【正文】 研制了形式多樣的 ABS 裝置?，F(xiàn)在發(fā)達國家已廣泛采用了 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，控制軟件、傳感器和執(zhí)行器都由自己研制，裝車試驗的主要問題是系統(tǒng)對于路況的識別不夠理想。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)進行了道路試驗，但存在一些問題，隨后，課題組重新設(shè)計了軟件及硬件，所生產(chǎn)的 ABS 基本上己達到國外產(chǎn)品的性能。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 4 ABS 正在向小型車普及，但作為附加的安全裝置，它會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力來使汽車在制動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動，電子控制和保護裝置都被裝在同一個殼體內(nèi)。 1996 年， Bosch公司提出了車輛動力學(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，以實現(xiàn)全工況內(nèi)的汽車運動狀態(tài)最佳 [4]。只有取得準(zhǔn)確的車輪速度或加速度信號，控制系統(tǒng) ECU才能知道什么時候下達卸壓指令，什么時候下達保壓指令 ，什么時候下達增壓指令，從而使車輪不致抱死，并不斷減速直到停止，如圖 。系統(tǒng)取得輪速所花的時間分為硬件轉(zhuǎn)換時間和軟件計算時間。最極端的情 況是一個循環(huán)的時間都花在了輪速的計算上。 ABS 輪速的黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 5 精度對其以后的輪加減速度和參考車速的計算精度影響很大。實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，計算出輪速、參考車速、車輪減速度、滑 移率 等，并進行判斷，輸出控制指令，控制制動壓力調(diào)節(jié)器等進行工作 。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，一般至少有一個微處理器來確?？焖?、可靠地處理數(shù)據(jù)，如圖 。其作用接受 ABS 電子控制單元的指令，驅(qū)動調(diào)節(jié)器中的電磁閥動作 (或油泵電機動作 )，實現(xiàn)輪缸壓力的調(diào)節(jié)。 圖 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，有效地對制動壓力實施控制，又必須滿足以下黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 6 基本要求： 通常助力式和動力式液壓制動系的促動時間為 。目 前，典型 HCU 的反應(yīng)時間僅為 ，而 ECU 每秒可進行 200 次左右計算。 HCU 對制動壓力實施有效控制，應(yīng)使增壓和減壓速率適當(dāng)。加、減速度絕對值小，則制動效能低下；加、減速度絕對值大，會使 ABS 難以控制，此時不僅影響制動效能，而且會使車輛制動時舒適性降低。 合理的制動壓力取決于路面條件、氣象條件、車輛類別及承載情況等。并且過大的制動壓力波動會引起制動管路的震動，影響ABS 的控制效果。它與 ECU 封裝在一起。每對高速開關(guān)閥又由一個常開閥 (又稱加壓閥 )和一個常閉閥 (又稱減壓閥 )組成。 4 個常開閥分別設(shè)置在制動主缸兩腔和液壓助力室至各制動輪缸的制動管路 中；而另 4 個常閉閥分別設(shè)置在各個制動輪缸至蓄能器的制動液通路中。通常在制動開始時，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，主缸的高壓制動液經(jīng)常開閥進入制動輪缸而不能進入蓄能器。回油泵的作用是將蓄能器中的制動液泵回主缸。 ABS 工作原理 汽車在 行駛 過程中，車輪在路面上的縱向運動可有滾動與滑動兩種形式，車輪相對于路面的滑動又可分為滑移與滑動兩種形式 .試驗表明，當(dāng)輪胎在路面上滑移時，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力。 100%VRS V????? () 式中， V—汽車行駛速度 ； S—滑移率 ； ω—車輪的轉(zhuǎn)動角速度 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，轉(zhuǎn)動方向盤使車輪產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)角，相應(yīng)的產(chǎn)生了側(cè)向附著力，使汽車持續(xù)曲線運動。 圖 車 輪滑移率與路面附著系數(shù)的關(guān)系 由圖 可知，隨著制動力的增加，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)會達到一個峰值點 μh，其對應(yīng)的滑移率為 Sc。由圖 可看出，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，汽車抗側(cè)向干擾的能力接近于零。如果汽車此時受到很小的側(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，跑偏或者甩尾掉頭等危險工況。 Sc 滑移率 S 縱向附著系數(shù) g? 側(cè)向附 著系數(shù) y? ? 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 8 汽車 ABS 通過自動調(diào)節(jié)制動力矩，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，提高了制動性能，縮短了制動距離，同時又保持了較大的 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，防止制動過程中側(cè)滑、跑偏和甩尾現(xiàn)象的發(fā)生，保證制動時的安全性，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建模仿真軟件。所有的應(yīng)用庫都提供了將信號端轉(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 研究 的主要內(nèi)容 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環(huán)節(jié) 。 分析 ABS 液壓系統(tǒng)響應(yīng)特性，及影響參數(shù)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 9 第 2 章 ABS 液壓 系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模 車輛模型 單輪車輛模型 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。車輛受力分析如圖 所示。 V Tb Fx N M 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 10 圖 單輪車輛 Simulink 模型 簡化的四輪車輛模型 忽略車輛側(cè)傾的影響，將簧上質(zhì)量、簧下質(zhì)量合為車輛整體質(zhì)量，忽略輪胎的滾動阻力和車輛風(fēng)阻，考慮車輛縱向、橫向、繞 Z 軸的轉(zhuǎn)動和四個車輪繞其旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，為研究方便，假定制動過程中前輪轉(zhuǎn)向角為零，前后車輪幾何中心在同一軸線上，橫擺過程中兩輪 上的附著系數(shù)不變，令車輛坐標(biāo)系原點與汽車質(zhì)心重合 [9]，可建立一個 7 自由度的四輪車輛模型 。 1234[ ( ) / 2 ] / 2[ ( ) / 2 ] / 2[ ( ) / 2 ] / 2[ ( ) / 2 ] / 2x g yg x g yx g yx g yN M bg v h L v h cN M b v h L v h cN M ag v h L v h cN M ag v h L v h c? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? () 式中， g— 重力加速度 ； hg— 汽車質(zhì)心高度 ； L— 前后軸距離 ； c— 車輛輪距 制動系統(tǒng)液壓元件模型 制動液壓系統(tǒng)主要由制動主缸、輪缸，電磁閥組成， 制動防抱死液壓系統(tǒng)的優(yōu)點是改善制動效能縮短制動距離；充分利用橫向附著系數(shù)，防止側(cè)滑改善汽車制動時的方向操縱性能；減小輪胎的局部磨損；減輕駕駛員的勞動強度，提高乘客的乘坐舒適性和安全性。 雷諾數(shù) 雷諾數(shù)是個無量綱 比值，它代表慣性力與粘性力之比，但雷諾數(shù)較小支配流動的主要因素是粘性力。因此，真空助力器閥口中的氣體流動可視為等熵流動。這時以聲速傳播的外界壓力擾動波能達到和傳出口界面去影響口內(nèi)的流動。即制動器響應(yīng)滯后時間。 油缸壓力下降變化率為： P2RRRdDdP KPdteK C AV??? ? ?? () ： 0dPdt? () 將三種狀態(tài)按統(tǒng)一的公式描述，并進行線性化處理，有 0 ,1dP kdt ???? 增壓 0 ,1dP kdt ??? ? ? 減壓 () 0 ,0dP kdt ???? 保壓 k0—閥的顯性化系數(shù) 由油壓的變化所引起的車輪上制動力矩的變化為： b bdT kdt ?? () kb—是與制動器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和線性化系數(shù) k0 有關(guān)的常數(shù) 本章小結(jié) 本章主要 建立了 單輪車輛模型和簡化的四輪車輛模型， 并進行了受力分析， 求解出車輛運動方程、車輪運動方程、車輪縱向摩擦力方程。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè) 論文 15 第 3 章 基于 AMESIM 的 ABS 液壓 系統(tǒng)建模 AMESIM 簡介 AMESIM 軟件功能簡介 AMESim（ Advanced Modeling and Simulation Environment for Systems Engineering）是世界著名的工程系統(tǒng)高級建模與仿真平臺，它提供了一個系統(tǒng)級工程設(shè)計的完整平臺，使得用戶可以在單一的平臺上建立復(fù)雜的一維多學(xué)科領(lǐng)域的機電液一體化系統(tǒng)模型，并在此基礎(chǔ)上進行仿真計算和深入的分析 [12]。 AMESim 的圖形化用戶界面使得用戶可以在完整的應(yīng)用模型庫中選擇需要的模塊來構(gòu)建復(fù)雜 各種 系統(tǒng)的模型。而且 簡便易用的操作使得用戶可以迅速有效地進行產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)。工程設(shè)計師完全可以應(yīng)用集成的一整套 AMESim 應(yīng)用模型庫來設(shè)計一個系統(tǒng)或一個流體元件，所有的這些來自不同物理領(lǐng)域的模型都是經(jīng)過嚴(yán)格的測試和實驗驗證的 [13]。 AMESIM 液壓元件設(shè)計庫包含了機液系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)單元模塊，它被看作是液壓元件建模的工程語言，可以對噴油器、液壓錘、柱塞泵、葉片泵、半主動緩沖器以及其他類型的液壓閥建模。 AMESIM 液壓元件設(shè)計庫通過細分結(jié)構(gòu)單元來處理液壓元件的多樣 性，使工程師可以用最少的圖標(biāo)和單元模塊來構(gòu)建最多的工程系統(tǒng)模型， 齊全的分析工具、多種仿真運行模式以及開放的結(jié)構(gòu)，使得 AMESim在汽車液壓系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及車輛熱分析等方面都有很好的應(yīng)用，并在法國雷諾、雪鐵龍汽車的設(shè)計過程中有過實際應(yīng)用，是目前國際上流行的汽車設(shè)計及仿真方面的理想工具。制動壓力調(diào)節(jié)器 串聯(lián)在制動主缸和輪缸之間，通過電磁閥直接或間接地控制輪缸的制動壓力，此系統(tǒng)屬于循環(huán)式制動壓力調(diào)節(jié)器，電磁閥的開關(guān)根據(jù)傳感器測得的輪速信號與車速信號， ECU 經(jīng)過處理得出控制信號 ， 控制相應(yīng)的電磁閥， 通過改變電磁閥 的 開啟或關(guān)閉，來調(diào)節(jié) 各制動輪缸實施制動壓力。主缸和輪缸管路相通， 制動主缸可隨時控制制動壓力的增減，此時回液泵不工作。制動主缸和制動輪缸的通路被截斷， 制動輪缸和蓄能器接通，輪缸的制動液流入蓄能器，制動壓力降低。 保壓過程： 控制器發(fā)出控制指令，增壓閥關(guān)閉，減壓閥關(guān)閉。 增壓過程： 控制器對電磁閥斷電后，增壓閥開啟，減壓閥關(guān)閉。增壓和減壓的速度可直接通過 調(diào)節(jié) 增壓閥和減壓閥的進、出油口 開啟程度 來控制。 設(shè)定 ABS 液壓系統(tǒng)參數(shù)，如制動液的體積模量、密度、動力黏度和工作溫度等，定義各個液壓元件的關(guān)鍵尺寸與內(nèi)部參數(shù)。 ABS 系統(tǒng)模型的 AMESim 實現(xiàn) 車輛 ABS 模型 根據(jù) ABS 液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，在 AMESim 中搭建出單輪車輛 ABS 液壓系統(tǒng)模型，如圖 所示。模型 的工作原理如下 :在系統(tǒng)進入工作狀態(tài)后，首先由控制信號源提供工作信號， ECU 根據(jù)控輪速信號進行控制， 系統(tǒng)制動輪缸模型進入增壓狀態(tài)。 圖 ABS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 液壓調(diào)節(jié)器模型 液壓 ABS 系統(tǒng)主要由控制器 (ECU)、液壓調(diào)節(jié)器和輪速傳感器 3 部分所組成。 在確?？刂破骱蛡鞲衅餍阅艿臈l件下， ABS 系統(tǒng)的性能由液壓調(diào)節(jié)器決定。