【正文】 ，通過觀測器決定出車輛應具有的名義運動狀態(tài)。名義狀態(tài)與實際狀態(tài)的差值即為控制的狀態(tài)變量，控制的目的就是使這種差值達到最小，實現(xiàn)的方法則是利用車輪滑移率特性。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)防抱死制動系統(tǒng)的研究和應用概況 我國ABS的研究始于20世紀80年代初，現(xiàn)剛剛進入產(chǎn)品試制和裝車試驗階段。ABS系統(tǒng)的研究在我國成為熱門課題，許多高校、科研單位和生產(chǎn)廠家正在加快研究攻關和技術引進步伐。 東風公司從80年代初就開始研究ABS，是較早研究ABS的廠家之一，現(xiàn)研究工作的主要目標是對國外的產(chǎn)品進行消化吸收。 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工NTEL公司的MCS－96系列8098單片機。 從 1998年起，國產(chǎn)的奧迪、桑塔納和富康等轎車，己普遍裝上了ABS． ABS系統(tǒng)能夠通過控制制動過程中車輪的運動狀態(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。 制動時汽車的運動 制動時汽車受力分析 汽車在制動的過程中主要受到地面給汽車的作用力、風的阻力和自身重力的作用。汽車在直線行駛并受橫向外界干擾力作用和汽車轉(zhuǎn)彎時所受到地面給汽車的力如圖21所示。 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，它是使汽車在制動時減速并停止的主要作用力。汽車直線制動時，若受到橫向干擾力的作用，如橫向風力或路面不平，汽車將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力來保持汽車的直線行駛方向，如圖21(a) 所示。 圖21汽車直線和轉(zhuǎn)彎制動時的平面受力簡圖如圖21（ｂ）所示。 這里將作用在前輪上的側(cè)滑摩擦力稱為轉(zhuǎn)彎力， 將作用在后輪上的側(cè)滑摩擦力稱為側(cè)向力。轉(zhuǎn)彎力越大，汽車的方向操縱性越好；側(cè)向力越大，汽車的方向穩(wěn)定性越好。制動強度過大，是汽車發(fā)生各種危險運動狀況的主要原因。 車輪抱死時汽車運動情況 車輪抱死時汽車所受到的側(cè)滑摩擦力將會變的很小，這將使汽車制動時保持方向操縱性和方向穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)彎力和側(cè)向力變的很小，使汽車在制動時出現(xiàn)一些危險的運動情況。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車輪抱死時汽車的運動情況。 圖22（a）為只有前輪抱死時，由于前輪的轉(zhuǎn)彎力基本為零，無法進行正常的轉(zhuǎn)向操作。 圖22（b） 為只有后輪抱死時，后輪的側(cè)向力接近于零，汽車仍具有方向操縱性，但會因后輪抱死而失去方向穩(wěn)定性使汽車側(cè)滑。 圖22（c）為前后車輪全部抱死時時轉(zhuǎn)彎力和側(cè)向力都為零，這種狀態(tài)很不穩(wěn)定，路面不均勻、左右輪地面制動力不相等時，即使對汽車施加很小的偏轉(zhuǎn)力矩，汽車就會產(chǎn)生不規(guī)則運動而處于危險狀態(tài)，在不規(guī)則旋轉(zhuǎn)的過程中將制動釋放，汽車就會沿著瞬時行駛方向急速駛出，這也是很危險的。 所有這些運動情況若在制動時出現(xiàn)，都是極其危險的。車輪的抱死程度和汽車的地面制動力及汽車的側(cè)滑摩擦力之間存在一定的關系，ABS之所以能防止汽車制動時出現(xiàn)危險的運動情況，就是根據(jù)這個關系來調(diào)整車輪的運動狀態(tài)，以避免側(cè)滑摩擦力為零。道路給予汽車轉(zhuǎn)向輪的側(cè)向附著力就是使汽車轉(zhuǎn)向的側(cè)向力。 在此過渡過程中，車輪相對于汽車的轉(zhuǎn)速慢慢降低，直至為零時車輪抱死。車輪滑移程度用滑移率Ｓ表示： ……………………………（2—3） Ｖ： 車輪中心的速度，單位 ｍ／ｓ； ： 車輪制動時轉(zhuǎn)速，單位 弧度／ｓ； ｒ： 沒有地面制動力時的車輪滾動半徑，單位 ｍ： 這里，車輪中心的速度Ｖ即為車速。若對車輪施加制動，車輪的旋轉(zhuǎn)將減速， 這時由輪速計算的車輪中心速度比車速小，使汽車開始拖動車輪使車輪中心的速度和汽車速度一樣，造成車輪相對路面產(chǎn)生滑動，車輪既做滾動又做滑動，滑移率介于０和１之間?？梢?，滑移率能夠定量表示車輪抱死的程度。 顯然它們之間的關系是一種非線性關系?；坡试龃髸r，車輪與地面之間開始出現(xiàn)滑動，縱向附著系數(shù)近似呈線性增長，同時側(cè)向附著系數(shù)減小。 達到峰值時的縱向附著系數(shù)稱為峰值附著系數(shù)，側(cè)向附著系數(shù)繼續(xù)減小。實質(zhì)上車輪通過輪胎的胎面與地面接觸，輪胎是彈性體，有很強的非線性，車輪滑移率和附著系數(shù)之間的非線性是輪胎的非線性及輪胎與地面之間接觸的非線性所造成的。并且，從圖24中縱向附著系數(shù)與車輪滑移率之間的關系還可以得出制動時車輪由轉(zhuǎn)動到抱死的過程中，地面制動力Ｆ、將會在車輪的運動狀態(tài)處于滑移率Ｓ在20%左右的區(qū)域時，達到一個最大值，車輪抱死時，地面制動力反而會減小，減小的程度示路面種類的不同而不同。 如果能在制動時把車輪的運動狀態(tài)控制在車輪滑移率S為20%左右，即在圖24中的帶狀區(qū)域內(nèi)，既能獲得最大的縱向附著系數(shù)又能獲得較高的側(cè)向附著系數(shù)，使得汽車具有最大的地面制動力和較大的側(cè)滑摩擦力。這就是ABS系統(tǒng)的基本控制目標。 圖25給出了不同類型路面上滑移率一縱向附著系數(shù)之間的關系?；坡屎涂v向附著系數(shù)之間的關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。如果這種差別隨路面類型的不同變化比較明顯，則在設計ABS系統(tǒng)控制方法時，就必須考慮到隨路面類型的不同而采取不同的控制目標和策略。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)一滑移率關系曲線不會有太大變化。 實際上，汽車的制動過程就是車輪和路面之間的一種非線性變化過程，即車輪附著系數(shù)隨車輪運動狀態(tài)非線性變化的過程，所以說汽車的制動過程是一種非線性的制動過程。 制動時車輪運動方程 制動過程單輪受力如圖26所示。 采用防抱死制動系統(tǒng)的必要性 汽車直線行駛過程中，突然緊急制動，汽車車輪一下子抱死，汽車仍然向前，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。 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，判斷司機在事故中是否采取了制動措施。當輪胎的滑移率在 8%25%時，輪胎和她面的摩擦力（附著力）最大。如果司機能控制輪胎的滑移率，使其在制動期間始終處于8%25% 范圍之內(nèi)，汽車將在更短的制動距離內(nèi)停車。 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，汽車喪夫了控制方向的能力,這是十分危險的。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。最后，當輪胎的滑移率達到 100%時，輪胎抱死。此時汽車正在轉(zhuǎn)彎中，輪胎開始出現(xiàn)側(cè)向滑動。上述各種狀態(tài)是極其危險的。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。 在摩擦系數(shù)小的光滑路面上，司機在制動時都很小心，唯恐使車輪抱死，但仍很難做到，原因是司機不知道車輪什么時候抱死。 要完成上述制動要求確實難上加難。可是一旦遇上緊急狀態(tài)，大多數(shù)人都是一腳踏死制動踏板，使輪胎抱死為此。將傳感器的數(shù)據(jù)進行整理、判斷、變成執(zhí)行機構所必需的信息，這部分工作對于電腦來說是很簡單的，按照電腦的指令執(zhí)行操作，這在機械結(jié)構上也不會有什么大問題。 當不再有可能抱死車輪時，再恢復正常壓力。 這樣不但提高了車輛行駛的穩(wěn)定性，增強了車輛方向的可控性，而且縮短了制動距離。2）雙參數(shù)控制（ABS） 雙參數(shù)控制的ABS，由車速傳感器(測速雷達)、輪速傳感器、控制裝置(電腦)和執(zhí)行機構組成。 對能夠獨立進行制動壓力調(diào)節(jié)的制動管路稱為控制通道。高選原則一同控制是指保證附著力較大的車輪不發(fā)生制動抱死或驅(qū)動防滑為原則進行制動壓力調(diào)節(jié)；反之，稱為低選原則一同控制。 1）四通道ABS系統(tǒng)（如圖271）圖271 四通道四傳感器ABS(a)雙制動管路前后布置(b)雙制動管路對角布置①組成：四個輪速傳感器，在通往四個車輪制動分泵的管路中，各設一個制動壓力調(diào)節(jié)分裝置，分別對各個車輪進行獨立控制。③適用：汽車左右兩側(cè)車輪附著系數(shù)相近的路面，不僅可以獲得良好的方向穩(wěn)定性和方向操縱能力，而且可以得到最短的制動距離。⑤結(jié)論：在具有驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)(ASR)功能時采用四通道式。一般三通道ABS是對兩前輪進行獨立控制，兩后輪按低選原則進行一同控制，也稱它為混合控制。該系統(tǒng)中雖然在通往四個車輪制動分泵(輪缸)的制動管路中，各設置一制動壓力調(diào)節(jié)分裝置，但兩個后輪制動壓力調(diào)節(jié)分裝置卻是由電子控制器按低選原則一同控制的，因此，實際上仍然是三通道ABS。在通往兩后輪制動分泵(輪缸)的制動總管路中，只設置一個制動壓力調(diào)節(jié)分裝置，以便對兩后輪制動分泵的制動壓力進行一同控制。④兩后輪按低選原則進行一同控制時，可以保證汽車在各種條件下左右兩后輪的制動力相等，即使兩側(cè)車輪的附著力相差較大，兩個車輪的制動力都限制在附著力較小的水平，使兩個后輪的制動力始終保持平衡，保證汽車在各種條件下制動時都具有良好的方向穩(wěn)定性。應該看到，在緊急制動時，由于發(fā)生軸荷前移，在汽車的總制動力中，后輪的制動力所占的比重較小，尤其是小轎車，使前輪的附著力比后輪的附著力大得多，通常后輪制動力只占總制動力的30％左右，因此，后輪附著力未能充分利用的損失對汽車的總制動力影響不大。一方面使汽車獲得盡可能大的總制動力，利于縮短制動距離，另一方面更重要的能在制動中使兩前輪始終保持較大的橫向附著力，使汽車保持良好轉(zhuǎn)向控制能力。因此，三通道ABS在小轎車上被普遍采用。②（d）圖中，在后制動管路中設置比例閥或低選擇閥。（4）單通道ABS系統(tǒng)（如圖274）圖274 一通道一傳感器ABS由于前輪無控制，故易抱死，轉(zhuǎn)向操縱性差，制動距離較長。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。 ABS系統(tǒng)在制動時對制動油壓的控制過程如圖 27所示。此時 ABS系統(tǒng)不對制動過程進行干預，所以制動油壓迅速增加，車輪減速度也增大。由于液壓制動系統(tǒng)的慣性，車輪減速度仍然下降一段時間，然后開始減小并小于門限值ａ時，圖 27中2點，產(chǎn)生保壓信號，ABS保持制動油壓不變，車輪由減速狀態(tài)進入加速狀態(tài)，車輪速度開始回升并靠近車速，當車輪加速度值達到設定的門限值＋ａ時，圖27中3點，產(chǎn)生升壓信號，ABS使制動油壓上升，車輪加速度在上升一段時間后開始減小，車輪由加速狀態(tài)又進入減速狀態(tài)，并再次進入另一個控制循環(huán)。這種控制方法的關鍵在于對車輪加、 減速度門限值的設定，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)。 除了設定車輪加減速度門限值之外，還可以根據(jù)控制質(zhì)量和路面類型的不同設定不同的門限值來提高控制的質(zhì)量，如參考滑移率門限值等。制動壓力調(diào)節(jié)裝置主要由調(diào)壓電磁閥總成、電動泵總成和儲液器等組成一個獨立的整體，通過制動管路與制動主缸和各制動輪缸相連，制動壓力調(diào)節(jié)裝置受電子控制裝置的控制，對各制動輪缸的制動壓力進行調(diào)節(jié)。在常規(guī)制動階段，ABS并不介入制動壓力控制，調(diào)壓電磁閥總成中的各進液電磁閥均不通電而處于開啟狀態(tài)，各出液壓電磁閥均不通電而處于關閉狀態(tài)，電動泵也不通電運轉(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。 例如，當ECU判定右前輪趨于抱死時，ECU就使控制右前輪制動壓力的進液電磁閥通電，使右前進液電磁閥轉(zhuǎn)入關閉狀態(tài)，制動主缸輸出的制動液不再進入右前制動輪缸，此時，右前出液電磁閥仍未通電而處于關閉狀態(tài)，右前制動輪缸中的制動液也不會流出，右前制動輪缸的制動壓力就保持一定，而其它未趨于抱死車輪的制動壓力仍會隨制動輪缸的制動主缸輸出壓力的增大而增大，如果在右前制動輪缸的制動壓力保持一定時，ECU右前輪仍然趨于抱死，ECU右前出液電磁閥也通電。ABS 通過使趨于抱死車輪的制動壓力循環(huán)往復地經(jīng)歷保持一減小一增大過程，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主缸的輸出壓力不再使車輪趨于抱死時為止，制動壓力調(diào)節(jié)循環(huán)的頻率可達 320Hz在該ABS中對應于每一個制動輪缸各有一對進液和出液電磁閥，可由ECU分別進行控制，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。電動液壓泵轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速信號輸入ECU，供ECU動液壓泵的運轉(zhuǎn)情況。液壓調(diào)節(jié)器工作原理如圖28示。其中,個進液電磁閥處于流通狀態(tài)，4個出液電磁閥處于斷流狀態(tài)，同時，電動液壓泵也不通電運轉(zhuǎn)。 （2）防抱死制動過程： 　　在制動過程中，如果電子控制單元（ECU）根據(jù)車輪輪速傳