2385 乘用車防抱死制動系統(tǒng)的分析及關鍵部件的設計

2385 乘用車防抱死制動系統(tǒng)的分析及關鍵部件的設計,乘用車防,抱死,制動,系統(tǒng),分析,關鍵,癥結(jié),樞紐,部件,設計 ..大學畢業(yè)設計說明書題 目： 防抱死系統(tǒng)設計 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化三班 學 號： .. 姓 名： .. 指導教師： .. 完成日期： 2012-5-19 ..大學..畢業(yè)論文（設計）任務書論文（設計）題目： 乘用車防抱死制動系統(tǒng)的分析及關鍵部件的設計 學號：.. 姓名：.. 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 指導教師： .. 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求 1．基本掌握乘用車防抱死制動系統(tǒng)的組成及功能；2．針對一款車用車型初步設計一種結(jié)構(gòu)簡單，可靠的防抱死制動系統(tǒng)，并對其中關鍵部件進行設計；3．繪制裝配圖，若干零件圖；4．設計說明書，80000 字以上；5.翻譯一篇外文文獻，3000 字符以上。 二、重點研究的問題ABS 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設計 三、進度安排序號 各階段完成的內(nèi)容 完成時間1 查閱資料、調(diào)研 第 1 周2 開題報告、制訂設計方案 第 2 周3 實驗（設計） 第 3 至 5 周4 分析、調(diào)試等 第 6 至 8 周5 寫出初稿 第 9 至 12 周6 修改，寫出第二稿 第 13 至 14 周7 寫出正式稿 第 15 周8 答辯 2012 年 6 月四、應收集的資料及主要參考文獻[1]楊曙東　何存興　液壓傳動與氣動傳動　華中科技大學出版社　２００７[2]齊曉杰　防抱死制動和牽引力控制系統(tǒng)　化學工業(yè)出版社?。玻埃埃礫3]譚本忠　汽車ＡＢＳ　機械工業(yè)出版社　２０１０[4]王麗梅　叢書汽車ＡＢＳ系統(tǒng)維修問答　中國電力出版社?。玻埃埃禰5]張月相　趙英君　電控汽車ＡＢＳ培訓教程　黑龍江科學技術(shù)出版社　２００７[6]馮淵　汽車電子控制技術(shù)　機械工業(yè)出版社?。玻埃埃穂7]付百學　汽車電子控制技術(shù)　機械工業(yè)出版社　２０００[8]李朝青 單片機原理及接口技術(shù) 北京航空航天大學出版社 2005[9]劉昭度 陳思忠 汽車制動系統(tǒng)電子控制技術(shù)的發(fā)展，汽車電子 1996（8）[10]孟嗣宗、催艷萍 現(xiàn)代汽車防抱死制動系統(tǒng)和驅(qū)動力控制系統(tǒng) 北京理工大學出版社 1997[11] 余志生 汽車理論[M]. 北京機械工業(yè)出版社 2000[12] 馬明星,毛務本,朱錦興. 車輛防抱死制動系統(tǒng)(ABS)控制算法的研究[ J ].城市車輛, 2002, (2) : 21223.[13] 劉昭度、陳思忠，汽車制動系統(tǒng)電子控制技術(shù)的發(fā)展，汽車電子，1996(8)[14] 司利增，汽車防滑控制系統(tǒng)--ABS 與 ASR，人民交通出版社，1996[15] 孟嗣宗、崔艷萍，現(xiàn)代汽車防抱死制動系統(tǒng)和驅(qū)動力控制系統(tǒng)，北京理工大學出版社，1997[16] 李巖等，汽車 ABS 和安全氣囊面臨的挑戰(zhàn)和對策，世界汽車，1998[17] 李巖，ABs 信號采集與處理的試驗研究與分析，北京理工大學學位論文，1999[18] 余志生主編，汽車理論，機械工業(yè)出版社，1989[19] 潘旭峰等編著，現(xiàn)代汽車電子技術(shù)，北京理工大學出版社，1998[20] (日)ABS 株式會社，汽車制動防抱裝置 (ABS)構(gòu)造與原理，李朝祿、劉榮華譯，機械工業(yè)出版社，1995[21] 程軍. 汽車防抱死制動系統(tǒng)的理論與實踐[M ]. 北京:北京理工大學出版社, 1999.[22] 余志生. 汽車理論[M ]. 北京:機械工業(yè)出版社, 2000: 82～85.[23] 肖永清,楊思敏. 汽車制動系統(tǒng)的使用與維修[M ]. 北京:中國電力出版社, 2003: 110～111.[24] 鄭利苗. 轎車 ABS 和 TC[M ]. 廣州:廣東科技出版社, 1999: 27～28...大學..畢業(yè)論文（設計）評閱表學號 .. 姓名 .. 專業(yè) 機械設計制造及其自動化三班 畢業(yè)論文（設計）題目：乘用車防抱死制動系統(tǒng)的分析及關鍵部件的設計 評價項目評 價 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的；2.難度、份量是否適當；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運用知識的能力；3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力；4.是否具備一定的外文與計算機應用能力；5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。論文（設計）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術(shù)用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價值或?qū)嶋H應用價值，有無創(chuàng)新之處。綜合評價選題較具時代性和現(xiàn)實性。全文結(jié)構(gòu)安排合理。觀點表達基本準確。全文內(nèi)容緊扣機械設計專業(yè)要求來寫，充分體現(xiàn)出機械設計專業(yè)特色。查閱的相關資料較多。但不足之處主要是屬于自己創(chuàng)新的東西還不多。 總體上符合畢業(yè)論文要求。評閱人： 2012 年 5 月 日 ..大學..畢業(yè)論文（設計）鑒定意見學號： .. 姓名： .. 專業(yè)：機械設計制造及其自動化三班 畢業(yè)論文（設計說明書） 68 頁 圖 表 3 張論文（設計）題目： 乘用車防抱死制動系統(tǒng)的分析及關鍵部件的設計 內(nèi)容提要：1. 基本掌握乘用車防抱死制動系統(tǒng)的組成及功能；2.針對一款乘用車型初步設計一種結(jié)構(gòu)簡單，可靠的防抱死制動系統(tǒng)，并對其中關鍵部件進行設計；3.繪制裝配圖；4.設計說明書，80000 字以上；5.翻譯一篇外文文獻，3000 字符以上.指導教師評語1. ..同學在做畢業(yè)設計期間，態(tài)度認真，前期認真查閱資料文獻，做了充足的準備，按時完成了設計任務；2. 查閱了大量汽車防抱死制動系統(tǒng)的相關文獻，與老師交流學習，提出了基本方案，論證方案可行；3. 完成了真空助力器，浮鉗式制動器的裝配圖，熟悉的掌握了 AUTO CAD 的軟件應用；4. 完成了說明書，格式規(guī)范，思路清晰，例論準確，同意參加答辯，建議成績中。指導教師： 年 月 日答辯簡要情況及評語答辯小組組長： 年 月 日答辯委員會意見答辯委員會主任： 年 月 日摘 要ABS 系統(tǒng)可以顯著提高或者改善汽車緊急制動時的操作性和穩(wěn)定性，縮短了制動距離，是一種越來越得到廣泛應用的汽車電子控制產(chǎn)品。此次畢業(yè)設計以小轎車為研究對象，展開對汽車 ABS 系統(tǒng)的研究。主要完成了以下的工作：通過對單個車輪的受力分析確定了影響車輪附著系數(shù)的主要因素；通過比較電磁式輪速傳感器和霍爾效應式傳感器的性能優(yōu)缺點，采用并設計了霍爾效應式輪速傳感器；通過對控制結(jié)構(gòu)的分析設計了以 INTEL 公司生產(chǎn)的 80C196KC 單片機為核心的部分實時控制系統(tǒng)硬件部分；本文通過學習比較只是針對 ABS 控制系統(tǒng)的硬件部分進行設計。在設計過程中對汽車制動理論和制動裝置有了較為深入的了解，擴大了自己的知識面，自己解決問題的能力也得到了較大提高。關鍵詞：防抱死制動系統(tǒng) 輪速傳感器 滑移率 ABSTRCTAnti-Lock Braking System(ABS) is an impotant device to improve the active safety of vehicle.ABS can greatly improve steering control ability during the brake maneuver and shorten stopping distance.It is a kind of more and more widely applied to automotive electronic control products.With the car as the research object,the graduation design on ABS has been carried on.And a series of work were finished:The dynamic situation of wheel was analyzed.Then,the model of hydraulic ABS was built and assured main complication affect the wheeler appendiculate coefficient.By comparing the capabilitu of electromagnetism rotate speed sensor with Houer rotate speed sensor,we chose the later,and have design a sensor of this king.Through the analysis of the structure of control designed for the production of INTEL 80C196KC single-chip microprocessor as the core part of the real-time control system hardware parts.In this paper,based on the knowledge I have mastered,I designed a ABS control system hardware only.I have gotten a in-depth understand of motorcare trig theory and equipment. It Widen my knowledge scope,improved my ability of solving problems.Kyewords: electronic control system wheel speed sensor slip rate目錄一.防抱死制動系統(tǒng)概述 .............................................................................................................- 1 -1.1 ABS 的功能 .............................................................................................................................- 1 -1.2 ABS 系統(tǒng)在國外發(fā)展的歷史 .................................................................................................- 2 -1.3 ABS 系統(tǒng)在國內(nèi)發(fā)展的現(xiàn)狀 .................................................................................................- 3 -1.4 ABS 系統(tǒng)發(fā)展趨勢展望 .........................................................................................................- 5 -二.ABS 系統(tǒng)控制方式的工作原理 ..............................................................................................- 7 -2.1 制動時汽車的運動與受力分析 ............................................................................................- 7 -2.1.1 制動時汽車的受力分析 ......................................................................................- 7 -2.1.2 車輪抱死時汽車運動情況 .................................................................................- 8 -2.2 ABS 的控制方式 ...................................................................................................................- 10 -2.2.1 車輪滑移率以及其與附著系數(shù)的關系 ............................................................- 10 -2.2.2 制動時車輪運動方程 .......................................................................................- 13 -2.3 ABS 的工作原理 ...................................................................................................................- 13 -2.3.1 ABS 控制過程曲線 ...........................................................................................- 13 -2.3.2 ABS 基本工作原理 ...........................................................................................- 14 -2.3.3 ABS 工作中的反應 ........................................................................................- 16 -三.ABS 系統(tǒng)主要硬件結(jié)構(gòu)設計分析 .......................................................................................- 18 -3.1 ABS 系統(tǒng)的布置方式 ...........................................................................................................- 18 -3.2 ABS 的基本組成 ...................................................................................................................- 23 -3.3 CPU 的選擇 ..........................................................................................................................- 26 -3.4 ABS 系統(tǒng)輪速傳感器選擇 ...................................................................................................- 27 -3.4.1 霍爾傳感器的設計 ............................................................................................- 29 -3.4.2 霍爾開關電路的選擇 ........................................................................................- 30 -3.4.3 傳感器齒盤的設計 ............................................................................................- 32 -3.5 ABS 制動調(diào)壓系統(tǒng)工作過程 ...............................................................................................- 33 -3.6 電源選擇 .............................................................................................................................- 37 -3.7 信號輸入電路設計與選擇 .................................................................................................- 37 -3.8 ABS 系統(tǒng)警報 LED 燈設計 ...................................................................................................- 38 -3.9 硬件抗干擾設計 ................................................................................................................- 39 -3.10 真空助力器 .......................................................................................................................- 43 -3.11 車輪制動器的選擇 ...........................................................................................................- 45 -四.結(jié)論與展望 ...........................................................................................................................- 47 -4.1 研究工作總結(jié) .....................................................................................................................- 47 -4.2 ABS 系統(tǒng)發(fā)展方向 ...............................................................................................................- 48 -致謝 ........................................................................................................................................- 51 -參考文獻 ....................................................................................................................................- 52 -附錄 1 外文翻譯 ........................................................................................................................- 60 -- 1 -一.防抱死制動系統(tǒng)概述1.1 ABS 的功能汽 車 ABS 在 高 速 制 動 時 用 來 防 止 車 輪 抱 死 ， ABS 是 英 文 Anti-lock Brake Syetem 的 縮 寫 ， 全 文 的 意 思 是 防 抱 死 制 動 系 統(tǒng) ， 簡 稱 ABS。凡 駕 駛 過 汽 車 的 人 都 有 這 樣 的 經(jīng) 歷 ： 在 積 水 的 柏 油 路 上 或 在 冰 雪 路 面 緊 急制 動 時 ， 汽 車 輕 者 會 發(fā) 生 側(cè) 滑 ， 嚴 重 時 會 掉 頭 ， 甩 尾 ， 甚 至 產(chǎn) 生 劇 烈 旋 轉(zhuǎn) 。制 動 力 過 大 ， 將 使 車 輪 抱 死 ， 汽 車 方 向 失 去 控 制 后 ， 若 是 彎 道 就 有 可 能 從路 邊 滑 出 或 闖 入 對 面 車 道 ， 即 使 不 是 彎 道 也 無 法 躲 避 障 礙 物 ， 產(chǎn) 生 這 些 危 險狀 況 的 原 因 在 于 汽 車 的 車 輪 在 制 動 過 程 中 產(chǎn) 生 抱 死 現(xiàn) 象 ， 此 時 ， 車 輪 相 對 于路 面 的 運 動 不 再 是 滾 動 ， 而 是 滑 動 ， 路 面 作 用 在 車 輪 上 的 側(cè) 滑 摩 擦 力 和 縱 向制 動 力 變 得 很 小 ， 路 面 越 滑 ， 車 輪 越 容 易 。 總 之 ， 汽 車 制 動 時 車 輪 如 果 抱 死將 產(chǎn) 生 以 下 不 良 影 響 ： 方 向 失 去 控 制 ， 出 現(xiàn) 側(cè) 滑 ， 甩 尾 ， 甚 至 翻 車 ； 制 動 效率 下 降 ， 延 長 了 制 動 距 離 ； 輪 胎 過 度 磨 損 ， 產(chǎn) 生 “小 平 面 ”， 甚 至 爆 胎 。ABS 防 抱 死 制 動 裝 置 就 是 為 了 防 止 上 述 缺 陷 的 發(fā) 生 而 言 之 的 裝 置 ， 他 又 以下 幾 點 好 處 ： 增 加 制 動 穩(wěn) 定 性 ， 防 止 方 向 失 控 ， 側(cè) 滑 和 甩 尾 ； 提 高 制 動 效 率 ，縮 短 制 動 距 離 （ 松 軟 的 沙 石 路 面 除 外 ） ； 減 少 輪 胎 磨 損 ， 防 止 爆 胎 ?，F(xiàn) 代 轎 車 的 ABS 由 輸 入 傳 感 器 ， 控 制 電 腦 ， 輸 出 調(diào) 制 器 及 連 接 線 等 組 成 。輸 入 傳 感 器 通 常 包 括 四 個 車 輪 的 輪 速 信 號 ， 剎 車 信 號 ， 個 別 車 型 還 有 減 速 信號 ， 手 剎 車 。ABS 的 第 一 個 優(yōu) 點 是 增 加 的 汽 車 制 動 時 候 的 穩(wěn) 定 性 。 汽 車 制 動 時 ， 四 個 輪子 上 的 制 動 力 是 不 一 樣 的 ， 如 果 汽 車 的 前 輪 抱 死 ， 駕 駛 員 就 無 法 控 制 汽 車 的行 駛 方 向 ， 這 是 非 常 危 險 的 ； 倘 若 汽 車 的 后 輪 抱 死 ， 就 會 出 現(xiàn) 側(cè) 滑 ， 甩 尾 ，甚 至 使 汽 車 整 個 掉 頭 等 嚴 重 事 故 。 ABS 可 以 防 止 四 個 輪 子 制 動 時 被 完 全 抱 死 ，提 高 了 汽 車 行 駛 的 穩(wěn) 定 性 。 汽 車 生 產(chǎn) 廠 家 的 研 究 數(shù) 據(jù) 表 明 ， 裝 有 ABS 的 車輛 ， 可 使 因 車 輪 側(cè) 滑 引 起 的 事 故 比 例 下 降 8%左 右 。ABS 的 第 二 個 優(yōu) 點 是 能 縮 短 制 動 距 離 。 這 是 因 為 在 同 樣 緊 急 制 動 的 情 況 下 ，ABS 可 以 將 滑 移 率 控 制 在 20%左 右 ， 即 可 獲 得 最 大 的 縱 向 制 動 力 的 結(jié) 果 。- 2 -ABS 的 第 三 個 優(yōu) 點 就 是 改 善 了 輪 胎 的 磨 損 狀 況 ， 防 止 爆 胎 。 事 實 上 ， 車 輪抱 死 會 造 成 輪 胎 小 平 面 磨 損 ， 輪 胎 面 損 耗 會 不 均 勻 ， 使 輪 胎 磨 損 消 耗 增 加 ，嚴 重 時 將 無 法 繼 續(xù) 使 用 。 因 此 ， 裝 有 ABS 具 有 一 定 的 經(jīng) 濟 效 益 和 安 全 保 障 。另 外 ， ABS 使 用 方 便 ， 工 作 可 靠 。 ABS 的 使 用 與 普 通 制 動 系 統(tǒng) 的 使 用 幾 乎沒 有 區(qū) 別 ， 緊 急 制 動 時 只 有 把 腳 用 力 踏 在 制 動 踏 板 上 ， ABS 就 會 根 據(jù) 情 況進 入 工 作 狀 態(tài) ， 即 使 雨 雪 路 滑 ， ABS 也 會 使 制 動 狀 態(tài) 保 持 在 最 佳 點 。 ABS利 用 電 腦 控 制 車 輪 制 動 力 ， 可 以 充 分 發(fā) 揮 制 動 器 的 效 能 ， 提 高 制 動 減 速 度 和縮 短 制 動 距 離 ， 并 能 有 效 地 提 高 車 輛 制 動 的 穩(wěn) 定 性 ， 防 止 車 輛 側(cè) 滑 和 甩 尾 ，減 少 車 禍 事 故 的 發(fā) 生 ， 因 此 被 認 為 是 當 前 提 高 汽 車 行 駛 安 全 性 的 有 效 措 施1.2 ABS 系統(tǒng)在國外發(fā)展的歷史ABS 裝 置 最 早 應 用 在 飛 機 和 火 車 上 ， 而 在 汽 車 上 的 應 用 比 較 晚 。 鐵 路 機 車在 制 動 時 如 果 制 動 強 度 過 大 ， 車 輪 就 會 很 容 易 抱 死 在 平 滑 的 軌 道 上 滑 行 。 由于 車 輪 和 軌 道 的 摩 擦 ， 就 會 在 車 輪 外 圓 上 磨 出 一 些 小 平 面 ， 小 平 面 產(chǎn) 生 后 ，車 輪 就 不 能 平 穩(wěn) 地 行 駛 ， 產(chǎn) 生 躁 動 和 震 動 。 1908 年 英 國 工 程 師J.E.Francis 提 出 了 “鐵 輪 車 輛 車 輪 防 抱 死 滑 動 控 制 器 ”理 論 ， 但 卻 無 法 將它 實 用 化 。 接 下 來 的 30 年 中 ， 包 括 Karl Wessel 的 “剎 車 力 控 制 器 ”，Werner Mhl 的 “液 壓 剎 車 安 全 裝 置 ”與 Richard Trappe 的 “車 輪 防 抱 死器 ”等 嘗 試 都 宣 告 失 敗 。 在 1941 年 出 版 的 >中 寫 道 ： “到現(xiàn) 在 為 止 ， 任 何 通 過 機 械 裝 置 防 止 車 輪 抱 死 危 險 的 嘗 試 皆 尚 未 成 功 ， 防 當 這項 裝 置 成 功 的 那 一 天 ， 即 是 交 通 安 全 史 上 的 一 個 重 要 里 程 碑 。 ”， 可 惜 該書 的 作 者 恐 怕 沒 想 到 這 一 天 竟 還 要 再 等 30 年 之 久 。當 時 開 發(fā) 剎 車 防 抱 死 裝 置 的 技 術(shù) 瓶 頸 是 什 么 ？ 首 先 該 裝 置 需 要 一 套 系 統(tǒng) 實時 監(jiān) 測 輪 胎 速 度 變 化 量 并 立 即 通 過 液 壓 系 統(tǒng) 調(diào) 整 剎 車 壓 力 大 小 ， 在 那 個 沒 有集 成 電 路 與 計 算 機 的 年 代 ， 沒 有 任 何 機 械 裝 置 能 夠 達 成 如 此 敏 捷 的 反 映 。 等到 ABS 系 統(tǒng) 的 誕 生 露 出 一 線 曙 光 時 ， 已 經(jīng) 是 半 導 體 技 術(shù) 有 了 初 步 規(guī) 模 的1960 年 代 早 期 。- 3 -精 于 汽 車 電 子 系 統(tǒng) 的 德 國 公 司 Bosch 研 發(fā) ABS 系 統(tǒng) 的 起 源 要 追 溯 到1936 年 ， 當 年 Bosch 申 請 “機 動 車 防 止 抱 死 裝 置 ”的 專 利 。 1964 年 Bosch公 司 再 度 開 始 ABS 的 研 發(fā) 計 劃 ， 最 后 有 了 “通 過 電 子 裝 置 來 防 止 車 輪 抱 死是 可 行 的 ”結(jié) 論 ， 這 是 ABS 這 個 名 詞 在 歷 史 上 第 一 次 出 面 ！ 世 界 上 第 一 具ABS 原 型 機 于 1966 年 出 現(xiàn) ， 向 世 人 證 明 “縮 短 距 離 剎 車 ”并 非 是 不 可 能 完成 的 任 務 。 因 為 投 入 的 資 金 過 于 龐 大 ， ABS 初 期 的 應 用 僅 限 于 鐵 路 車 輛 或 航空 器 。 Teldix GmbH 公 司 從 1970 年 和 奔 馳 車 廠 合 作 開 發(fā) 出 第 一 具 用 于 道 路車 輛 的 原 型 機 ——ABS 1， 該 系 統(tǒng) 已 具 備 量 產(chǎn) 基 礎 ， 但 可 靠 性 不 足 ， 而 且 控制 單 元 內(nèi) 的 組 件 超 過 1000 個 ， 不 但 成 本 過 高 也 很 容 易 發(fā) 生 故 障 。1973 年 Bosch 公 司 購 得 50%的 Teldix GmbH 公 司 股 權(quán) 及 ABS 領 域 的 研 發(fā)成 果 ， 1975 年 AEG,Teldix 與 Bosch 達 成 協(xié) 議 ， 將 ABS 系 統(tǒng) 的 開 發(fā) 計 劃 完全 委 托 Bosch 公 司 整 合 執(zhí) 行 。 “ABS 2”在 3 年 的 努 力 后 誕 生 ！ 有 別 于 ABS 1 采 用 模 擬 式 電 子 組 件 ， ABS 2 系 統(tǒng) 完 全 以 數(shù) 字 式 組 件 進 行 設 計 ， 不 但 控 制單 元 內(nèi) 組 件 數(shù) 目 從 1000 個 銳 減 到 140 個 ， 而 且 有 造 價 降 低 ， 可 靠 性 大 幅 提升 與 運 算 速 度 明 顯 加 快 的 三 大 優(yōu) 勢 。 兩 家 德 國 車 廠 奔 馳 與 寶 馬 與 1978 年 底決 定 將 ABS 2 這 項 高 科 技 系 統(tǒng) 裝 置 在 S 級 及 7 系 列 車 款 上 。在 誕 生 的 前 3 年 中 ， ABS 系 統(tǒng) 都 苦 于 成 本 過 高 而 無 法 開 拓 市 場 。 從 1978到 1980 年 底 ， Bosch 公 司 總 共 才 售 出 24000 套 ABS 系 統(tǒng) 。 所 幸 第 二 年 即 成長 到 76000 套 。 受 到 市 場 上 的 正 面 響 應 ， Bosch 開 始 TCS 循 跡 控 制 系 統(tǒng) 的研 發(fā) 計 劃 。 1983 年 推 出 的 ABS 2S 系 統(tǒng) 重 量 由 5.5 公 斤 減 輕 到 4.3 公 斤 ，控 制 組 件 也 減 少 到 70 個 。 到 了 1985 年 代 中 期 ， 全 球 新 出 廠 車 輛 安 裝 ABS系 統(tǒng) 的 比 例 首 次 超 過 1%， 通 用 車 廠 也 決 定 把 ABS 列 為 旗 下 主 力 雪 弗 蘭 車 系的 標 準 配 備 。1.3 ABS 系統(tǒng)在國內(nèi)發(fā)展的現(xiàn)狀我 國 ABS 的 研 究 開 始 于 80 年 代 初 。 從 事 ABS 研 制 工 作 的 單 位 和 企 業(yè) 很多 ， 諸 如 東 風 汽 車 公 司 、 重 慶 公 路 研 究 所 、 清 華 大 學 、 吉 林 大 學 、 北 京 理 工大 學 、 上 海 汽 車 制 動 有 限 公 司 和 山 東 重 汽 集 團 等 。 清 華 大 學 汽 車 安 全 與 節(jié) 能國 家 重 點 實 驗 室 有 宋 健 等 多 名 博 導 、 教 授 ， 有 很 強 的 科 技 實 力 ， 他 們 還 有 配- 4 -套 有 一 批 先 進 的 儀 器 設 備 ， 如 汽 車 力 學 參 數(shù) 綜 合 試 驗 臺 、 汽 車 彈 射 式 碰 撞 試驗 臺 及 翻 轉(zhuǎn) 試 驗 臺 、 模 擬 人 及 標 定 試 驗 臺 、 Kodak 高 速 圖 像 運 動 分 析 系 統(tǒng) 、電 液 振 動 臺 、 直 流 電 力 測 功 機 、 發(fā) 動 機 排 放 分 析 儀 、 發(fā) 動 機 電 控 系 統(tǒng) 開 發(fā) 裝置 及 工 況 模 擬 器 、 計 算 機 工 作 站 及 ADAMS、 IDEAS 軟 件 、 非 接 觸 式 速 度 儀 、噪 聲 測 試 系 統(tǒng) 、 轉(zhuǎn) 鼓 試 驗 臺 、 電 動 車 蓄 電 池 試 驗 臺 、 電 機 及 其 控 制 系 統(tǒng) 試 驗臺 等 。 該 實 驗 室 針 對 ABS 做 了 多 方 面 的 研 究 ， 其 中 ， 在 ABS 控 制 量 ， 輪 速信 號 抗 干 擾 處 理 、 輪 速 信 號 異 點 剔 除 、 防 抱 死 電 磁 閥 動 作 響 應 研 究 等 方 面 的研 究 處 于 國 內(nèi) 領 先 地 位 。吉 林 大 學 汽 車 動 態(tài) 模 擬 國 家 重 點 實 驗 室 以 郭 孔 輝 院 士 為 代 表 的 研 究 人 員致 力 于 汽 車 操 縱 穩(wěn) 定 性 、 汽 車 操 縱 動 力 學 、 汽 車 輪 胎 模 擬 、 汽 車 操 縱 穩(wěn) 定 性以 及 人 -車 閉 環(huán) 操 縱 運 動 仿 真 等 方 面 的 研 究 成 果 均 達 到 世 界 先 進 水 平 。華 南 理 工 交 通 學 院 汽 車 系 以 吳 浩 佳 教 授 為 代 表 從 事 汽 車 安 全 與 電 子 技 術(shù)及 汽 車 結(jié) 構(gòu) 設 計 計 算 的 研 究 ， 在 ABS 技 術(shù) 方 面 有 獨 到 之 處 ， 能 夠 建 立 制 度壓 力 函 數(shù) ， 通 過 車 輪 地 面 制 動 力 和 整 車 動 力 學 方 程 計 算 出 汽 車 制 動 的 平 均 減速 度 ； 還 可 以 通 過 輪 缸 等 效 壓 力 函 數(shù) 計 算 防 抱 死 制 動 時 的 滑 移 率 。 另 外 ， 在滑 移 率 和 附 著 系 數(shù) 之 前 的 關 系 、 汽 車 整 車 技 術(shù) 條 件 和 實 驗 方 法 方 面 也 有 獨 到見 解 。濟 南 程 軍 電 子 科 技 公 司 以 ABS 專 家 程 軍 為 代 表 對 ABS 控 制 算 法 研 究 頗深 ， 著 有 《 汽 車 防 抱 死 制 動 系 統(tǒng) 的 理 論 與 實 踐 》 等 專 著 幾 本 ， 專 門 講 訴ABS 控 制 算 法 ， 是 國 內(nèi) ABS 開 發(fā) 人 員 的 必 備 資 料 之 一 。 另 外 ， 他 們 在 基 于MAT2LAB 仿 真 環(huán) 境 實 現(xiàn) 防 抱 死 控 制 邏 輯 、 基 于 VB 開 發(fā) 環(huán) 境 進 行 車 輛 操 縱 仿真 和 車 輛 動 力 學 控 制 的 模 擬 研 究 等 方 面 也 頗 有 研 究 。重 慶 聚 能 公 司 產(chǎn) 品 包 括 汽 車 、 摩 托 車 系 列 JN111FB 氣 制 動 電 子 式 單 通道 、 JN144FB 氣 制 動 電 子 式 四 通 道 和 JN244FB 液 壓 電 子 式 四 通 道 等 類 型ABS 裝 置 及 其 相 關 零 部 件 30 多 個 品 種 ， 其 ABS 產(chǎn) 品 已 通 過 國 家 汽 車 質(zhì) 量 監(jiān)督 檢 測 中 心 和 國 家 客 車 質(zhì) 量 監(jiān) 督 檢 測 中 心 的 認 定 ， 獲 得 國 家 使 用 新 技 術(shù) 專 利 ，并 正 式 被 列 為 國 家 火 炬 項 目 計 劃 。西 安 博 華 公 司 主 要 產(chǎn) 品 是 適 用 于 大 中 型 客 車 和 貨 車 的 氣 壓 四 通 道 ABS和 適 用 于 中 型 面 包 車 的 液 壓 三 通 道 ABS 及 其 相 關 零 部 件 。 其 中 BH1203-FB- 5 -型 ABS 和 BH1101-FB 型 ABS 已 通 過 陜 西 省 科 委 科 技 成 果 鑒 定 和 陜 西 省 機 械 工業(yè) 局 新 產(chǎn) 品 鑒 定 ， 認 為 該 項 技 術(shù) 已 達 到 國 內(nèi) 領 先 水 平 。重 慶 公 路 研 究 所 研 制 的 適 用 于 中 型 汽 車 的 氣 制 動 FKX-ACI 型 ABS 裝 置 已 通過 國 家 級 技 術(shù) 鑒 定 ， 但 各 種 制 動 情 況 的 適 應 性 還 有 待 提 高1.4 ABS 系統(tǒng)發(fā)展趨勢展望（ 1） ABS 本 身 控 制 技 術(shù) 多 是 電 子 計 算 機 控 制 ， 這 也 反 映 了 現(xiàn) 代 汽 車 制動 系 向 電 子 化 方 向 發(fā) 展 。 基 于 滑 移 率 的 控 制 算 法 容 易 實 現(xiàn) 連 續(xù) 控 制 ， 且 有 十分 明 確 的 理 論 加 以 指 導 ， 但 目 前 制 約 其 發(fā) 展 的 瓶 頸 主 要 是 實 現(xiàn) 的 成 本 問 題 。隨 著 體 積 更 小 、 價 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 移 率 將 變 得 準 確 而 快 速 。 全 電 制 動控 制 系 統(tǒng) BBW(Brake-By-Wire)是 未 來 制 動 控 制 系 統(tǒng) 的 發(fā) 展 方 向 之 一 。 它 不同 于 傳 統(tǒng) 的 制 動 系 統(tǒng) ， 其 傳 遞 的 是 電 ， 而 不 是 液 壓 或 壓 縮 空 氣 ， 可 以 省 略 許多 管 路 和 傳 感 器 ， 縮 短 制 動 反 應 時 間 ， 維 護 簡 單 ， 易 于 改 進 ， 為 未 來 的 車 輛智 能 控 制 提 供 條 件 。 但 是 ， 它 還 有 不 少 問 題 需 要 解 決 ， 如 驅(qū) 動 能 源 問 題 ， 控制 系 統(tǒng) 失 效 處 理 ， 抗 干 擾 處 理 等 。 目 前 電 制 動 系 統(tǒng) 首 先 用 在 混 合 動 力 制 動 系統(tǒng) 車 輛 上 ， 采 用 液 壓 制 動 和 電 制 動 兩 種 制 動 系 統(tǒng) 。（ 2） 防 滑 控 制 系 統(tǒng) ASR(Acceleration-Slip-Regulation)或 稱 為 牽 引 力控 制 系 統(tǒng) TCS(Traction-Control-System)是 驅(qū) 動 時 防 止 車 輪 打 滑 ， 使 車 輪獲 得 最 大 限 度 的 驅(qū) 動 力 ， 并 具 有 行 駛 穩(wěn) 定 性 ， 減 少 輪 胎 磨 損 和 發(fā) 動 機 的 功 耗 ，增 加 有 效 的 驅(qū) 動 牽 引 力 。 防 滑 控 制 系 統(tǒng) 包 括 兩 部 分 ： 制 動 防 滑 與 發(fā) 動 機 牽 引力 控 制 。 制 動 部 分 是 當 驅(qū) 動 輪 在 低 附 著 系 數(shù) 路 面 工 作 時 ， 由 于 驅(qū) 動 力 過 大 ，則 產(chǎn) 生 打 滑 ， 當 ASR 制 動 部 分 工 作 時 ， 通 過 傳 感 器 將 非 驅(qū) 動 輪 及 驅(qū) 動 輪 的 輪速 信 號 采 集 到 控 制 器 中 ， 控 制 器 根 據(jù) 輪 速 信 號 計 算 出 驅(qū) 動 車 輪 滑 移 率 及 車 輪減 、 加 速 度 ， 當 滑 移 率 或 減 、 加 速 度 超 過 某 一 設 定 閥 值 時 ， 則 控 制 器 打 開 開關 閥 ， 氣 壓 由 儲 氣 筒 直 接 進 入 制 動 氣 室 進 行 制 動 ， 由 于 三 通 單 向 閥 的 作 用 氣壓 只 能 進 入 打 滑 驅(qū) 動 輪 的 制 動 氣 室 ， 在 低 附 著 系 數(shù) 路 面 上 制 動 時 ， 輪 速 對 壓力 十 分 敏 感 ， 壓 力 稍 稍 過 大 ， 車 輪 就 會 抱 死 。 為 此 利 用 ABS 電 磁 閥 對 制 動- 6 -壓 力 進 行 精 細 的 調(diào) 節(jié) ， 即 用 小 步 長 增 壓 或 減 壓 ， 以 達 到 最 佳 的 車 輪 滑 移 的 效果 ， 既 可 以 得 到 最 大 驅(qū) 動 力 ， 也 可 以 保 持 行 駛 的 穩(wěn) 定 性 。（ 3） 電 子 控 制 制 動 系 統(tǒng) 由 于 ASS 在 功 能 方 面 存 在 許 多 缺 陷 ， 如 氣 壓 系 統(tǒng)的 滯 后 ， 主 車 與 接 車 制 動 相 容 性 問 題 等 。 為 改 善 這 些 ， 出 現(xiàn) 了 電 子 制 動 控 制EBS(Electronics-Break-System)它 是 將 氣 壓 傳 動 改 為 電 線 傳 動 ， 縮 短 了 制動 響 應 時 間 。 最 重 要 的 特 點 是 各 個 車 輪 上 制 動 力 可 以 獨 立 控 制 。 控 制 強 度 則由 司 機 踏 板 位 移 信 號 的 大 小 來 決 定 ， 由 壓 力 調(diào) 節(jié) 閥 、 氣 壓 傳 感 器 及 控 制 器 構(gòu)成 閉 環(huán) 的 連 續(xù) 壓 力 控 制 ， 這 樣 可 以 在 外 環(huán) 形 成 一 個 控 制 回 路 ， 來 實 現(xiàn) 各 種 控制 功 能 ， 如 制 動 分 布 控 制 、 減 速 控 制 、 牽 引 車 與 掛 車 處 合 力 控 制 等 。（ 4） 車 輛 動 力 學 控 制 系 統(tǒng) VDC(Vehicle-Dynamics-Control)是 在 ABS 的基 礎 上 通 過 測 量 方 向 盤 轉(zhuǎn) 角 、 橫 擺 角 速 度 和 側(cè) 向 加 速 度 對 車 輛 的 運 行 狀 態(tài) 進行 控 制 。 VDC 系 統(tǒng) 根 據(jù) 轉(zhuǎn) 向 角 、 油 門 、 制 動 壓 力 ， 通 過 觀 測 器 決 定 出 車 輛 應具 有 名 義 運 動 狀 態(tài) 。 同 時 由 輪 速 、 橫 擺 角 速 度 和 側(cè) 向 加 速 度 傳 感 器 測 出 車 輛的 實 際 運 動 狀 態(tài) 。 名 義 狀 態(tài) 與 實 際 狀 態(tài) 的 差 值 即 為 控 制 的 狀 態(tài) 變 量 ， 控 制 的目 的 就 是 使 這 種 差 值 達 到 最 小 ， 實 現(xiàn) 的 方 法 則 是 利 用 車 輪 滑 移 率 特 性 。 車 輛動 力 學 控 制 系 統(tǒng) 目 的 是 改 善 車 輛 操 縱 的 穩(wěn) 定 性 ， 它 可 以 在 車 輛 運 動 狀 態(tài) 處 于危 險 狀 態(tài) 下 自 動 進 行 控 制 。 其 主 要 作 用 就 是 用 過 車 輛 的 橫 向 運 動 狀 態(tài) ， 使 車輛 處 于 穩(wěn) 定 的 運 動 狀 態(tài) ， 使 人 能 夠 更 容 易 地 操 縱 車 輛 。（ 5） 控 制 系 統(tǒng) 總 線 技 術(shù) 隨 著 汽 車 技 術(shù) 科 技 含 量 的 不 斷 增 加 ， 必 然 造 成 龐大 的 布 線 系 統(tǒng) 。 因 此 ， 需 要 采 用 總 線 結(jié) 構(gòu) 將 各 個 系 統(tǒng) 聯(lián) 系 起 來 ， 實 現(xiàn) 數(shù) 據(jù)和 資 源 信 息 實 時 共 享 ， 并 可 以 減 少 傳 感 器 數(shù) 量 ， 從 而 降 低 整 車 成 本 ， 朝 著系 統(tǒng) 集 成 化 的 方 向 測 量 與 執(zhí) 行 部 件 之 間 的 數(shù) 據(jù) 通 信 協(xié) 議 。- 7 -二.ABS 系統(tǒng)控制方式的工作原理2.1 制動時汽車的運動與受力分析2.1.1 制動時汽車的受力分析汽車在制動的過程中主要受到地面給汽車的作用力、風的阻力和自身重量的作用。地面對汽車的作用力又分為：作用在車輪上垂直地面的支承力和作用在車輪上平行于地面的力。汽車在直線行駛所受橫向外界干擾力和汽車轉(zhuǎn)彎時所受到地面給汽車的力如圖 2-1-1 所示。其中 Fx 為地面作用在每個車輪上的地面制動力，它的大小決定于路面的縱向附著系數(shù)和車輪所受的載荷。所有車輪上所受地面制動力的總和作為地面給汽車的總的地面制動力，它是使汽車在制動時減速并停止的主要作用力。Fy 為地面作用在每個車輪上的側(cè)滑摩擦力，側(cè)滑摩擦力的大小取決于側(cè)向附著系數(shù)和車輪所受的載荷，當車輪抱死時，側(cè)滑摩擦力將變得很小，幾乎為零。汽車直線制動時，若收到橫向干擾了的作用，如橫向風力或者路面不平，汽車將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力來保持汽車直線行駛方向，如圖 2-1-1（a）所示。若汽車在轉(zhuǎn)彎時制動或在制動時轉(zhuǎn)彎，也將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力使汽車能夠轉(zhuǎn)向，如圖 2-1-1（b）所示。地面制動力決定制動距離的長短，側(cè)滑摩擦力則決定了汽車制動時的方向穩(wěn)定性。這里將作用在前輪上的側(cè)滑摩擦力稱為轉(zhuǎn)彎力，將作用在后輪上的側(cè)滑摩擦力稱為側(cè)向力。轉(zhuǎn)完了和汽車的方向操縱性有關，它保證了汽車能夠按照駕駛員的意愿轉(zhuǎn)向；側(cè)向力和汽車的方向穩(wěn)定性有關，它保證率汽車的行進方向。轉(zhuǎn)彎力越大，汽車的方向操縱性越好；側(cè)向力越大，汽車的方向穩(wěn)定性越好。如上所訴，施加適當?shù)闹苿樱軌蛴行У厥蛊囃Ｏ?。制動強度過大，是汽車發(fā)生各種危險運動狀況的主要原因。因此，汽車行駛時，要根據(jù)冰路、雪路、沙石路、凹凸路、水濕路、干路、彎曲路等道路條件，根據(jù)汽車速度、方向、轉(zhuǎn)角等行駛條件進行制動操作，必須時常注意不能讓車輪完全抱死。- 8 -2.1.2 車輪抱死時汽車運動情況車輪抱死時汽車所受到的側(cè)滑摩擦力將會變得很小，這將使汽車制動時保持方向操縱性和方向穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)彎力和側(cè)向力變得很小，使得汽車在制動時出現(xiàn)一些危險的運動情況。對 ABS 系統(tǒng)來說，就是要防止這些危險情況的出現(xiàn)。下面從汽車在一種路面上直線和轉(zhuǎn)彎制動兩方面來簡單討論一下當車輪抱死時汽車的運動情況。（1）汽車在一種路面上直線運動制動車輪抱死時可能出現(xiàn)的運動情況如圖2-1-2 所示。圖 2-1-2（a）為只有前輪抱死時，由于前輪的轉(zhuǎn)彎力基本為零，無法進行正常的轉(zhuǎn)向操作，無法控制汽車避讓前方的障礙物，這是由于汽車后輪不抱死，所以汽車仍具有側(cè)向力來維持方向穩(wěn)