寧波大紅鷹學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述課題題目 ： ABS 汽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 所在學(xué)院： 宋體四號(hào)加粗 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 合作導(dǎo)師： 日期： 2013 年 11 月 15 日汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（Anti-lock Braking System，簡(jiǎn)稱ABS）的控制原理，對(duì)目前汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)所采用的控制技術(shù)進(jìn)行了綜述，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。 關(guān)鍵詞：汽車；防抱死制動(dòng)系統(tǒng)；控制技術(shù)1.概述 隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展和高速公路的不斷修建，汽車的行駛安全性越來(lái)越為人們重視。為了全面滿足制動(dòng)過(guò)程中汽車對(duì)制動(dòng)的要求，使制動(dòng)器制動(dòng)力分配更趨合理。汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱 ABS）已越來(lái)越多地應(yīng)用在汽車上。 “ABS”中文譯為“防鎖死剎車系統(tǒng)”.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)。ABS 是常規(guī)剎車裝置基礎(chǔ)上的改進(jìn)型技術(shù)，可分機(jī)械式和電子式兩種?，F(xiàn)代汽車上大量安裝防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，ABS 既有普通制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)功能，又能防止車輪鎖死，使汽車在制動(dòng)狀態(tài)下仍能轉(zhuǎn)向，保證汽車的制動(dòng)方向穩(wěn)定性，防止產(chǎn)生側(cè)滑和跑偏，是目前汽車上最先進(jìn)、制動(dòng)效果最佳的制動(dòng)裝置。 普通制動(dòng)系統(tǒng)在濕滑路面上制動(dòng)，或在緊急制動(dòng)的時(shí)候，車輪容易因制動(dòng)力超過(guò)輪胎與地面的摩擦力而安全抱死。 汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)是指汽車在制動(dòng)過(guò)程中能實(shí)時(shí)判定車輪的滑動(dòng)率，自動(dòng)調(diào)節(jié)作用在車輪上的制動(dòng)力矩，防止車輪抱死。從而獲得最佳制動(dòng)效能的電子裝置。它能把車輪的滑動(dòng)率控制在一定的范圍之內(nèi)，充分地利用輪胎與路面之間的附著力，有效地縮短制動(dòng)距離，顯著地提高車輛制動(dòng)時(shí)的可操縱性和穩(wěn)定性，從而避免了車輪抱死時(shí)易出現(xiàn)的各種交通事故。 隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增加，車輪滾動(dòng)成分越來(lái)越少，而滑動(dòng)成分越來(lái)越多，一般用滑動(dòng)率 S 來(lái)說(shuō)明制動(dòng)過(guò)程中滑動(dòng)成分的多少?；瑒?dòng)率越大，滑動(dòng)成分越少。 其中： u——車輪中心的速度； r——沒(méi)有地面制動(dòng)力時(shí)的車輪滾動(dòng)半徑； w——車輪的角速度。 縱向和側(cè)向附著系數(shù)可表達(dá)為車輪滑動(dòng)率的函數(shù)（如圖 1） 。最大縱向附著系數(shù)所對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)率稱為臨界穩(wěn)定點(diǎn) SK。根據(jù)控制理論把滑動(dòng)率小于 SK 的區(qū)域稱為穩(wěn)定制動(dòng)區(qū)，SK 以后的為非穩(wěn)定制動(dòng)區(qū)。ABS 正是利用道路與輪胎之間的關(guān)系，強(qiáng)制性地把車輪滑動(dòng)率控制在臨界穩(wěn)定點(diǎn) SK 附近，使路面附著性能得到最充分的發(fā)揮，從而達(dá)到最佳的制動(dòng)效果。 圖 1 附著系數(shù)-滑動(dòng)率曲線目前所采用的 ABS 主要由輪速傳感器，電子控制單元，壓力控制閥和線束、管路等附件組成。ABS 的開(kāi)發(fā)主要是研究設(shè)計(jì)優(yōu)化運(yùn)算和控制程序軟件，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精確制動(dòng)調(diào)節(jié)的技術(shù)，同時(shí)提高硬件的水平。 2.目前 ABS 所采用的控制技術(shù) ABS 的控制效果很大程度上取決于系統(tǒng)所采用的控制技術(shù)[4]。目前所采用的主要是邏輯門限值控制技術(shù)。為進(jìn)一步提高 ABS 的性能，還提出了一些基于滑動(dòng)率的控制技術(shù)，如 PID 控制，滑動(dòng)模態(tài)變結(jié)構(gòu)控制，模糊控制等。每種控制均以不同的控制規(guī)律逼近期望的點(diǎn)。 2.1 PID 控制定義期望滑動(dòng)率 S0 與實(shí)際滑動(dòng)率 S 之差為控制誤差 e=S-S0，則 PID 的控制規(guī)律可表示為： 因此，ABS 控制器的設(shè)計(jì)最后就歸結(jié)為，根據(jù) ABS 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，確定出一組最佳的參數(shù)Kp、Ki 和 Kd，使車輪的滑動(dòng)率以最快的方式逼近設(shè)定目標(biāo) S0。 2.2 滑動(dòng)模態(tài)變結(jié)構(gòu)控制由汽車防抱死制動(dòng)的基本原理可知，其制動(dòng)過(guò)程的本質(zhì)問(wèn)題是把車輪的滑動(dòng)率控制在附著系數(shù)的峰值點(diǎn) Sk，則滑動(dòng)模態(tài)變結(jié)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)時(shí)的狀態(tài)、偏差及其導(dǎo)數(shù)值，在不同的控制區(qū)域，以理想開(kāi)關(guān)的方式切換控制量的大小和符號(hào)，以保證系統(tǒng)在滑動(dòng)區(qū)域很小的范圍內(nèi)，狀態(tài)軌跡（S，×S）沿滑動(dòng)換節(jié)曲線滑向控制目標(biāo)（Sk，0） 。 通常取制動(dòng)力矩為控制變量 U，切換條件為： 其中 Mb- 、Mb+分別代表由調(diào)節(jié)系統(tǒng)所決定的制動(dòng)力矩減少、增加兩種不同的狀態(tài)。 為切換函數(shù)，e=S－Sk 為實(shí)際滑動(dòng)率相對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的偏差。 2.3 模糊控制對(duì)于以滑動(dòng)率為控制對(duì)象的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，其輸入量取期望滑動(dòng)率與車輪實(shí)際滑動(dòng)率的偏差 E 以及偏差的變化率 EC，輸出量為制動(dòng)管路油壓。采用帶修正因子的模糊控制器，把用模糊推理算法形成的控制表概括為一個(gè)解析式： U =α × E + (1-α)EC 其中 α 為修正因子，α 值的大小直接反映了對(duì)偏差及偏差變化率的加權(quán)程度。通過(guò)調(diào)整修正因子 α，就可以改變控制規(guī)則。當(dāng) α 較大時(shí)，表明對(duì)偏差的加權(quán)大，階躍響應(yīng)快，控制能量主要用于減少偏差，但易出現(xiàn)超調(diào)；當(dāng) α 較小時(shí)，控制目的是減少超調(diào)，但響應(yīng)過(guò)程較慢。通常采用帶兩個(gè) α 值的修正因子表達(dá)式就可滿足性能要求，即： 其中，修正因子 α1 、α2∈(0，1)且 α1α2 ，控制系統(tǒng)在判斷 E 值的大小之后，選擇控制規(guī)則表達(dá)式。 2.4 邏輯門限值控制 此方法預(yù)先對(duì)若干個(gè)控制參數(shù)設(shè)定一些控制極限（門限）值，制動(dòng)時(shí)，根據(jù)計(jì)算的實(shí)時(shí)參數(shù)值與對(duì)應(yīng)門限值的大小關(guān)系，來(lái)判定車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而控制調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力，以獲取足夠大的制動(dòng)強(qiáng)度和良好的方向穩(wěn)定性。常作為 ABS 控制參數(shù)的有：車輪滑移率 S，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角加（減）速度 ω 及其變化率.ω 等三種描述車輪運(yùn)動(dòng)情況或動(dòng)力學(xué)狀態(tài)的參數(shù)。由于僅用一個(gè)控制參數(shù)難于保證 ABS 在各種行駛條件下都具有良好的性能，因此，目前邏輯門限值控制方法通常將車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角加（減）速度作為主要控制參數(shù)，而將車輪的滑動(dòng)率 S 作為輔助控制參數(shù)。其中滑動(dòng)率是從各輪速信號(hào)按一定邏輯確定汽車的參考速度后，計(jì)算出的參考滑動(dòng)率，與實(shí)際滑動(dòng)率存在著差異。2．5 雙參數(shù)控制 雙參數(shù)控制的 ABS ，由車速傳感器 ( 測(cè)速雷達(dá) ) 、輪速傳感器、控制裝置 ( 電腦 ) 和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。 其工作原理是車速傳感器和輪速傳感器，分別將車速和輪速信號(hào)輸入電腦，由電腦計(jì)算出實(shí)際滑移率，并與理想滑移率 15 ％一 20 ％作比較，再通過(guò)電磁閥增減制動(dòng)器的制動(dòng)力。 這種曳速傳感器常用多普勒測(cè)速雷達(dá)。當(dāng)汽車行駛時(shí)，多普勒雷達(dá)天線以一定頻率不斷向地面發(fā)射電磁波，同時(shí)又接收反射回來(lái)的電磁波，測(cè)量汽車?yán)走_(dá)發(fā)射與接收的差值，便可以準(zhǔn)確計(jì)算出汽車車速。而輪速傳感器裝在變速器外殼，由變速器輸出軸驅(qū)動(dòng)，它是一個(gè)脈沖電機(jī)，所產(chǎn)生的頻率與輪速成正比。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電磁閥及繼電器等組成。電磁閥調(diào)整制動(dòng)力，以便保持理想的滑移率。 這種 ABS 可保證滑移率的理想控制，防抱制動(dòng)性能好，但由于增加了一個(gè)測(cè)速雷達(dá)，因此結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本也較高。2．6 單參數(shù)控制 它以控制車輪的角減速度為對(duì)象，控制車輪的制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)防抱死制動(dòng)，其結(jié)構(gòu)主要由輪速傳感器、控制器 ( 電腦 ) 及電磁閥組成。 為了準(zhǔn)確無(wú)誤地測(cè)量輪速，傳感頭與車輪齒圈間應(yīng)留有 1mm 間隙。為避免水、泥、灰塵對(duì)傳感器的影響，安裝前應(yīng)將傳感器加注黃油。電磁閥用于車輪制動(dòng)器的壓力調(diào)節(jié)。對(duì)于四通道制動(dòng)系統(tǒng)，一個(gè)車輪圈有一個(gè)電磁閥；三通道制動(dòng)系統(tǒng)，每個(gè)前輪擁有一個(gè)，兩個(gè)后輪共用一個(gè)。電磁閥有三個(gè)液壓孔，分別與制動(dòng)主缸與車輪制動(dòng)分缸相連，并能實(shí)現(xiàn)壓力升高、壓力保持、壓力降低的調(diào)壓功能。工作原理如下:1) 升壓 在電磁閥不工作時(shí)，制動(dòng)主缸接口和各制動(dòng)分缸接口直通。由于主彈簧強(qiáng)度大，使進(jìn)油閥開(kāi)啟，制動(dòng)器壓力增加。 2) 壓力保持 當(dāng)車輪的制動(dòng)分缸中的壓力增長(zhǎng)到一定值時(shí)，進(jìn)油閥切斷關(guān)閉。支架就保持在中間狀態(tài)，三個(gè)孔間相互密封，保持制動(dòng)壓力。 3) 降壓 當(dāng)電磁閥工作時(shí)，支架克服兩個(gè)彈簧的彈力，打開(kāi)卸荷肉使制動(dòng)分缸壓力降低。壓力一旦降低，電磁閥就轉(zhuǎn)換到壓力保持狀態(tài)，或升壓的準(zhǔn)備狀態(tài)。 控制裝置 ECU 的主要任務(wù)是把各車輪的傳感器傳回來(lái)的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算、分析、放大和判別，再由輸出級(jí)將指令信號(hào)輸出到電磁閥，去執(zhí)行制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)任務(wù)。電子控制裝置，由四大部分組成，輸入級(jí) A 、控制器 B 、輸出級(jí) C ，穩(wěn)壓與保護(hù)裝置 D 。 電子控制器以 4 一 101tz 的頻率驅(qū)動(dòng)電磁閥，這是駕駛員無(wú)法做到的。 這種單參數(shù)控制方式的 ABS ，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，故目前使用較廣。 在美國(guó)克萊斯勒型高級(jí)轎車中大多配備了這種單參數(shù)控制方式的 ABS 。它在轎車的四個(gè)輪上都裝有輪速傳感器。 在車輪軸上安裝有 45 齒或 100 齒的齒圈，輪速傳感器的傳感頭裝在齒圈的頂上。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使傳感器不斷產(chǎn)生電壓信號(hào)，并輸入電腦，與 RoM 中理想速度比較，算出車輪的增速或減速，向電磁閥發(fā)出升壓或卸壓的指令，以控制制動(dòng)分缸制動(dòng)力。3. ABS 使用中注意的問(wèn)題 1) 更換制動(dòng)器或更換液壓制動(dòng)系部件后，應(yīng)排凈制動(dòng)管路中的空氣，以免影響制動(dòng)系統(tǒng)的正常工作。 2) 裝有 ABS 的汽車，每年應(yīng)更換一次制動(dòng)液。否則，制動(dòng)液吸濕性很強(qiáng)，含水后不僅會(huì)降低沸點(diǎn)，產(chǎn)生腐蝕，而且還會(huì)造成制動(dòng)效能衰退。 3) 檢查 ABS 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)前應(yīng)先拔去電源。4. 發(fā)展趨勢(shì) 采用邏輯門限值控制算法，可避免一系列繁雜的理論分析和對(duì)一些不確定因素的定量計(jì)量。簡(jiǎn)化了控制器的設(shè)計(jì)，而且因僅需測(cè)定車輪的角速度，便于實(shí)現(xiàn)，所以裝車成本低。該算法現(xiàn)已趨近成熟，為當(dāng)前汽車 ABS 系統(tǒng)所普遍采用，但它并非最佳的控制算法。由于不同路況下各種門限值及保壓時(shí)間都是經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)得出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，沒(méi)有十分明確的理論依據(jù)，故 ABS 開(kāi)發(fā)的周期長(zhǎng)，且控制品質(zhì)難以保證。 基于滑動(dòng)率的控制算法容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，且有十分明確的理論加以指導(dǎo)，但目前制約其發(fā)展的瓶頸主要是實(shí)現(xiàn)的成本問(wèn)題，根據(jù)我們的研究認(rèn)為，今后 ABS 控制算法的發(fā)展方向?qū)⒃谝韵聨追矫妗?(1) 針對(duì)當(dāng)前廣泛采用的邏輯門限值控制算法所存在的缺點(diǎn)，研究能跟蹤路面特性變化，使 ABS 各項(xiàng)性能指標(biāo)始終處于最佳狀態(tài)的控制算法。其中預(yù)測(cè)控制技術(shù)值得重視。由于在制動(dòng)過(guò)程中，輪胎與路面間的摩擦特性導(dǎo)致防抱死制動(dòng)系統(tǒng)具有非常明顯的非線性、時(shí)變性和不確定性。因而難于建立其精確的數(shù)學(xué)模型，而預(yù)測(cè)控制具有預(yù)測(cè)模型、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正的基本特性，可根據(jù)某一優(yōu)化指標(biāo)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，確定一個(gè)控制量的時(shí)間序列，使未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)被調(diào)量與經(jīng)過(guò)柔化后的期望軌跡之間的誤差為最小。由于該算法采用的是不斷在線滾動(dòng)優(yōu)化，且在優(yōu)化過(guò)程中不斷通過(guò)實(shí)測(cè)系統(tǒng)輸出與預(yù)測(cè)模型輸出的誤差來(lái)進(jìn)行反饋校正，所以能在一定程度上克服由于預(yù)測(cè)模型誤差和某些不確定性干擾等的影響，使系統(tǒng)的魯棒性得到增強(qiáng)。 (2) 隨著體積更小，價(jià)格更便宜，可靠性更高的車速傳感器的出現(xiàn)，ABS 系統(tǒng)中增加車速傳感器成為可能，確定車輪滑動(dòng)率將變得準(zhǔn)確而快速。其中非接觸式的車速傳感器（如光電式、多譜勒儀等）今后最有可能應(yīng)用于汽車 ABS 系統(tǒng)中。此時(shí)基于滑動(dòng)率的控制算法就可被重視。其中模糊控制將以其不依賴對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，便于利用人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，魯棒性好，簡(jiǎn)單實(shí)用等特點(diǎn)而會(huì)被廣泛采用。(3) 由單一的 ABS 控制目標(biāo)轉(zhuǎn)向多目標(biāo)的綜合控制[10]，其中已出現(xiàn)的牽引力控制系統(tǒng)（TCS）不僅能夠在制動(dòng)過(guò)程中防止車輪發(fā)生抱死，而且能夠在驅(qū)動(dòng)過(guò)程中（特別是在起步、加速、轉(zhuǎn)彎等過(guò)程中）防止驅(qū)動(dòng)輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)，使汽車在驅(qū)動(dòng)過(guò)程中的方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向操縱能力和加速性能等也都得到提高。未來(lái)汽車電子控制系統(tǒng)將朝著從多電子控制單元（ECU）的分散的獨(dú)立控制向單一 ECU 的整車控制，以網(wǎng)絡(luò)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和綜合控制的方向發(fā)展；或者向動(dòng)態(tài)遞階控制方向發(fā)展，即各分散控制系統(tǒng)的 ECU 不僅是各自獨(dú)立地構(gòu)造自己的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器，而且要再統(tǒng)一地建立一個(gè)高層的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)器來(lái)幫助確定各 ECU 的控制策略，以增強(qiáng)各 ECU 的控制能力，解決分散控制系統(tǒng)存在不穩(wěn)定模時(shí)不能用動(dòng)態(tài)分散控制鎮(zhèn)定的問(wèn)題[11]，使整車綜合性能得到保證。 5. 總結(jié) 汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）能提高汽車在低附著系數(shù)或變附著系數(shù)路面條件下的制動(dòng)性能。目前 ABS 的控制技術(shù)主要采用邏輯門限值控制方法，但隨著車速傳感器技術(shù)的發(fā)展，基于車輪滑動(dòng)率的各種控制算法將被廣泛的重視和采用。另外。未來(lái)汽車電子控制技術(shù)與裝置將以網(wǎng)絡(luò)的方式實(shí)現(xiàn)資源共享和綜合控制，并朝著多目標(biāo)綜合控制，以提高系統(tǒng)性能成本比的方向發(fā)展。 參考文獻(xiàn)1 余志生. 汽車?yán)碚摚ㄐ抻啺妫? 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993 2 李朝祿. 汽車制動(dòng)防抱裝置（ABS）構(gòu)造與原理. 劉榮華譯. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995 3 柯愈治，謝懷喧等. 汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與檢修. 北京：人民交通出版社，1998 4 潘旭峰. 現(xiàn)代汽車電子技術(shù). 北京：北京理工大學(xué)出版社，1998 5 周云山，于秀敏. 汽車電控系統(tǒng)理論與設(shè)計(jì). 北京：北京理工大學(xué)出版社，1999 6 張洪欣. 汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué). 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996 7 Gerorge F.maner，Gerard F.Gissinger，etc. Fuzzy Logic Continues and Quantizing Control of an ABS Braking system. 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