【正文】 制電路能夠滿足ABS的實(shí)時(shí)性控制要求，故障診斷電路能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)出元器件故障，為維修人員提供便利。本章對(duì)該控制策略進(jìn)行了深入研究，給出了控制系統(tǒng)流程圖，并在模擬試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了試驗(yàn)。 第二章 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本原理 ABS系統(tǒng)能夠通過(guò)控制制動(dòng)過(guò)程中車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使車輪不產(chǎn)生抱死，保證汽車制動(dòng)時(shí)處于最佳的制動(dòng)狀態(tài)，即保持方向穩(wěn)定性、方向操縱性和縮短制動(dòng)距離。 制動(dòng)時(shí)汽車的運(yùn)動(dòng) 制動(dòng)時(shí)汽車受力分析 汽車在制動(dòng)的過(guò)程中主要受到地面給汽車的作用力、風(fēng)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(shí)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(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。汽車直線制動(dòng)時(shí)，若受到橫向干擾力的作用，如橫向風(fēng)力或路面不平，汽車將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力來(lái)保持汽車的直線行駛方向，如圖21(a) 所示。 地面制動(dòng)力決定制動(dòng)距離的長(zhǎng)短，側(cè)滑摩擦力則決定了汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。 轉(zhuǎn)彎力和汽車的方向操縱性有關(guān)， 它保證了汽車能夠按照駕駛員的意愿轉(zhuǎn)向；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。 如上所述，施加適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)，能夠有效地使汽車停下。因此，汽車行駛時(shí)，要根據(jù)冰路、雪路、砂石路、壞路、 水濕路 干路、直路、彎曲路等道路條件，根據(jù)汽車速度、方向轉(zhuǎn)角等行駛條件進(jìn)行制動(dòng)操作， 必須時(shí)常注意不能讓車輪完全抱死。對(duì)ABS系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，就是要防止這些危險(xiǎn)情況的出現(xiàn)。 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。為制動(dòng)時(shí)前輪全部抱死而后輪不抱死汽車的運(yùn)動(dòng)情況示意，當(dāng)前輪抱死時(shí)轉(zhuǎn)彎力為零，駕駛員無(wú)法控制汽車的方向使汽車轉(zhuǎn)向來(lái)避讓前方的障礙物，這時(shí)由于汽車后輪不抱死，所以汽車仍具有側(cè)向力來(lái)維持方向穩(wěn)定性。 汽車不能保持原來(lái)的行駛方向，由于離心力和前輪轉(zhuǎn)向力的作用，汽車將一面旋轉(zhuǎn)一面沿曲線行駛（這種運(yùn)動(dòng)叫外旋轉(zhuǎn)）。 圖22 汽車直線制動(dòng)車輪抱死時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況2 汽車在一種路面上轉(zhuǎn)彎制動(dòng)車輪抱死時(shí)可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)情況如圖 23 所示。圖23 汽車轉(zhuǎn)彎制動(dòng)車輪抱死時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況 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。 滑移率和路面附著系數(shù)的關(guān)系 制動(dòng)時(shí)道路作用于車輪上的縱向附著力就等于汽車制動(dòng)力。 定義縱向附著力為F，側(cè)向附著力Ｆ，車輪的垂直載荷Ｎ，則縱向附著系數(shù)和側(cè)向附著系數(shù)可以用下式表示： ………………………………………（2—1） …………………………………………（2—2）汽車在制動(dòng)的過(guò)程中出現(xiàn)車輪抱死時(shí)，車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并不是從旋轉(zhuǎn)狀態(tài)突然進(jìn)入到相對(duì)于汽車停止的抱死狀態(tài)，即車輪從旋轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)入抱死狀態(tài)要經(jīng)歷一個(gè)過(guò)渡過(guò)程。若以車輪抱死時(shí)的抱死程度為最大，則在過(guò)渡過(guò)程時(shí)車輪的抱死程度就較小，在不對(duì)車輪進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，車輪抱死的程度為最小。顯然，滑移率Ｓ的取值范圍為０~１． 當(dāng)不對(duì)車輪進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，車輪隨汽車的運(yùn)動(dòng)而滾動(dòng)，由車輪輪速計(jì)算出的車輪中心速度汽車速度心速度和汽車的速度大小相等，滑移率為０。當(dāng)制動(dòng)增強(qiáng)時(shí)，車輪的轉(zhuǎn)速逐漸變小，最終為零，這時(shí)汽車拖帶車輪相對(duì)于路面做純滑動(dòng)，滑移率為1。 車輪滑移率和車輪的縱向及側(cè)向附著系數(shù)之間有如圖24所示的關(guān)系。 圖24 滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系 滑移率為零時(shí)，縱向附著系數(shù)為零，側(cè)向附著系數(shù)為最大。當(dāng)滑移率繼續(xù)增大時(shí)，縱向附著系數(shù)在滑移率S為20%左右時(shí)達(dá)到峰值后開(kāi)始迅速減小。車輪抱死時(shí)，滑移率為最大，縱向附著系數(shù)降至某一數(shù)值后不再變化，側(cè)向附著系數(shù)在車輪抱死時(shí)幾乎為零。 由于制動(dòng)時(shí)地面作用在車輪上的地面制動(dòng)力、和側(cè)滑摩擦力與車輪的附著系數(shù)之間存在式（21）、（22）所示的線性關(guān)系，所以在制動(dòng)過(guò)程中汽車所受到的地面制動(dòng)力和側(cè)滑摩擦力，與車輪的滑移率Ｓ之間也存在同樣的非線性關(guān)系。所以，制動(dòng)時(shí)車輪抱死不僅影響到汽車制動(dòng)的方向穩(wěn)定性和方向操作性，還通過(guò)地面制動(dòng)力的變化影響到汽車的制動(dòng)距離。 這樣能夠在保證汽車的方向穩(wěn)定性和操作性的前提下使汽車有更短的制動(dòng)距離。 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。 圖25 不同路面上滑移率和縱向附著系數(shù)關(guān)系由圖25可以看出，各種路面上的變化的總體趨勢(shì)是一致的。一般干燥潔凈的平整水泥、。 若汽車在同一種類型路面上制動(dòng)時(shí)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(huì)略有不同，制動(dòng)時(shí)的車速越高，車輪的縱向附著系數(shù)越低。 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。制動(dòng)時(shí)汽車通過(guò)制動(dòng)系統(tǒng)改變車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而改變車輪的滑移率，形成整個(gè)非線性的制動(dòng)過(guò)程。 圖26 制動(dòng)過(guò)程單輪受力簡(jiǎn)圖 制動(dòng)車輪軸荷與支撐力Ｎ平衡，該輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Ｊ，半徑r：軸心平移速度V．轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，制動(dòng)器制動(dòng)力矩 Mu， 通常與車輪制動(dòng)壓力成正比，系數(shù)K， 則有 …………（24） …………………………………………（25）制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力遠(yuǎn)大于空氣阻力和滾動(dòng)阻力， 分別為右側(cè)前后輪制， 汽車初速為Vｏ，質(zhì)量為ｍ（重力G），質(zhì)心ｃ到前后軸距離I1 I2 ,軸距Ｌ，B質(zhì)心高h(yuǎn)g， 汽車制動(dòng)減速度為 …………………………（26） 前軸載荷 …………………………………………（27）后軸載荷 …………………………………………（28） 制動(dòng)時(shí)附加轉(zhuǎn)向力矩 MS＝［（Fb1t +Fｂ２ｒ）（Fｂ1r　+　Fｂ２r）］B=［（Fｂ1t Fｂ1r）+（Fb2tFｂ２r）］B………………（29） ………………………………………………（210）從式 （２４）可知，調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力可以使車輪角減速度產(chǎn)生變化：從式（210）計(jì)算制動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)車速V，可計(jì)算各車輪滑移率，從式 （27）（28）及各軸載荷可以判斷道路附著系數(shù)，并進(jìn)行調(diào)節(jié)，故知ABS可以用ｄw/ｄｔ（角加速度）或滑移率S，或滑移率與角加速度聯(lián)合作為控制參數(shù)。 在日常生活中，大家都可能遇到過(guò)這種現(xiàn)象。然后再測(cè)量一下制動(dòng)距離，看一看該車制動(dòng)效果好不好。 如果輪胎的滑移率過(guò)大的話，附著力反而要降低。 當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，如果汽車緊急制動(dòng)的話，和直線行駛一樣會(huì)出現(xiàn)車輪抱死現(xiàn)象。汽車的側(cè)向附著力和制動(dòng)力之間的關(guān)系十分緊密。司機(jī)踏動(dòng)制動(dòng)踏板，隨著制動(dòng)力的加大，輪胎的滑移率增加，側(cè)向附著力逐漸減速小。這樣汽車的側(cè)向附著力幾乎等于零。在車輪抱死之后，方向盤己經(jīng)不起作用了，汽車陷入了不能控制方向的困境，只有前輪抱死的汽車沿著直線前進(jìn)最后停車，只有后輪抱死的汽車發(fā)生旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象最后停車，如果前后輪都抱死的話，汽車一邊轉(zhuǎn)一邊沿直線前進(jìn)最后停車。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。為了達(dá)到上述目的，要求司機(jī)在操作時(shí)應(yīng)十分精心，即踏動(dòng)制動(dòng)踏板使車輪抱死，然后在輪胎抱死的一瞬間放松制動(dòng)踏板，輪胎一旦開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)再踏動(dòng)制動(dòng)踏板使車輪抱死，如此反復(fù)操作。 除此之外，汽車行駛的許多條件也都在變化之中，如道路的路面狀況時(shí)時(shí)刻刻都在變化，輪胎著地狀態(tài)也每時(shí)每刻各不一樣，前后輪胎的載荷分配更是如此。 當(dāng)然技術(shù)熟練的司機(jī)在某種程度上能根據(jù)各種條件合理地操作制動(dòng)，如采用點(diǎn)制動(dòng)。上述司機(jī)做不到的許多事，利用傳感器就能辦到。ABS系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用到每個(gè)車輪制動(dòng)缸的制動(dòng)液壓力，以防止無(wú)論任何時(shí)由于制動(dòng)過(guò)猛而可能引起的車輪抱死。使滑移率控制在一定范圍之內(nèi)。 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的類型 Ｉ． 按控制方式分類 目前ABS采用的控制方式可分為兩種：預(yù)測(cè)控制方式和模仿控制方式。 此中控制方式更接近理想的制動(dòng)控制，它能對(duì)制動(dòng)過(guò)程中各種因素 （如路面條件、使用的檔位等）的影響及時(shí)修正，在各種路面或行駛條件下緊急制動(dòng)時(shí)，使車輪滑移率的變化范圍更窄。根據(jù)控制參數(shù)不同，采用預(yù)測(cè)控制方式的ABS又可分為下列四種形式： （1） 以車輪減速度為控制參數(shù)的ABS。 （2） 以車輪滑移率為控制參數(shù)的ABS。輪速傳感器可準(zhǔn)確檢測(cè)輪速，而準(zhǔn)確檢測(cè)車速比較困難，目前ABS中應(yīng)用最多的檢測(cè)車速的方法是根據(jù)車輪速度近似計(jì)算車速。此種形式的ABS通過(guò)輪速傳感器檢測(cè)輪速，并計(jì)算求得車輪減速度和加速度，然后與ABS電腦中預(yù)先設(shè)定的車輪減速度或加速度門限值進(jìn)行比較，對(duì)制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行控制。（4） 以車輪減速度、加速度和滑移率為控制參數(shù)的ABS。１． 按 ABS的布置形式分類ABS的布置形式是指輪速傳感器的數(shù)量、 制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器控制的通道數(shù)和對(duì)各車輪制動(dòng)器壓力的控制方式。 這種類型的ABS系統(tǒng)能根據(jù)各個(gè)車輪的瞬間附著狀態(tài)的需要分別控制車輪制動(dòng)器制動(dòng)力矩，因此采用這種類型ABS的汽車在緊急制動(dòng)時(shí)可獲得最短的制動(dòng)距離和最好的操縱性。（2） 四傳感器四通道式（前輪獨(dú)立一后輪低選擇控制方式）對(duì)于采用X形制動(dòng)管路的汽車，常用四傳感器四通道后輪選控式ABS系統(tǒng)。 由于后輪采用了低選擇控制方式，從而使得汽車在不對(duì)稱路面上緊急制動(dòng)時(shí)偏轉(zhuǎn)力矩減小，駕駛員較容易控制住汽車的偏轉(zhuǎn)。 （３） 四傳感器三通道式 （前輪獨(dú)立一后輪低選擇控制方式）對(duì)于采用制動(dòng)管路前后布置方式的汽車，常用四傳感器三通道式ABS系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)前輪左右獨(dú)立控制，后輪低選擇控制（以轉(zhuǎn)矩較小的車輪為控制標(biāo)準(zhǔn)），同時(shí)對(duì)兩個(gè)后輪進(jìn)行控制，使汽車有較好的方向穩(wěn)定性。 在不對(duì)稱的路面上緊急制動(dòng)時(shí)，高附著系數(shù)一側(cè)前輪產(chǎn)生的高壓傳至低附著系數(shù)一側(cè)后輪，該后輪發(fā)生抱死。四傳感器二通道前輪獨(dú)立控制ABS系統(tǒng)與三通道式或四通道式相比較，后輪制動(dòng)力一般都稍微不足，汽車緊急制動(dòng)時(shí)制動(dòng)距離有所加長(zhǎng)，但后輪滑移較小，制動(dòng)穩(wěn)定性較好。這種類型的ABS系統(tǒng)與前述的沒(méi)有選擇閥的系統(tǒng)相比，可以避免后輪抱死，使其控制效果更接近于三通道甚至四通道ABS系統(tǒng)。 兩個(gè)前輪采用獨(dú)立控制，后輪的控制則是根據(jù)差速器發(fā)出的信號(hào)，對(duì)兩個(gè)后輪進(jìn)行低選，用一條通道實(shí)施控制。 這種方式?jīng)]有電子控制單元，屬于機(jī)械A(chǔ)BS． （８） 單傳感器單通道式 （后輪近似低選擇控制方式） 這種控制方式采用一個(gè)傳感器及同一條通道控制兩個(gè)后輪。ABS是把汽車車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制在窄小滑移范圍之內(nèi)的一種控制裝置，它的作用效果在于： 緊急制動(dòng)時(shí)既保證了前輪的操縱性，又保證了后輪不產(chǎn)生側(cè)滑，能夠保持汽車的方向穩(wěn)定性。 即對(duì)各種類型ABS系統(tǒng)的優(yōu)劣評(píng)價(jià)應(yīng)是基于操縱性、 方向穩(wěn)定性和制動(dòng)距離這3個(gè)方面來(lái)進(jìn)行。按其液壓控制部分的結(jié)構(gòu)原理不同主要可分為整體式、分離式和活塞泵式三種類型。 （2）氣壓制動(dòng)系統(tǒng) ABS． （３） 氣頂液制動(dòng)系統(tǒng) ABS。 氣頂液制動(dòng)系統(tǒng)ABS按其結(jié)構(gòu)原理又可分為兩種類型：一種是通過(guò)對(duì)氣頂液動(dòng)力缸輸入空氣壓力來(lái)控制制動(dòng)壓力的ABS：另一種是直接控制由氣頂液動(dòng)力缸輸出到各車輪制動(dòng)器的制動(dòng)液壓力的ABS． 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本工作原理 ABS系統(tǒng)是通過(guò)在制動(dòng)時(shí)按一定規(guī)律不斷改變制動(dòng)液壓力使車輪不產(chǎn)生抱死狀態(tài)的。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。 汽車開(kāi)始制動(dòng)時(shí)，駕駛員踩下制動(dòng)踏板，制動(dòng)管路中油壓由零開(kāi)始上升，制動(dòng)器使車輪上產(chǎn)生制動(dòng)力矩，同時(shí)產(chǎn)生地面制動(dòng)力使汽車和車輪都開(kāi)始減速。當(dāng)車輪減速度的值達(dá)到規(guī)定的門限值ａ時(shí)，產(chǎn)生減壓信號(hào)，圖27中1點(diǎn)所示，ABS系統(tǒng)開(kāi)始工作，降低制動(dòng)油壓。ABS通過(guò)這樣的控制過(guò)程可以使車輪的速度控制在一定的范圍內(nèi)而不產(chǎn)生抱死。 但顯然門限值的確定需要大量的試驗(yàn)來(lái)確定。 在ABS中，每個(gè)車輪上各安置一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，將各車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入電子控制裝置 ECU. ECU根據(jù)各車輪轉(zhuǎn)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。 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。 在制動(dòng)過(guò)程中，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)入防抱死制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)過(guò)程。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在該ABS中對(duì)應(yīng)于每一個(gè)制動(dòng)輪缸各有一對(duì)進(jìn)液和出液電磁閥，可由ECU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。電動(dòng)液壓泵轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入ECU，供ECU動(dòng)液壓泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。液壓調(diào)節(jié)器工作原理如圖28示。其中,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)。 2 防抱死制動(dòng)過(guò)程： 　　在制動(dòng)過(guò)程中，如果電子控制單元（ECU）根據(jù)車輪輪速傳感器輸入的車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)判定是否有車輪趨于制動(dòng)抱死傾向。所有電磁閥均不通電制動(dòng)壓力進(jìn)入各車輪制動(dòng)器，車輪轉(zhuǎn)速迅速降低 （此時(shí)同常規(guī)制動(dòng)）， 直到電子控制單元(ECU)通過(guò)計(jì)算得知車輪有抱死傾向?yàn)橹埂? 減壓過(guò)程—如果在保壓階段車輪仍有抱死傾向，則 ABS系統(tǒng)進(jìn)入降壓階段。 與此同時(shí)液壓泵也開(kāi)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。 增壓過(guò)程—為了達(dá)到最佳制動(dòng)效果，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后（與設(shè)定的門限值比較）ECU再次發(fā)出控制指令使該制動(dòng)輪缸相應(yīng)的進(jìn)液電磁閥和出液電磁閥都斷電，使進(jìn)液電磁閥處于通流狀態(tài)，出液電磁閥處于斷流狀態(tài)，制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液就會(huì)通過(guò)進(jìn)液電磁閥進(jìn)入制動(dòng)輪缸，該制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力隨之增大，輪速再次被制動(dòng)而下降。 在ABS工作期間