制動(dòng)過程中側(cè)滑、跑偏和甩尾現(xiàn)象的發(fā)生，保證制動(dòng)時(shí)的安全性，減少交通事故的發(fā)生。AMESim(Advanced Modeling Environment for Simulations ofengineering system)是法國IMAGINE公司自1995年推出的一種新型的高級(jí)建模仿真軟件。所有的應(yīng)用庫都提供了將信號(hào)端轉(zhuǎn)換成為結(jié)構(gòu)化的多通口功能模塊，方便工程師利用方塊圖靈活、迅速地建立物理系統(tǒng)的模型 建立ABS液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，表示出所要建立模型對象的組成及工作過程的各個(gè)環(huán)節(jié)。分析ABS液壓系統(tǒng)響應(yīng)特性，及影響參數(shù)。第 2 章 ABS液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模 目前，常用的車輛模型主要有一般車輛模型、四輪車輛模型、雙輪車輛模型[10]以及單輪車輛模型。車輛運(yùn)動(dòng)方程： ()車輪運(yùn)動(dòng)方程： () 車輪縱向摩擦力： () 定義滑移率為： FxNTbVM 單輪車輛模型式中，M－汽車的質(zhì)量； V－汽車的速度； Fx－地面制動(dòng)力； I－車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； ω－車輪角速度； r－車輪滾動(dòng)半徑； Tb－制動(dòng)力矩； Tg－輪胎和地面間的制動(dòng)力矩； μ－附著系數(shù)； N－車輪對地面法向反力 根據(jù)車輛的運(yùn)動(dòng)方程（），（），（）建立Simulink仿真模型，輸入位置動(dòng)力和縱向附著系數(shù)，輸出為車輛速度、車輪轉(zhuǎn)速及制動(dòng)距離。由公式（）可得在制動(dòng)過程中的整車動(dòng)力學(xué)方程為： () 式中,Vx－汽車縱向速度； Vy－汽車橫向速度； 第一個(gè)下標(biāo) f－汽車前輪； 第一個(gè)下標(biāo) r－汽車后輪； 第二個(gè)下標(biāo) f－汽車左輪； 第二個(gè)下標(biāo) r－汽車右輪； rdF－汽車前輪滾動(dòng)半徑； rdR－汽車后輪滾動(dòng)半徑； Tbxx－車輪上的制動(dòng)力； M－整車質(zhì)量； a－質(zhì)心到前軸的距離； b－質(zhì)心到后軸的距離； Iz－整車轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； Ixx－車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 作為整車模型，還應(yīng)考慮汽車在縱向加速度和橫向加速度下引起的載荷轉(zhuǎn)移考慮到這些因素，作用在各個(gè)車輪上的垂直載荷如公式（）。由于ABS是一種快速反應(yīng)機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性起著至關(guān)重要的作用。雷諾數(shù)其定義如下： ()—液體密度(Kg/m3)； —液體的平均流速(m/s)；—不同流動(dòng)狀態(tài)下的特征尺寸； —液體絕對粘度(Pa) 閥口流量液體流動(dòng)狀態(tài)為層流狀態(tài)，通過閥體的體積流量： ()—通過閥體的體積流量(m3)； —層流時(shí)閥口流量系數(shù)；—閥口截面積(m2)； —液體密度(Kg/m3)；—閥口兩端壓力差； —層流系數(shù)；—雷諾數(shù)絕對粘度與液體密度的比值稱為運(yùn)動(dòng)粘度，其定義為： ()—流體的運(yùn)動(dòng)粘度(m2/s)； —流體的絕對粘度； —流體的密度(Kg/m3) 制動(dòng)主缸中模型 ()—制動(dòng)主缸中壓力； ksp—制動(dòng)主缸中回位彈簧剛度 真空助力器模型真空助力器閥口中的氣體流動(dòng)可以看作是氣體在噴嘴中的流動(dòng)，假定氣體為理想氣體，在真空助力器閥口中的氣流速度遠(yuǎn)大于氣體與外界進(jìn)行熱交換的速度，氣體流過時(shí)的能量損失遠(yuǎn)小于它具有的總能量，可以忽略。真空助力器閥口中的氣流為亞聲流速狀態(tài)。此時(shí)通過閥口的氣體流量為： ()—流過閥口截面積的流量(m3/h)； —閥口流通截面的有效面積(mm2)；—閥口上游絕對壓力(Pa)； —絕對溫度(K)； () i—分別代表四個(gè)車輪的制動(dòng)輪缸； Q2i+1—流入電磁閥的流量； Q2i—流出電磁閥的流量 ()—?dú)怏w質(zhì)量； —初始?xì)怏w壓力；—初始?xì)怏w體積； —?dú)怏w體積；—?dú)怏w常量； —初始?xì)怏w質(zhì)量 回油泵模型 () —葉片寬度； —轉(zhuǎn)子和定子間的偏