• 汽车防抱死制动系统(ABS)技术


            定义:汽车防抱死制动系统是指汽车在制动过程中能够实时判断车轴的滑移率,自动调节作用在车轮上的制动力矩,防止车轮抱死,并取得最佳制动效能的电子装置。

    无ABS系统的车辆抱死时的负效应

    (1)由于车轮被抱死,车辆失去操作性,不能按驾驶员的要求改变行驶方向以躲避障碍物或者行人,从而造成交通事故。

    (2)在非对称附着系数的路面,车轮抱死将丧失直线行驶稳定性,易出现侧滑、甩尾及急转等危险现象。

    (3)车轮抱死时的附着力一般低于路面所能提供的最大附着力,车轮在全抱死状态的制动距离反而略有增加。

    (4)因为车轮被抱死导致车胎局部急剧摩擦,降低了轮胎的使用寿命。

    一、轮胎与路面的相互关系

            路面所能提供的附着力(即最大纵向、侧向作用力)与附着系数有关,附着系数从定义为路面附着力F_{t}与作用在车轮上的垂直负荷F_{N}之比为:\mu = \frac{F_{t}}{F_{N}}

            驱动工况:车轮速度大于车速,车轮相对地面滑转。

            制动工况:车轮速度小于车速,车轮相对地面滑移。

            防抱死制动系统(ABS)正是利用道路与轮胎之间的关系,强制性地把车轮的滑移率控制在临界点附近,使路面附着性能得到最充分的发挥,从而达到最佳的制动效果。

    二、单轮车辆系统的数学模型

            汽车四轮系统的数学模型过于复杂,先简单对汽车单轮车辆系统建立数学模型。

            汽车的制动回路由:【制动踏板】、【主制动缸】、【控制阀】、【轮缸】、【速度传感器】等组成。

    三、ABS简单逻辑控制算法

            路面条件一定,路面附着系数不会超过某一给定的值。当车轮的角速度超过极限条件,则表明制动力已经超过路面所提供的最大附着力,车轮可能出现抱死倾向,所以ABS算法要保证车轮的角减速度小于极限值。

    四、以车轮加减速度和滑移率结合的逻辑控制

    1、参考车速和滑移率的计算

            现今汽车上一般采用间接的方法由车轮的角速度和负加速度构造车辆的参考速度。

    2、以车轮加减速度和滑移率结合的逻辑控制

            当车轮的速度大于参考速度后,则说明此时的车速不会低于当前的轮速,于是应把参考速度设定为当前的轮速,使参考速度得到修正。

    3、大附着系数路面上的制动控制

    (1)给车轮制动装置升压

    (2)给车轮制动装置保压

    (3)给车轮制动装置减压

    (4)给车轮制动装置定时保压,用于识别路面的附着系数。

    (5)PWM调压,根据附着系数和已有的车速来调节车轮的制动装置的输出。

    4、小附着系数路面上的制动控制

    (1)给车轮制动装置升压

    (2)给车轮制动装置保压

    (3)给车轮制动装置定时保压,由于在给定的时间内车轮的加速度达不到+a门限,于是可以判定:此时是属于小附着系数路面的情形。【因为路面的摩擦力比较小,所以车轮的加速度增加的比较慢】

    (4)给车轮制动装置保压,当车轮加速度再低于+a门限时,第4阶段结束

    (5)给车轮制动装置增压-保压(PWM调制),直到出现-a门限,阶段5结束。

    (6)给车轮制动装置快速降压,直到+a门限出现

    (7)给车轮制动装置保压,车轮加速度再低于+a门限

    (8)给车轮制动装置增压-保压,直到-a门限出现

    5、路面附着系数跃变的控制过程

            逻辑控制是把车轮的加速度分为(-a,+a,+A)几个门限值,再辅之以车轮的滑移率门限(\lambda _{1},\lambda _{2})并利用控制从减压切换到保压后的规定时间间隔里,根据可能出现的几种门限信号识别出路面的特性。

    五、基于滑移率的控制算法

            用滑移率作为控制目标容易实现连续控制,因而可提高ABS在制动过程中的平顺性,并最大限度地发挥它的制动效能。

    六、ABS整车控制装置的整车布置形式

    1、ABS的通道与传感器

            4通道4传感器ABS系统是当前最普遍的配置形式。

    2、ABS整车布置形式

            每个车轮都具有一个轮速传感器和一个液压通道,可以对每个车轮实现任意目标的压力控制,使ABS总体性能达到最佳状态。

    七、整车制动时的受力分析

            为了保持车辆直线状态,由驾驶员和车辆构成的闭环系统,观测汽车行驶方向与期望的行驶方向出现偏差时,于是会通过方向盘进行校正。

    八、整车控制技术

            单轮控制方式过分强调利用路面附着系数,使车辆失去方向稳定性。

            低选控制方式选择低侧附着系数进行控制,使制动器的效能得不到充分的发挥。

            单轮修正算法对上述两种算法进行折中控制,对处于低附着系数的车轮按照自己的门限条件(由边界条件确定)进行控制,处于高附着系数的车轮则在低附着系数侧压力的基础上,适量地逐步增加一个变化的压力差。

            低附着系数路面时对制动系统加的压力较小,高附着系数路面时对制动系统加的压力较大。

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