《汽车ABS综述》word版.doc

周口科技职业学院 周口科技职业学院毕 业 论 文课题名称： 汽车检测技术的发展 姓 名： 哈哈哈 学 号： 200904010222 系 别： 汽车工程系 专 业： 汽车检测与维修 指导教师： 李 二O一二年 摘 要汽车防抱死制动系统（Anti-lock Braking System简称ABS）防抱制动装置与原来的制动系统（制动总泵、盘式制动器、鼓式制动器、压力限制阀等）共同构成汽车的主动安全装置。上世纪80年代中期汽车才开始使用ABS装置，没有装设ABS的汽车，如果在行驶中用力踩踏制动踏板，车轮会急速降低转速，最后车轮停止，但车身依然保持惯性向前滑动。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。关键词：汽车，ABS，制动系统， 传感器，装置 AbstractAnti-lock Braking System (Anti-lock Braking System referred to as ABS) Anti-lock brake system with the original braking system (brake master cylinder, disc brakes, drum brakes, the pressure limit valve, etc.) together constitute the car Active safety devices. The mid-80s of the last century began to use the ABS automotive devices, not equipped with ABS the car, if the driving force trampling brake pedal, the wheel will rapidly reduce the speed, the wheel finally stopped, but the body remains inertial sliding forward. The basic principle of anti-lock braking is based on the above research results, adjusted by controlling the braking force, so that the wheels during braking slip ratio control in the appropriate context in order to achieve the best possible braking effect. ABS system hardware composition mainly by the sensors (including the wheel speed sensor, speed sensor and the speed reduction sensors), electronic control devices, the brake pressure regulator three major components, forming a target slip rate of the automatic control system.Key Words: Auto, ABS, brake systems, sensors, devices目 录1引言12 ABS的工作原理13 ABS技术的应用现状24 ABS控制策略34.1逻辑门限值控制34.2滑模变结构控制34.3最优控制44.4 PID控制44.5 模糊控制45 ABS的发展趋势46 结论5致 谢6参考文献731引言 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。2 ABS的工作原理 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。 通常，ABS是在普通制动系统的基础上加装车轮速度传感器、ABS电控单元、制动压力调节装置及制动控制电路等组成的，如2-1图所示。通常，ABS是在普通制动系统的基础上加装车轮速度传感器、ABS电控单元、制动压力调节装置及制动控制电路等组成的。制动过程中，ABS电控单元3不断地从传感器1和5获取车轮速度信号，并加以处理，分析是否有车轮即将抱死拖滑。如果没有车轮即将抱死拖滑，制动压力调节装置2不参与工作，制动主缸7和各制动轮缸9相通，制动轮缸中的压力继续增大，此即ABS制动过程中的增压状态。图2-1 ABS系统的组成（分置式）1.前轮速度传感器2.制动压力调节装置3.ABS电控单元4.ABS警告灯5.后轮速度传感器6.停车灯开关7.制动主缸8.比例分配阀9.制动轮缸10.蓄电池11.点火开关制动过程中，ABS电控单元3不断地从传感器1和5获取车轮速度信号，并加以处理，分析是否有车轮即将抱死拖滑。如果没有车轮即将抱死拖滑，制动压力调节装置2不参与工作，制动主缸7和各制动轮缸9相通，制动轮缸中的压力继续增大，此即ABS制动过程中的增压状态。如果电控单元判断出某个车轮(假设为左前轮)即将抱死拖滑，它即向制动压力调节装置发出命令，关闭制动主缸与左前制动轮缸的通道，使左前制动轮缸的压力不再增大，此即ABS制动过程中的保压状态。3 ABS技术的应用现状 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。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。4 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。 4.1逻辑门限值控制 这种控制方式的特点是不需要建立具体系统的数学模型，并且对系统的非线性控制很有效，比较适合用于ABS的控制。当其用于ABS的控制时，可以预选一个角减速度门限值，当实测值达到此门限值时，控制器发出指令，减小制动力，使车轮转速提高。再预选一个角加速度门限值，当实测值达到此门限值时，控制器发出指令，增加制动力，使车轮转速降低。以车轮角速度作为单信号输入，如上所述，同时在控制器中设置合理的角加速度、角减速度门限值，就可以实现防抱制动循环。 4.2滑模变结构控制 由汽车防抱死制动的基本原理可知，其制动过程的本质问题是把车轮的滑移率控制在附着系数的峰值点，则滑动模态变结构根据系统当时的状态、偏差及其导数值在不同的控制区域，以理想开关的方式切换控制量的大小和符号，以保证系统在滑动区域很小的范围内，状态轨迹沿滑动换节曲线滑向控制目标。 4.3最优控制 最优控制方法是基于状态空间法的现代控制理论方法，它是一种基于模型分析的控制方法。它可以根据车辆地面系统的数学模型，采用状态空间的概念，在时间域内研究汽车防抱死制动系统。 其思路是根据防抱死制动系统的各项控制要求，按照最优化的原理来求得制动防抱死系统的最优控制目标。这种控制方法的优点是考虑了控制过程中状态变化的历程而使控制过程平稳；缺点是控制效果的优劣主要依赖于系统的数学模型，控制质量难以准确把握。 4.4 PID控制 PID控制方法的最大优点是不需要了解被控制对象的数学模型，只需要根据经验进行调节器参数的整定，这个特点正好满足了ABS控制系统建模比较困难的特点。显然，对于单一路面（期望滑移率固定）的路面来说，PID控制的特点决了它的实用性很强，但是我们很难确定一种准确的轮胎模型来实时确定不同制动工况下的期望滑移率，所以在实际产品中并不适用。目前，许多研究者把研究的重点放在建立准确的轮胎模型或者通过其他的方式来识别路况的方法上，以期望和PID控制方法联合起来应用于ABS，并且己经取得了部分研究成果，但还不能进入实用阶段。4.5 模糊控制 模糊控制是基于经验规则的控制，具有不依赖对象的数学模型，便于利用人的经验知识，具有鲁棒性强和简单实用等优点。控制规则符合人的思维规律。缺点是没有有效通用的计算方法，只能依靠设计者的经验和反复调试。 5 ABS的发展趋势 ABS技术虽然在20世纪90年代初期就已成熟，但随着电子技术和汽车技术的快速发展，ABS技术也得到了不断完善。今后，ABS技术将沿以下几个方面继续发展。 采用现代控制理论和方法完善ABS技术性能。目前得到广泛应用的是采用门限值控制方法的ABS，有一定局限性。研究适应ABS这种变工况、非线性系统的控制方法，完善ABS技术性能将是今后ABS研究的热点。近几年出现的增益调度PID控制、变结构控制和模糊控制等方法，是以滑移率为目标的连续控制，使制动过程中保持最佳、稳定的滑移率，理论上是理想的防抱死制动控制系统。 提高ABS的可靠性、自适应性。ABS是加装在汽车上的辅助安全装置，它要求高可靠性，否则会导致人身伤亡及车辆损坏。为了提高ABS的可靠性，ABS电控部分应向集成化方向发展，制作专用的ABS芯片；机械部分则通过优化结构设计、采用新材料、提高制造工艺等。ABS软件部分则采用补偿方法（针对测量、计算误差）和自适应控制算法来提高ABS的可靠性和自适应性。 提高系统的集成度，减小体积，减轻质量。现代汽车的安装空间都非常紧凑，而ABS又是提高汽车安全性能的附加装置，预留的空间非常有限，因此，要求ABS控制器体积尽量小。此外新增加的装置必然增加整车质量，对整车经济性、动力性不利，要求ABS质量轻。因此ABS装置必须高度集成化，这样既可减小体积，又可减轻质量，同时还可以降低成本。 增强ABS控制器的功能，扩大使用范围。随着现代电子技术的飞速发展，ABS技术也在不断地成熟和发展，很多ABS控制器已经选用功能强、速度快、集成度高的16位或32位微处理器，甚至做成专用芯片，为ABS进一步完善和扩展构建了一个良好的平台。 6 结论 随着汽车技术的不断发展和人们对安全需求的不断增长，ABS逐渐成为汽车上的标准配置。提高和改善ABS的性能一直是科研工作者追求的目标。随着新理论、新材料、新技术等的不断应用，结构更简化、性能更强、成本更低的ABS产品将不断推出，汽车安全性也将因此得到进一步的改善和提高。致 谢本论文是在我的指导老师李德军老师的亲切关怀和悉心指导下完成的，在我选题及研究过程中得到李德军老师的悉心指导并多次询问设计进程，为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励，对李老师的感激之情是无法用言语表达的。他严肃的教学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课