ABS和ASR在汽車上的應(yīng)用分析研究

1、鄭州交通職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）論文（設(shè)計）題目：ABS和ASF在汽車上的應(yīng)用分析研究所屬系別汽車運(yùn)用工程系專業(yè)班級05 級汽工四班姓名賈文博學(xué)號 05010417指導(dǎo)教師竇志民撰寫日期 2008 年_3_月摘要現(xiàn)在世界上很多汽車公司和零部件生產(chǎn)廠家都在致力于提高汽車行駛的安全性 能，特別是致力于提高汽車行駛的主動安全性能，這已經(jīng)成為汽車電子化發(fā)展的一 個重要方面。汽車防滑控制系統(tǒng)由制動防抱死系統(tǒng)ABS 及驅(qū)動防滑系統(tǒng) ASR 兩部分組成。制動防抱死系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)制動輪缸的制動壓力來控制制動力矩，進(jìn)而達(dá)到在 制動時防止車輪抱死的目的。而驅(qū)動防滑系統(tǒng)則主要通過改變節(jié)氣門的開度及點(diǎn)火 正時角度去改變

2、發(fā)動機(jī)輸出扭矩，同時也通過調(diào)節(jié)制動壓力來改變制動力矩，最終 達(dá)到控制牽引力矩防止在加速時車輪滑轉(zhuǎn)的目的 關(guān)鍵詞：安全性，汽車電子，制動防抱死系統(tǒng)，驅(qū)動防滑系統(tǒng)AbstractNow many of the worlds car companies and parts manufacturers are working on improving the safetyperformanee of motor vehicles, in particular, is committed to improving vehicle safety performa nee on the initiative

3、, it has become a vehicle electr onic an importa nt aspect of developme nt. Car anti-skid control system bythe anti-lock braking system ABS and ASR-driven anti-skid system composed of two parts. ABS brake system byregulating the round of the brake cylinder pressure to skid system was mainly driven b

4、y changing the opening ofcon trol brak ing mome nt, the n reached in to preve nt the wheels whe n brak ing Baosi purposes. The an ti-the throttle and ignition are at the point of view to cha nge the engine torque output, but also by adjust ing thebrake pressure to cha nge the brake torque, and ultim

5、ately achievi ng tract ion con trol to preve nt the mome ntwhe n the car accelerated Track to the purpose ofKey words: security, automotive electro nics, ABS, driver of an ti-skid system目錄1 1 引言.52 2 ABS/ASR 的應(yīng)用及基本原理 .52.1ABS 的應(yīng)用. 52.2ABS 的基本原理 .62.3ABS 控制方法的分析 72.4ASR 的應(yīng)用 92.5ASR 的基本原理 93 3 ABS/ASR

6、 的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r . 123.1 國外發(fā)展?fàn)顩r.133.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r.134 4 ABS/ASR 的發(fā)展趨勢.154.1ABS/ASF 控制技術(shù)的提高 154.2 控制功能的擴(kuò)展和集成 .164.3 與其他控制系統(tǒng)的信息交換和共享，提高整體控制性能 .175 5 總結(jié).196 參考文獻(xiàn) 20致謝211引言汽車制動防抱死系統(tǒng)(Antilock Braking System )，簡稱 ABS 是汽車主動安全裝 置的代表，其作用是在制動過程中防止車輪抱死，提高車輛在制動過程中的方向穩(wěn) 定性、轉(zhuǎn)向控制能力和縮短制動距離，使汽車制動更為安全有效。汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)(An ti-slip Regula

7、tion),簡稱 ASR 也是一種主動安全裝置， 可根據(jù)車輛的行駛行為使車輛驅(qū)動輪在惡劣路面或復(fù)雜路面條件下得到最佳縱向驅(qū) 動力，能夠在驅(qū)動過程中，特別在起步、加速、轉(zhuǎn)彎等過程中防止驅(qū)動車輪發(fā)生過 份滑轉(zhuǎn)，使得汽車在驅(qū)動過程中保持方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操縱能力及提高加速性能 等。 故又稱為牽引力控制系統(tǒng)(TractionCo ntrol System)，即 TCS 系統(tǒng)。ASR 可視為 ABS 在技術(shù)上的自然延伸。在裝備了ABS 的汽車上，添加了發(fā)動機(jī)輸出力矩的調(diào)節(jié)和驅(qū)動輪制動壓力的調(diào)節(jié)功能后， ABS 所用的車輪轉(zhuǎn)速傳感器和壓 力調(diào)節(jié)器可全部為 ASR 所利用。ASR 和 ABS 在算法上相類似，

8、許多程序模塊可以通 用，大大簡化了程序結(jié)構(gòu)，節(jié)省存儲空間。因而在實(shí)際應(yīng)用中可以把兩者集成在一 起，并將它們的控制邏輯也集成在一個控制器中，形成ABS/ASR 集成系統(tǒng)?；?ABS/ASR 集成系統(tǒng)，可以開發(fā)出更多的車輛電子控制系統(tǒng)。例如電子制動力分配系統(tǒng)(Electronic braking force distribution，EBD)，汽車行駛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(Electro nic stability program， ESP)， 下坡輔助控制系統(tǒng)(Dow nhill assist co ntrol，DAC)，坡道起步輔助控制系統(tǒng)(Hill-start assist control， H

9、AC)， 轉(zhuǎn)向制動控制系 統(tǒng)( Cornering brakecontrol， CBC) ，汽車信息記錄儀( Event data recorder， EDR) 等汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)(Anti-slip Regulation System， 簡稱 ASR)是在汽車制動防抱死系 統(tǒng)(Antilock Braking System,簡稱 ABS 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在裝備了 ABS 的汽車 上添加發(fā)動機(jī)輸出力矩的調(diào)節(jié)功能和驅(qū)動輪制動壓力的調(diào)節(jié)功能后，ABS 所用的車輪轉(zhuǎn)速傳感器和壓力調(diào)節(jié)器可全部為ASR 所利用。ASR 和 ABS 在算法上很相似，許多程序模塊可以通用，因而在實(shí)際應(yīng)用中可以把兩者集成

10、在一個控制器中，組成 ABS/ASF集成系統(tǒng)。2 ABS/ASR 的應(yīng)用及基本原理2.1ABS 的應(yīng)用制動性能是汽車主要性能之一，它關(guān)系到行車安全性。評價一輛汽車的制動性 能最基本的指標(biāo)是制動加速度、 制動距離、 制動時間及制動時方向的穩(wěn)定性。 制動 時方向的穩(wěn)定性，是指汽車制動時仍能按指定的方向的軌跡行駛。如果因?yàn)槠嚨?緊急制動（尤其是高速行駛時）而使車輪完全抱死，那是非常危險的。若前輪抱 死，將使汽車失去轉(zhuǎn)向能力；若后輪抱死，將會出現(xiàn)甩尾或調(diào)頭（跑偏、側(cè)滑）尤 其在路面濕滑的情況下，對行車安全造成極大的危害。世界上第一臺防抱死制動系統(tǒng)1ABS（Ant-ilock Brake System

11、）, 在 1950 年問 世，首先被應(yīng)用在航空領(lǐng)域的飛機(jī)上， 1968 年開始研究在汽車上應(yīng)用。 70 年 代，由于歐美七國生產(chǎn)的新型轎車的前輪或前后輪開始采用盤式制動器， 促使了 ABS 在汽車上的應(yīng)用。1980年后，電腦控制的 ABS 逐漸在歐洲、美國及亞洲日本 的汽車上迅速擴(kuò)大。到目前為止，一些中高級豪華轎車，如西德的奔馳、寶馬、雅 迪、保時捷、歐寶等系列，英國的勞斯來斯、捷達(dá)、路華、賓利等系列，意大利的 法拉利、的愛快、領(lǐng)先、快意等系列，法國的波爾舍系列，美國福特的 TX3 、 30X 、紅慧星及克萊斯勒的帝王、紐約豪客、男爵、道奇、順風(fēng)等系列， 日本的思 域， 凌志、 豪華本田、 奔

12、躍、 俊朗、 淑女 300Z 等系列， 均采用了先進(jìn)的 ABS 。到 1993 年，美國在轎車上安裝 ABS 已達(dá) 46% ，現(xiàn)今在世界各國生產(chǎn)的轎車中有近 75% 的轎車應(yīng)用 ABS 。2.2 ABS 的基本原理ABS （Anti-lock Braking System,即防抱死制動系統(tǒng)）是在制動期間控制和監(jiān)視 汽車速度的電子控制系統(tǒng)。在汽車制動的過程中，它通過常規(guī)制動系統(tǒng)起作用，能 夠自動地控制車輪在旋轉(zhuǎn)方向上的打滑,并把相應(yīng)的滑移率控制在最佳范圍之內(nèi), 可提高汽車的主動安全性。在汽車的制動過程中,使汽車制動而減速行駛的外力是路面作用于輪胎胎面上 的地面制動力。但地面制動力取決于兩個摩擦副

13、的摩擦力：一是制動裝置對車輪的 摩擦力,即制動器制動力；另一個是輪胎與路面間的摩擦力,即地面附著力。只有 當(dāng)汽車有足夠的制動器制動力及地面附著力時,才能獲得足夠的地面制動力。汽車制動過程中,車速和車輪轉(zhuǎn)動線速度（輪速）之間存在著速度差2,也就 是車輪與地面之間有滑移現(xiàn)象。一般用滑移率 S 來表示滑移的程度C . (t-K)V式中：u車速；w輪速。實(shí)驗(yàn)和理論分析表明：在制動過程中，滑移率S 是與制動的距離、制動時的方向可控性和制動的平穩(wěn)性密切相關(guān)的可控制的量。其原因在于滑移率與汽車和地面 間的縱向附著系數(shù)卩B及側(cè)向附著系數(shù)卩S的關(guān)系呈一定的非線性曲線關(guān)系，見圖1制動控制區(qū)?；坡?S=0 時，汽

14、車處于非制動狀態(tài)，縱向附著系數(shù) 卩B=o,側(cè)向附著 系數(shù)卩S處于最大值；汽車處于制動狀態(tài)時，卩B隨滑移率 S 的增大而增大，卩S隨滑移率 S 的增大而減小，當(dāng)滑移率 S 達(dá)到某個數(shù)值時，卩B達(dá)到最大，這時的滑移率稱 為最佳滑移率(用 SK 表示)；之后隨著滑移率的增大，卩B和卩S不斷減小，滑移率 S=100%時，車輪完全抱死，卩B降到一數(shù)值，卩S-0 縱向附著力不大，側(cè)向附著能力 幾乎盡失，汽車的制動穩(wěn)定性、方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向能力將完全喪失?；坡?S 在 0S 區(qū)間，可保證穩(wěn)定制動，稱為穩(wěn)定區(qū)；在 Sk至 100%區(qū)間為不 穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)滑移率 S 超過 Sk后，車輪很快就會進(jìn)入抱死狀態(tài)。當(dāng)滑移率

15、 S 處于 10%30%之間時，縱向附著系數(shù) 卩B處于峰值范圍，側(cè)向附著系數(shù) 卩S也比較大，可 以同時得到較大的縱向和側(cè)向附著力，是安全制動的理想工作區(qū)域。ABS 的基本原理就是通過調(diào)節(jié)制動管路的壓力，控制車輪制動器的制動力，使 汽車在緊急制動時，輪速保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，車輪滑移率控制在10%30%的穩(wěn)定制動區(qū)段上，車輪不被抱死，既能保持最大的制動力，又能充分利用車輪附著力， 大大提高制動效能。xlOOS1 0 - it100 90FQ，產(chǎn)生驅(qū)動輪過度滑轉(zhuǎn)，后輪驅(qū)動的汽車將可能甩尾，前輪驅(qū)動的汽車 則容易方向失控，導(dǎo)致汽車向一側(cè)偏移。驅(qū)動防滑的基本原理與制動防滑相似，根 據(jù)地面附著系數(shù)和車輪滑

16、移率的關(guān)系曲線（見圖 1 驅(qū)動控制區(qū)），把車輪滑移率控 制在一定范圍內(nèi)，提高地面附著力的利用率，改善驅(qū)動性能。汽車打滑是指汽車車輪的滑轉(zhuǎn)，車輪的滑轉(zhuǎn)率又稱滑移率。驅(qū)動車輪的滑移率vf-vSd二耳 X100%,式中 Vc是車輪圓周速度；v是車身瞬時速度。目前，ASR 常用的控制方法有種：一是調(diào)整發(fā)動機(jī)加在驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩的發(fā)動 機(jī)控制。汽油機(jī)常通過控制燃油噴射量、點(diǎn)火時間、節(jié)氣門開度來減低其輸出轉(zhuǎn) 矩；柴油機(jī)常通過控制燃油噴射量來減低其輸出轉(zhuǎn)矩。二是對發(fā)生打滑的驅(qū)動輪直 接施加制動的制動控制。如果驅(qū)動輪在不同附著系數(shù)的路面上， 通過對打滑的驅(qū)動 輪實(shí)施制動， 降低滑移率， 提高驅(qū)動力。對于附著系數(shù)

17、相同的路面，可通過發(fā)動機(jī) 控制來實(shí)現(xiàn)防驅(qū)動輪打滑，也可對打滑的兩驅(qū)動輪實(shí)施制動；為防止制動蹄過熱， 當(dāng)車速高于一定值時，制動控制將不起作用，要依靠發(fā)動機(jī)控制。ASR 與 ABS 有十分密切的聯(lián)系，是 ABS 的自然延伸。二者在技術(shù)上比較接近， 部分軟、硬件可以共用。ABS 所用的傳感器和壓力調(diào)節(jié)器均可為 ASR 所利用，ABS 的 電子控制裝置只需要在功能上進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展即可用于ASR 裝置。在 ABS 的基礎(chǔ)上，只需添加 ASR 電磁閥，即可對過分滑轉(zhuǎn)的車輪實(shí)施制動。對電控發(fā)動機(jī)來說， 通過總線就可控制發(fā)動機(jī)的輸出力矩。非電控發(fā)動機(jī)，只需增加一些傳感器和執(zhí)行 機(jī)構(gòu)，就可控制發(fā)動機(jī)的輸出力矩。

18、基于此，通常把二者有機(jī)地結(jié)合起來，形成汽 車 ABS/ASF 防滑控制系統(tǒng)。2.5.3 ASR 系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（1）制動壓力調(diào)節(jié)器ASR 的制動壓力調(diào)節(jié)器執(zhí)行 ASR ECU 的指令對滑轉(zhuǎn)車輪施加制動力和控制制動力的 大小，7XAC 1.債爪幻TRAC髦電劃Ft總H1 |I雀燈h以使滑轉(zhuǎn)車輪的滑轉(zhuǎn)率在目標(biāo)范圍內(nèi)。 ASR 的壓力源是蓄壓器，通過電磁閥 來調(diào)節(jié)驅(qū)動車輪的制動壓力。 ASR 制動壓力調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)形式有：單獨(dú)方式和組合方式。單獨(dú)方式ASR ECU 通過電磁閥的控制實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動輪制動力的控制，控制過程如下：正常制動時 ASR 不起作用，電磁閥不通電，閥在左位，調(diào)壓缸的活塞被回位彈簧推 至右

19、邊極限位置。此時調(diào)壓缸右腔與儲液室相通而壓力低，左腔通過活塞使ABS 制動壓力調(diào)節(jié)器與車輪制動分泵相通，因此 ASR 不起作用且對 ABS 無任何影響。起步 或加速時若驅(qū)動輪出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)需要實(shí)施制動時，ASR 使電磁閥通電，閥至右位，蓄壓器中的制動液推活塞左移。此時調(diào)壓腔右腔與儲液室隔斷而與蓄壓器接通，蓄壓器 中的制動液推活塞左移使與 ABS 制動壓力調(diào)節(jié)器的通道封閉。活塞左移使左腔壓力 增大，驅(qū)動車輪制動分泵壓力升高。壓力保持過程：此時電磁閥半通電，閥在中 位，調(diào)壓缸與儲液室和蓄壓器都隔斷，于是活塞保持原位不動，制動壓力保持不 變。壓力降低過程：此時電磁閥斷電，閥回左位，使調(diào)壓腔右腔與蓄壓器隔斷

20、而與儲液室接通，于是調(diào)壓缸右腔壓力下降，制動壓力下降。組合方式ASR 制動壓力調(diào)節(jié)器與 ABS 制動壓力調(diào)節(jié)器組合在一起乍臨窘韻槍韌訪號理圖 2-11-輸液泵 2-ABS/ASR 制動壓力調(diào)節(jié)閥3-電磁閥 4-蓄壓器 5-壓力開關(guān)6-循環(huán)泵 7-儲液器 8-電磁閥 A 9-電磁閥 B 10、11 驅(qū)動車輪制動器ASR 不起作用時，電磁閥I不通電，ABS 起制動作用并通過電磁閥U和電磁閥川來調(diào) 節(jié)制動壓力。驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)時， ASR 控制器使電磁閥I通電，閥移至右位，電磁閥U和電磁閥川不通電，閥仍在左位，于是，蓄壓器的壓力油通入驅(qū)動輪制動泵，制動 壓力增大。需要保持驅(qū)動輪制動壓力時，ASR 控制器使

21、電磁閥I半通電，閥至中位，隔斷蓄壓器及制動總泵的通路，驅(qū)動輪制動分泵壓力保持不變。需要減小驅(qū)動輪制動壓力時，ASR 控制器使電磁閥U和電磁閥川通電，閥移至右位，接通驅(qū)動車輪制動分泵與儲液室的通道，制動壓力下降。2.5.4節(jié)氣門驅(qū)動裝置ASR 控制系統(tǒng)通過改變發(fā)動機(jī)輔助節(jié)氣門的開度來控制發(fā)動機(jī)的輸出功率。節(jié) 氣門驅(qū)動裝置由步進(jìn)電機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)組成。步進(jìn)電機(jī)根據(jù)ASR 控制器輸出的控制脈沖轉(zhuǎn)動規(guī)定的轉(zhuǎn)角，通過傳動機(jī)構(gòu)帶動輔助節(jié)氣門轉(zhuǎn)動。ASR 不起作用時，輔助節(jié)氣門處于全開位置，當(dāng)需要減少發(fā)動機(jī)驅(qū)動力來控制車輪滑轉(zhuǎn)時，ASR 控制器輸出信號使輔助節(jié)氣門驅(qū)動機(jī)構(gòu)工作，改變輔助節(jié)氣門開度。3 ABS/A

22、SR 的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r3.1 國外發(fā)展?fàn)顩r早在 1928 年防抱死制動理論就被提出。BOSCF 公司在 1936 年第一個獲得了防 抱死制動系統(tǒng)的專利權(quán)。1954 年，F(xiàn)ORD 公司將 ABS 裝在林肯轎車上。這一時期的各 種 ABS的輪速傳感器和制動壓力調(diào)節(jié)裝置都是機(jī)械式，因此，獲取的輪速信號不夠 精確，制動壓力調(diào)節(jié)的適時性和精確性也難以保證。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，ABS 進(jìn)入電子控制時代。20 世紀(jì) 60 年代后期到 70 年代 初期，凱爾塞海伊斯公司研制生產(chǎn)的兩輪制動的ABS 克萊斯勒公司與 BENDIX 公司合作研制的四輪制動的 ABS BOSCH 口 TEVES 公司研制的 ABS W

23、ABC 公司與 BENZ 公司合作研制的裝備在氣壓制動的載貨汽車上的ABS 都是由模擬式電子控制裝置對設(shè)置在制動管路中的電磁閥進(jìn)行控制，直接對各制動輪以電子控制壓力進(jìn)行調(diào) 節(jié)。由于模擬式電子控制裝置反應(yīng)速度慢、控制精度低、易受干擾，致使各種ABS均未達(dá)到預(yù)期的控制效果。20 世紀(jì) 70 年代后期，ABS 采用數(shù)字式電子技術(shù)，反應(yīng)速度、控制精度和可靠性 都顯著提高，ABS 進(jìn)人實(shí)用化階段。BOSCF 公司在 1978 年首先推出了采用數(shù)字式電 子控制裝置的 ABSBOSCH ABS2 自此，歐、美、日的許多公司相繼研制了形式 多樣的 ABS 自 1985年起，BOSCHTEVES BENDIX

24、WABC 等公司開始對 ABS 的生 產(chǎn)大力投資，以滿足汽車對 ABS 需要量增加的要求。目前，國際上 ABS 在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛，已成為絕大多數(shù)汽車的標(biāo)準(zhǔn)裝備，北美和西歐的各類客車和輕型載貨汽車，ABS 的裝備率已達(dá) 90%以上，轎車 ABS的裝備率在 60%左右，運(yùn)送危險品的載貨汽車 ABS 的裝備率為 100%1971 年 BUICK 公司研制了由電子控制裝置自動中斷發(fā)動機(jī)點(diǎn)火 ，以減小發(fā)動 機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，防止驅(qū)動車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動防抱死系統(tǒng)，成為ASR 的雛形。1985年，VOLVOS 司試制了電子牽引力控制系統(tǒng) ETC(Electronic Traction Control)，通

25、過 調(diào)節(jié)燃油供給量來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩， 以控制驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率， 產(chǎn)生最佳驅(qū)動力。1986 年， BOSC推出了該公司的第一個牽引力控制系統(tǒng) TCS僅依靠調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不能解決汽車在對開路面上很好地起步加速的問 題。為了解決這一問題，需要對附著不好的一側(cè)驅(qū)動輪施加部分制動，以充分發(fā)揮 附著條件較好的一側(cè)的地面驅(qū)動力。隨著 ABS 技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，利用 ABS 壓 力調(diào)節(jié)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。采用制動干預(yù)控制的ASR 系統(tǒng)通常都是同 ABS 集成在一起的， 形成 ABS/ASF 系統(tǒng)。 1986 年 12 月， BOSCI 公司第一次將 ABS 與 ASR 吉合起 來，率先推出了具有防抱死

26、制動和驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)功能的防滑控制系統(tǒng)ABS/ASR 2U 裝置。同期，BENZ 公司與 WABC 公司也聯(lián)合開發(fā)出了應(yīng)用在載貨汽車上的ABS/ASF 系統(tǒng)。此后，各大汽車公司紛紛開始應(yīng)用 ABS/ASR 系統(tǒng)，使其成為頂級豪華車的標(biāo)準(zhǔn) 配置。隨著各大公司不斷開發(fā)出吉構(gòu)更緊湊、成本更低、可靠性更強(qiáng)、功能更全面 的 ABS/ASR 系統(tǒng)，ABS/ASF 系統(tǒng)也逐漸應(yīng)用于中、低檔汽車上。至 U1997 年時，已經(jīng)有 23 家汽車廠商的近 50 種車型使用了 ABS/ASF 系統(tǒng)。3.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r國內(nèi)研究開發(fā) ABS 起步較晚，約始于 20 世紀(jì) 80 年代中期。但我國對 ABS 的系 統(tǒng)開發(fā)十分重

27、視，制定相應(yīng)的法規(guī)力促 ABS 的發(fā)展。1993 年 4 月 1 日開始實(shí)施的 GB 13594-92汽車防抱死制動系統(tǒng)性能要求和實(shí)驗(yàn)方法，為ABS 成為標(biāo)準(zhǔn)裝備提供了實(shí)驗(yàn)方法和依據(jù)。 1999 年 10 月 1 日實(shí)施的 GB 126761999汽車制動系統(tǒng)吉 構(gòu)、性能和實(shí)驗(yàn)方法規(guī)定9：2003 年 10 月 1 日以后，大型客車和大型載貨汽車必 須安裝符合 GB 13594 中規(guī)定的一類 ABS。目前，國內(nèi)研究 ABS 有代表性的科。研機(jī)構(gòu)有以下幾個：吉林大學(xué)汽車動態(tài)模 擬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、 北京理工大學(xué)汽車動力性與排放測試國家專業(yè)實(shí)驗(yàn)室、 清華大 學(xué)汽車安全與節(jié)、能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、華南理工

28、交通學(xué)院汽車系、濟(jì)南程軍電子科 技公司等。這些單位在 ABS的仿真、控制量、輪速信號抗干擾處理、輪速信號異點(diǎn) 剔除、防抱電磁閥動作響應(yīng)等方面的研究取得了很多成果。同時對防抱死制動時、 的滑移率的計算、滑移率和附著系數(shù)之間的關(guān)系及 ABS 的控制算法也有很深的研 究。國內(nèi)現(xiàn)在生產(chǎn) ABS 的公司不少，但大多數(shù)公司是和國外著名ABS 公司合作生產(chǎn)。完全自主生產(chǎn)開發(fā) ABS 的有代表性的國內(nèi)公司有：廣州市科密汽車制動技術(shù)開 發(fā)有限公司、重慶聚能汽車技術(shù)有限責(zé)任公司、東風(fēng)科技汽車制動系統(tǒng)公司、西安 博華機(jī)電股份有限公司等。已開發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品有單通道、三通道、四通道、六通道 的氣壓和液壓式的，適用于摩托車

29、、轎車、大中型客車一、重型載貨汽車、掛車的 ABS 及相關(guān)零部件。這些 ABS 的制動性能指標(biāo)達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的水平，部分實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)于國外公司同類產(chǎn)品，在國內(nèi)占有一定的市場。估計 2005 年我國新生產(chǎn)的中、重型載貨汽車，大、中型客車ABS 的裝車率為100% 而小、微型客車 ABS 的裝車率為 20%，轎車 ABS 裝車率為 50%國內(nèi)對 ASR 的研究，大約開始于 20 世紀(jì) 90 年代。一些科研單位如清華大學(xué)、 吉林工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、上海交通大學(xué)、濟(jì)南重汽技術(shù)中心等對 ASR 技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行跟蹤、研究，并取得了階段性進(jìn)展。目前，我國科研人員主要 針對 ASR 控制系統(tǒng)

30、的控制策略、 控制算法、 邏輯等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行研究。 由于受電控 發(fā)動機(jī)的限制， 我國目前在 ASR系統(tǒng)的控制理論方面大多側(cè)重于采用以制動控制為 主、發(fā)動機(jī)控制為輔的控制方法。總的來說，距離產(chǎn)品化研究還有一定的差距。因 此國內(nèi)尚無自主研發(fā)的集 ABS 和 ASR 為一體的ABS/ASF 防滑控制系統(tǒng)產(chǎn)品出現(xiàn)。4 ABS/ASR 的發(fā)展趨勢4.1 ABS/ASF 控制技術(shù)的提高目前，雖然 ABS/ASF 已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但控制方法還是以邏輯門限值控制為主。 該控制方法雖比較簡單， 但邏輯復(fù)雜， 所有的門限值都需要大量的實(shí)驗(yàn)來確定， 調(diào) 試起來很困難。而且，采用邏輯門限值控制的ABS/ASR 系統(tǒng)通用

31、性比較差，需要針對不同的車型重新開發(fā)。隨著各種現(xiàn)代控制理論不斷發(fā)展和完善，采用優(yōu)化控制理 論，可實(shí)現(xiàn)伺服控制和高精度控制。將智能控制技術(shù)如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)應(yīng)用到 ABS/ASR 系統(tǒng)中，可以提高系統(tǒng)的自適應(yīng)性和可靠性。相對于目前的基于 滑移率的控制算法，基于路面附著系數(shù)的控制算法容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，能適應(yīng)各種 路面變化，控制滑移率在最佳滑移率附近，使ABS/ASF 的控制效果得以改善。通過先進(jìn)的測試手段可進(jìn)一步完善ABS/ASR 功能。例如，ABS 控制車輪制動防滑時，車速沒有直接測量，而是通過輪速的波動情況估取參考車速作為車速，然后 計算滑移率用以控制，所以，ABS 控制時的滑移率不

32、能保證其準(zhǔn)確性。隨著傳感器制造和集成技術(shù)的發(fā)展，添加車身速度傳感器來測量車身速度，可提高ABS/ASR 的控制效果。線制動系統(tǒng) BBW(Brake-by-Wire )是制動控制系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。BBW 將傳統(tǒng)制動系統(tǒng)中的液壓油或空氣等傳力介質(zhì)完全由電制動取代，電能作為能量來源。制動時由電動機(jī)驅(qū)動制動鉗塊，整個系統(tǒng)內(nèi)沒有液、氣壓管路，可省略許多管路和 傳感器，因而結(jié)構(gòu)簡捷。BBW 由電線傳遞能量，數(shù)據(jù)線傳遞信號，制動反應(yīng)時間縮 短，極大地提高了汽車的制動安全性，并為將來的智能汽車控制提供條件。此外， 在電子控制系統(tǒng)中設(shè)計相應(yīng)程序，操縱電控元件來控制制動力的大小及各軸制動力 分配，可完全實(shí)現(xiàn) A

33、BS 及 ASR 等功能。BBW 是一種全新的制動理念，但仍有一些問 題需要解決：目前車輛的 12 V/24 V 電源系統(tǒng)無法提供如此大的能量，需采用高品 質(zhì)的 42 V 電源；因?yàn)椴淮嬖讵?dú)立的主動備用制動系統(tǒng)，因此需要一個備用系統(tǒng)保證 制動安全；車輛在運(yùn)行過程中會有各種干擾信號，如何消除這些干擾信號造成的影 響是急需解決的問題。電子制動系統(tǒng) EBS0(Electronically ControlledBraking System)是適應(yīng)對汽車及 掛車制動系統(tǒng)穩(wěn)定性逐步提高的要求，在ABS/ASR 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一套綜合電子控制系統(tǒng)。它除了包含 ABS/ASR 的基本功能外，還具有以下特點(diǎn)：

34、 EBS 優(yōu)化了各 車輪間、主車與掛車或半掛車間的制動力分配。通常，對于常規(guī)制動系統(tǒng)而言，牽 引車和掛車之間的制動協(xié)調(diào)性不能總是處于理想的匹配狀態(tài)，尤其在與牽引車相配 的掛車經(jīng)常更換的情況下。EBS 會在任何狀態(tài)下監(jiān)控到主車與掛車的不兼容性，自 動調(diào)整主車與掛車之間的制動力分配，滿足主車和掛車制動協(xié)調(diào)性的要求，改善車 輛的安全性。前后橋襯片磨損協(xié)調(diào)，總磨損量達(dá)到最小，所有襯片更換間隔一致， 縮短了維修時間，降低運(yùn)行成本。同時，制動力的協(xié)調(diào)還可以增加制動舒適性。 EBS 通過制動管理系統(tǒng)將輔助制動和行車制動統(tǒng)一管理。它確保在每一次制動時， 實(shí)現(xiàn)無磨損制動(緩速器、發(fā)動機(jī)制動承擔(dān)大部分的制動工作，

35、因此可以使行車制動器的溫度保持在一個最低的水平，制動襯片的磨損降低)。改善了ABS/ASR 的功能，改善了制動響應(yīng)時間和車輛的制動反應(yīng)，縮短了制動距離，改善制動穩(wěn)定 性。舒適的制動感應(yīng)，幾乎達(dá)到轎車的制動感受。EBS 具有完善的診斷和自檢測功能，可提供關(guān)于制動系統(tǒng)的即時信息，任何故障都可以被系統(tǒng)監(jiān)測到，并準(zhǔn)確顯 示以提示維修。維修專家據(jù)此排除故障。目前，EBS 在載貨汽車和客車上得到應(yīng)用，是ABS/ASR 在商用車領(lǐng)域的替代產(chǎn)品。ABS/ASF 市場將逐漸減少，因?yàn)?EBS 將考慮用于輕型車。4.2 控制功能的擴(kuò)展和集成 將各個功能不同的汽車電子控制系統(tǒng)集成，在實(shí)現(xiàn)各自基本功能的前提下，形 成

36、新的具有更強(qiáng)大功能的集成電控系統(tǒng)是汽車電子控制的必然趨勢。把其它控制系 統(tǒng)擴(kuò)展進(jìn)來，成為綜合的汽車控制系統(tǒng)，是ABS/ASR 系統(tǒng)的發(fā)展方向。目前，ABS/ASR以下幾個方向發(fā)展。4.2.1 和電子制動力分配 EBD(Electric Brake force Distribution)組合和 電子制動力 分配 EBD(Electric Brake force Distribution ) 集成， 形成 ABS/ASR/EB系統(tǒng)，可以明顯改善并提高 ABS 的功效。EBD 的功能就是在汽車制動的 瞬間，高速計算出4 個輪胎由于附著力不同而導(dǎo)致的摩擦力數(shù)值，然后調(diào)整制動裝 置，使其按照設(shè)定的程序在

37、運(yùn)動中高速調(diào)整，達(dá)到制動力與摩擦力(牽引力)的匹 配，以保證車輛的平穩(wěn)和安全。當(dāng)緊急制動車輪抱死的情況下，EBD 在 ABS 動作之前就已經(jīng)平衡了每一個輪胎的有效地面附著力， 可以防止甩尾和側(cè)移， 并縮短汽車 制動距離。4.2.2和電子穩(wěn)定性程序 ESP (Electro nic Stability Program)組成和 電子穩(wěn)定性程序 ESP(Electronic Stability Program) 系統(tǒng)集成 ， 形成ABS/ASR/ ESP 綜合控制系統(tǒng)，可解除汽車制動、起步和轉(zhuǎn)向時對駕駛員的高要求。ESP 又稱汽車動態(tài)控制 VDC( Vehicle Dynamics Control)

38、。1995 年，BOSC 推出基于ABS/ASR 系統(tǒng)開發(fā)出的電子穩(wěn)定性程序 ESP ESP 在吸收 ABS/ASR 優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，添 加轉(zhuǎn)向傳感器、側(cè)滑傳感器、橫向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器等傳感器，具 有啟動對制動力和汽車行駛方向進(jìn)行修正、補(bǔ)償?shù)墓δ?。ESP 通過對各傳感器傳來的車輛行駛狀態(tài)信息進(jìn)行分析，使ABS/ASR 自動地向一個或多個車輪施加制動力，將車輛保持在駕駛者所選定的車道內(nèi)，來幫助車輛維持動態(tài)平衡。因此，可以使車 輛在各種狀況下保持最佳的穩(wěn)定性，在轉(zhuǎn)向過度或轉(zhuǎn)向不足的情形下效果更加明顯。423 和汽車巡航自動控制 ACC(Adaptive Cruise Control)組

39、成 和汽車巡航自 動控制ACC(Adaptive Cruise Control) 系統(tǒng)集成12，形成 ABS/ASR/ACC 綜合控制系統(tǒng)，可解除汽車制動、起步和保持安全車距方面對駕駛員 的高要求。ACC 裝置是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)汽車主動安全技術(shù)。裝備ACC 裝置，可自動根據(jù)主目標(biāo)車輛與主車車輛的相對距離、相對速度和路面狀況參數(shù)，判定主 車的理想安全距離，并實(shí)時自動調(diào)節(jié)主車車速，使之實(shí)際車距不小于理想安全距 離，因而，可在較大程度上避免碰撞事故發(fā)生，具有良好的安全行駛效果。由于 ABS/ASR 和 ACC 都要用到相同的輪速采集系統(tǒng)、制動力調(diào)節(jié)裝置以及發(fā)動機(jī)調(diào)節(jié)裝 置，在汽車 ABS/ASR

40、 集成裝置的硬件基礎(chǔ)上， 添加一個車距傳感器及相應(yīng)的電磁閥 即可實(shí)現(xiàn) ACC 功能。 因此 ABS/ASF 與 ACC的集成，不僅可以降低成本，而且可以提 高汽車的整體安全行駛性能。4.3 與其他控制系統(tǒng)的信息交換和共享，提高整體控制性能隨著汽車電子化程度不斷提高，汽車上ECU 數(shù)目越來越多。為了提高信號的利用率，要求大量的數(shù)據(jù)信息能在不同的ECU 中共享，汽車綜合控制系統(tǒng)中大量的控制信號也需要實(shí)時交換。傳統(tǒng)的電器系統(tǒng)大多采用點(diǎn)對點(diǎn)的單一通訊方式，已遠(yuǎn)不 能滿足這種需求。為此，總線技術(shù)被引人到汽車電控系統(tǒng)中。今后，ABS/ASR 控制系統(tǒng)的開發(fā)將基于總線技術(shù)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)與其他控制系統(tǒng)的信息共享。

41、例如，利用CAN 總線和 SAE J1939，可以很容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械式自動變速器 AMT (Automatic MechanicalTransmission)和 ABS/ASR 之間的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)資源共享。 ABS 采集的 汽車輪速信號，可以通過變換得到變速器的輸出軸轉(zhuǎn)速為AMT 所用，可減少傳感器，降低控制系統(tǒng)的成本。同時，減少了插接件，使AMT 和 ABS/ASR 系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時性提高。ABS 工作時，可向 AMT 發(fā)出控制信息，要求 AMT 掛空檔，提高 ABS 的工作性能，使車輛制動更平穩(wěn)、更有效。ASR 工作時可要求 AMT 向上換檔減少力矩，使 ASR 的控制效果更好。ASR 可

42、使 AMT 避免在低附著路面起步和加速時出現(xiàn)反 復(fù)換檔現(xiàn)象。因此，信息交換和共享可以使兩個控制系統(tǒng)的功能比它們單獨(dú)控制的 功能更豐富和有效，使每個控制器的功能都更加完善，便于進(jìn)行更復(fù)雜的控制，為 整車控制奠定基礎(chǔ)。5 總結(jié)ABS 它是一種具有防滑、防鎖死等優(yōu)點(diǎn)的汽車安全控制系統(tǒng)。ASR 是汽車制動防抱死系統(tǒng)功能的自然擴(kuò)展，是在汽車制動防抱死系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在裝備了 ABS 的汽車上添加發(fā)動機(jī)輸出力矩的調(diào)節(jié)功能和驅(qū)動輪制動壓力的調(diào)節(jié)功能后,ABS 所用的車輪轉(zhuǎn)速傳感器和壓力調(diào)節(jié)器可全部為ASR 所利用。ASR 和 ABS 在算法上很相似 , 許多程序模塊可以通用 , 因而在實(shí)際應(yīng)用中可以

43、把兩者集成在一個控制 器中,組成 ABS/ASF 集成系統(tǒng)。同 ABS 在經(jīng)濟(jì)型轎車中都有安裝的情況不一樣，現(xiàn)在 ASR 的安裝還是在高檔 車上面。但因?yàn)?ABS、 ASF 包含著技術(shù)及性能上的貫通，近幾年 ASF 將會變得如 同 ABS 一樣普及。隨著汽車高速的運(yùn)行 , 時刻保持汽車運(yùn)行中的方向穩(wěn)定性 , 制動過程中的可靠 有效性,決然是保證汽車動力性發(fā)揮的有力保障。保證以上點(diǎn) ,ABS 與 ASR 兩套電 控自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)起到非常重要的作用。電子技術(shù)的飛速發(fā)展 , 已不斷把新技術(shù)充實(shí) 到汽車工程中來 , 汽車工業(yè)已邁進(jìn)一個嶄新的時代。參考文獻(xiàn)1 肖永清，楊忠敏編著 .汽車的發(fā)展與未來 M.

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