汽车制动防抱死装置论文答辩

在汽车防抱死制动系统出现之前，汽车所用的都是开环制动系统。其特点是制动器制动力矩的大小仅与驾驶员的操纵力、制动力的分配调节以及制动器的尺寸和型式有关。由于没有车轮运动状态的反馈信号，无法测知制动过程中车轮的速度和抱死情况，汽车就不可能据此调节轮缸或气室制动压力的大小。因此在紧急制动时，不可避免地出现车轮在地面上抱死拖滑的现象。当车轮抱死时，地面的侧向附着性能很差，所能提供的侧向附着力很小，汽车在受到任何微小外力的作用下就会出现方向失稳问题，极易发生交通事故。在潮湿路面或冰雪路面上制动时，这种方向失稳的现象会更加严重。汽车防抱死制动系统（Anti-lock Braking System简称ABS）的出现从根本上解决了汽车在制动过程中的车轮抱死问题。它的基本功能就是通过传感器感知车轮每一瞬时的运动状态，并根据其运动状态相应地调节制动器制动力矩的大小以避免出现车轮的抱死现象，因而是一个闭环制动系统。 它是电子控制技术在汽车上最有成就的应用项目之一，汽车制动防抱死系统可使汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离，有效提高行车的安全性。 一、ABS的工作原理 汽车制动时由于车轮速度与汽车速度之间存在着差异，因而会导致车轮与路面之间产生滑移，当车轮以纯滚动方式与路面接触时，其滑移率为零；当车轮抱死时其滑移率为100％。当滑移率在8％～35％之间时，能传递最大的制动力。制动防抱死的基本原理就是依据上述的研究成果，通过控制调节制动力，使制动过程中车轮滑移率控制在合适的范围内，以取得最佳的制动效果。ABS系统硬件构成主要由传感器（包括轮速传感器、减速度传感器和车速传感器）、电子控制装置、制动压力调节器三大部分组成，形成一个以滑移率为目标的自动控制系统。传感器测量车轮转速并将这一数据传送至电子控制装置上，控制装置是一个微处理器，它根据车轮转速传感器信号来计算车速。在制动过程中，车轮转速可与控制装置中预先编制的理想减速度的特性曲线相比较。如果控制装置判断出车轮减速度太快和车轮即将抱死时，它就发出信号给液压调节器，液压调节器可根据来自控制装置的信号对制动器的卡钳或轮泵的油压进行控制（作用、保持、释放、重新作用）。这一动作，每秒钟能出现10次以上。 二、ABS技术的发展及应用现状 基于制动防抱理论的制动系统首先是应用于火车和飞机上。1936年，德国博世公司（BOSCH）申请一项电液控制的ABS装置专利，促进了ABS技术在汽车上的应用。汽车上开始使用ABS始于1950年代中期福特汽车公司，1954年福特汽车公司在林肯车上装用法国航空公司的ABS装置，这种ABS装置控制部分采用机械式，结构复杂，功能相对单一，只有在特定车辆和工况下防抱死才有效，因此制动效果并不理想。机械结构复杂使ABS装置的可靠性差、控制精度低、价格偏高。ABS技术在汽车上的推广应用举步艰难。直到70年代后期，由于电子技术迅猛发展，为ABS技术在汽车上应用提供了可靠的技术支持。ABS控制部分采用了电子控制，其反应速度、控制精度和可靠性都显著提高，制动效果也明显改善，同时其体积逐步变小，质量逐步减轻，控制与诊断功能不断增强，价格也逐渐降低。这段时期许多家公司都相继研制了形式多样的ABS装置。 进入90年代后，ABS技术不断发展成熟，控制精度、控制功能不断完善。现在发达国家已广泛采用ABS技术，ABS装置已成为汽车的必要装备。北美和西欧的各类客车和轻型货车ABS的装备率已达90％以上，轿车ABS的装备率在60％左右，运送危险品的货车ABS的装备率为100％。ABS装置制造商主要有：德国博世公司（BOSCH），欧、美、日、韩国车采用最多；美国德科公司（DELCO），美国通用及韩国大宇汽车采用；美国本迪克斯公司（BENDIX），美国克莱斯勒汽车采用；还有德国戴维斯公司（TEVES）、德国瓦布科（WABCO）、美国凯尔西海斯公（KELSEYHAYES）等，这些公司的ABS产品都在广泛地应用，而且还在不断发展、更新和换代。 近年来，ABS技术在我国也正在推广和应用，1999年我国制定的国家强制性标准GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》中已把装用ABS作为强制性法规。此后一汽大众、二汽富康、上海大众、重庆长安、上海通用等均开始采用ABS技术，但这些ABS装置我国均没有自主的知识产权。 国内研究ABS主要有东风汽车公司、交通部重庆公路研究所、济南捷特汽车电子研究所、清华大学、西安交通大学、吉林大学、华南理工大学、合肥工业大学等单位，虽然起步较晚，也取得了一些成果。在气压ABS方面，国内企业包括东风电子科技股份有限公司、重庆聚能、广东科密等都已形成了一定的生产规模。液压ABS由于技术难度大，国外技术封锁严密，国内企业暂时不能独立生产，但在液压ABS方面也在做自主研发，力图突破国外跨国公司的技术壁垒，已经取得了一些新的进展和突破。如清华大学和浙江亚太等承担的汽车液压防抱死制动系统（ABS）“九五”国家科技攻关课题，在ABS控制理论与方法、电子控制单元、液压控制单元、开发装置和匹配方法等关键技术方面均取得了重大成果。采用的耗散功率理论，避免了传统的逻辑门限值研究方法的局限性，取得了理论上的突破，研发ABS成功且进入产业化、批量生产阶段。其试样在南京IVECO轻型客车上匹配使用全面达到了国家标准GB12676-1999和欧洲法规EECR13的要求。这对振兴我国汽车工业与汽车零部件业具有划时代意义，标志着我国汽车液压ABS国产化已迈出坚实的一步。同时合肥工业大学也研制出国内具有自主知识产权的液压制动电子防抱系统，率先在HF6700轻型汽车上匹配使用获得成功。国内液压ABS技术含量与国外虽有一定的差距，但在政府的大力支持和国内丰富的人力资源配合下，相信国内可以在较短的时间内在ABS技术某些领域赶超国际水平。 三、ABS控制策略 ABS技术的一个核心问题就是控制算法的研究。由于ABS系统是非线性系统，因此探索一种有效的控制方法是ABS系统发展的关键。近年来，国内外学者对ABS的控制算法进行了很多理论研究，主要有以下几种控制方法。

随着中国汽车消费市场的迅猛发展，近五年来中国汽车行业持续产销两旺。但在繁荣的背后，存在巨大隐忧。中国汽车技术的空心化迟早将影响汽车行业的健康发展。汽车行业要想保持长久的繁荣，自主研发、自主知识产权、自主品牌无疑是关键，这在汽车零配件产业体现的更加突出。我国的汽车零配件企业研发投入不足，研发能力较弱，严重制约了我国自主品牌的建立。防抱死制动系统作为现代轿车标准配件之一，其在紧急制动时能起到控制汽车操纵稳定性的作用，使轿车的主动安全性得以保障。本文以车辆动力模型及防抱死制动系统中轮速传感器、压力调节器、电子控制器为研究对象，以其结构组成及功能为研究内容，采用理论分析与仿真试验相结合的研究方法，在总结国内外研究成果的基础上，分析研究了防抱死制动系统的布置方案及控制策略。本文所作主要工作如下：①广泛查阅国内外有关轮速传感器、液压调节器、电子控制器控制策略、车辆动力学及车辆结构设计、试验、制造方面的文献资料，了解国内外相关技术发展状况和最新技术水平，分析并总结了汽车防抱死制动系统的成功研发经验。②认真分析了目前ABS系统中所面临的技术难点，如路面的实时识别，压力调节器的加工制造装配。并提出了相应的解决方案。③建立了防抱死制动系统数学模型，包括汽车动力学模型，压力调节器模型，电子控制器模型，在此基础上建立了防抱死制动系统的整体仿真模型。④运用MATLAB/Stateflow设计了自寻优控制策略算法及状态流程，运用MATLAB/Simulink对所建模型进行仿真分析研究，发现：当制动主缸活塞与缸孔内壁间隙超过某一值后，制动主缸压力将出现波动，并随着间隙的增大波动幅度也在增大；在高附着系数的路面上应采用较高的频率对制动压力进行调节，以便充分利用路面的高附着特性，提高车辆的制动效能。所设计的控制算法能实现路面特性的实时识别，能很快识别出路面的最佳滑移率，并使滑移率维持在最佳滑移率附近，使系统充分利用路面特性，达到最佳的制动效果。

谈ABS防抱死制动系统一、引言 ABS防抱死制动系统已成为许多汽车的标准安全配置。世界上最早的机械防抱死系统（ABS）是1930年瑞典工程师维奈发明的，成为当时汽车装备的奢侈品。采用ABS能有效地缩短制动距离，减少汽车侧滑，防止车轮抱死和弹跳，改善方向稳定性以及减轻轮胎磨损，保障制动平稳，有利于驾驶安全。ABS的研究经过80年的努力，目前已有了突破性进展，从两轮ABS汽车开始变成四轮ABS汽车，从机械ABS开始向电子ABS发展，逐步使ABS在全球汽车工业得到推广和普及。ABS各种汽车可以在紧急制动时不会有任何一个车轮被抱死，保持良好的附着力和转向性能，提高汽车制动的安全性。二、ABS系统的基本构成 现在汽车上普遍采用的ABS防抱死制动系统是以控制车轮的角减速度为对象，控制车轮的制动力，实现防抱死制动的。主要由轮速传感器、控制器（电脑）及电磁阀组成。三、ABS的工作原理及调节过程（一）ABS的工作原理 由装在车轮上的转速传感器采集4个车轮的转速信号，送到电子控制单元计算出每个车轮的转速，进而推算出车辆的减速度及车轮的滑移率。 ABS电子控制单元根据计算出的参数，通过液压控制单元调节制动过程的制动压力，达到防止车轮抱死的目的。在ABS不起作用时，电子制动力分配系统仍可调节后轮制动力，保证后轮不会在先于前轮抱死，以保证车辆的安全。（二）ABS的调节过程 车轮制动压力调节的控制过程如下：1．建压阶段制动时，通过助力器和总泵建立制动压力。此时常开阀打开，常闭阀关闭，制动压力进入车轮制动器，车轮转速迅速降低，直到ABS电子控制单元通过转速传感器得到识别出车轮有抱死的倾向为止。2．保压阶段 ABS电子控制单元通过转速传感器得到信号，识别出车轮有抱死的倾向时，ABS电子控制单元即关闭常开阀，此时常闭阀仍然关闭。3．降压阶段 如果在保压阶段，车轮仍有抱死倾向，则ABS系统进入降压阶段。此时，电子控制单元命令常闭阀打开，常开阀关闭，液压泵开始工作，制动液从轮缸经低压蓄能器被送回到制动总泵，制动压力降低，制动踏板出现抖动，车轮抱死程度降低，车轮转速开始增加。4．升压阶段 为了达到最佳制动效果，当车轮达到一定转速后，ABS电子控制单元再次命令常开阀打开，常闭阀关闭。随着制动压力增加，车轮再次被制动和减速。四、ABS的正确使用与维修 ABS称为“防抱死”系统而不是“防滑”系统。虽然现代的ABS系统可最大限度地提高制动系统的稳定性，但不能防止车轮在所有的情况下都不发生滑移。在积雪结冰或湿滑的路面上行驶时，汽车稳定性仍较差，此时应减慢车速，小心驾驶。ABS不能减少驾驶员脚踩制动踏板的时间，因此，超速行驶，特别是在弯道、积水湿滑地方或太*近前车时，同样存在车祸的几率，需尽量避免。不可采用多踩几脚制动踏板的方法来增加制动力。在常规制动系统中，多踩几脚制动踏板可使更多的制动液流至分泵，增强制动效果。但对装有ABS的汽车，只需踩紧制动踏板，汽车就会自动进行制动防抱的工作，而不需要人工干预。多踩几脚制动踏板，反而会使ABS电脑得不到正确的制动信号，导致制动效果不良。不可随意增大轮胎的直径，但可以在保持原厂轮胎直径不变的前提下增大轮胎的宽度。因为ABS的车速信号是从车轮取得的，如果不按照此规定，就会导致车轮转速的数据不准确，而使得ABS判断错误，严重时还会造成事故。点火开关在“ON”的位置时，仪表板上的“ABS”指示灯会亮。多数汽车在发动机发动后几秒钟后熄灭。在蓄电池电压低于10V时，ABS恢复正常工作。若ABS指示灯亮后一直不再熄灭，表示系统有故障。此时系统仍能保证一般的制动功能，但无防抱死的能力，应尽快小心驾驶至修理厂检修。制动时，可感觉到制动踏板的抖动，表示ABS在正常工作中。同时也提醒驾驶员，车辆正在不良的路面上行驶，应放慢车速。 只能使用原厂规定的制动液。当车辆装备有安全气囊（SRS）进行ABS检修时，应将SRS的功能暂时解除（需要注意的是，某些车须用专用仪器才能把SRS电脑中的指令删除）。这可防止SRS意外爆开而伤人，在高速试验ABS的性能时特别应该注意。 由于车速传感器有磁性，容易吸上铁屑，检修时应注意。另外，装车速传感器时，应按规定的扭矩拧紧，并涂上指定的防锈剂（不能用黄油），并注意传感器与齿圈的间隙。如果制动管路中有空气，必须排除。一般来说，用手动排气法能够解决问题。必要时应参看原车的维修手册