（车辆工程专业论文）汽车电子感应制动控制系统（sbc）的研制.pdf

汽车电子感应制动控制系统( s b c ) 的研制 车辆工程专业 研姓赵双指导教师孙仁云 汽车电子感应制动控制系统( s b c ) 是汽车制动系统的发展方向。在构成上s b c 取消了真空助力器和真空泵等机披装置，由传感* 感测驾驶员的制动意图，并将信号 传送到s b ce c u 。制动液由电子控制的电阢镕球 供，能提供连续稳定的高压油，因此 s b c 可以更加快速、准确地响应制动。 本文采用以滑移率为控制目标的控制方法，使用m a f l a b s i m u l i n k 工具，结合 s t a t e f l o w 和p i d 控制工具箱，对门限值控制逻辑的s b c 系统和p i e ) 与门限值相结合 的控制逻辑的s b c 系统进行了计算机仿真，并得到了较好的仿真结果。门限值控制的 基本思想是以滑移率为主门限，以制动减速度和车速为辅门限，可以实现对滑移率的 预判断；p i d 与门限值相结合的控制方法结合了p i d 和门限值各自的优点，使制动系 统控制精度更高、响应速度更决。 本文使用汇编语言对匕述两种控制算法进行了程序的编制，程序中主要包括数字 信号采集部分和滑移率计算及控制输出部分。前者使用h s i 保持寄存器装载中断方法， 后者采用的是h s o 软件定时器0 中断方法。两种算法的程序分别在w a v e 仿真器 上进行了相应调试，最终较好地满足了设计要求。 s b c 系统电子控制器的核心处理芯片使用了i n t e l8 0 c 1 9 6 k b 单片机，并设计了外 围处理电路，包括单片机十5 v 电源电路、模拟信号采集电路、数字信号采集电路、控 制输出电路以及与计算机的串口通讯电路。绘制了电路原理图和p c b 图，并制作了 s b c 控制器硬件电路板。 同时本文还设计了用于s b c 整车测试试验台的液压系统。该液压系统的原理是通 过s b c 控制器对固态继电器的控制，导通或关闭电磁阀，从而实现对压力调节的控制。 经过认真的设计和调试，所设计的控制算法软件程序、s b c 控制器硬件电路以及 s b c 执行机构部分的液压系统，均能完成相应的功能，为试验验证提供了良好的条件。 采用自行设计的s b c 控制器、控制软件以及s b c 液压系统，与实验室已有的单 车轮制动试验台组成了s b c 性能测试系统，在该系统e 进行了试验验证。通过对不同 载荷、不同制动初速度的试验现缘及试验结果表明，在制动过程中两种控制逻辑的滑 移率基本处于最佳滑移率区间内，能在短时间内稳定制动，符合国标要求。试验过程 中没有出觋抱死现象，说明所设计的系统具有良好的制动稳定性和可操纵性，能有效 提高汽车行驶安全性。仿真和实验结果均表明，以门限册相结合为控韦蝴的s b c 系统的控制效果要优于单以门限值为控制逻辑的s b c 系统。 关键词：汽车s b c ，计算机仿真，控制器研制，液压系统设计，试验验证 l l d e v e l o p m e n to f a u t o m o b i l es e n s o t r o n i cb r a k ec o n t r o ls y s t e m s p e a a h t y ：v e h i c l ee n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ：z h a os h u a n gs u p e r v i s o r ：s u nr e n y u n s e n s o t r o h i cb r a k ec o n t r o ls y s t e m ( s b c ) i st h ed e v e l o p m e n tt r e n do f a u t o m o b i l eb r a k i n g s y s t e m ，s b cc a n c e l ss o l n em a d 面ee q u i l ) r n e n t ss u c ha sv a f x l u mb o o s t e ra n dv a c l i n l np u m p s e n s o r ss e n s et h ed r i v e r sb r a k i n gi n t e n t i o n , a n ds e n dt h es i g n a lt os b ce c u t h eb r a k i n g f l u i di ss u p p l i e db ye l e c t r i cm o o r , w h i c hi sc o n t r o l l e db ye l e c t r o na n dc a ns u p p l yc o n t i n u 硼l a n d s t e a d yh i g hp r e s s u r eo i l s os b c e a r lr e s p o n s eb r a k i n gf a s ta n dp r e c i s e l y t h i sp a p e rr i s em a t l a b s i m u l i n ks i m u l a t i o nt o o lb o x 幻s i m u l a t es b cw i t ht h r e s h o l d c o n t r o ll o g i ca n dp i da s s o c i a t e dw i t ht h r e s h o l dc o n l a r o ll o g i c ，a n dg e tp r e f e r a b l es i m u l a t i o n r e s u l t t h ec o n t r o lo b j e c ti sf i l ew h e e l ss l i pr a t i o t h eb a s i ci d e ao f t h r e s h o l dc o n t r o lm e t h o di s t h a ts l i pr a t i oi sm a i nt h r e s h o l da n db r a k i n gd e c r e a s es p e e da n dv e h i c l es p e e di sa s s i s t t h r e s h o l d t h em e t h o do f p i da s s o c i a t e dw i t ht h r e s h o l du s e st h ea d v a n t a g e so f b o t hp i da n d t h r e s h o l dt oi m p r o v et h eb r a k i n gs y s t e me f f e c t t h ep r o g r a m so ft w oc o n t r o lm e t h o d sa r ep r o g r a m m e dw i t ha s s e m b l el a n g u a g e t h e p i n , t a m sm a i ni n c l u d ec o l l e c t i n gd i g i t a js i g n a l s ，c a l c u l a t i n gs l i pr a t i oa n dc o n t r o l l i n go u t p u t d i g i t a ls i g n a l sc o l l e c t i o nu s e dh i sm a i n t e l m n c er e g i s t e rl o a d i n gi n t e r r u p tm e f l a o d s u pr a t i o c n c d a t ea n dc o n t r o lo u t p u tp a r tu s e dh s os o t t w a r et i m e r0i n t e m l p tm e t h o d t h r o u g h d e b u g g i n g i nw a v ee m l u a t o r , t h ee f l b c ti n d i c a t e st h a tt h ep r o g r a m sm e e td e s i r eo f d e s i g n t h ec o r es h i p o f s b ce l e c t r o n i c c o n t r o l l e r u s e d i n t e l 8 0 c 1 9 6 k b l a e p e r i p h e r y d i s p o s e c i r c u i t si n c l u d es i n g l ec h i p + 5 vp o w e rs u p p l yc i r c u i t , a n a l o gs i g n a lc o l l e c t i o nc i r c u i t , d i g i t a l s i g n a lc o h e c f i o nc i r c u i t , c o n t r o lo u t p u tc i r c u i ta n dc l u s t e rg o bm e s s a g ec i r c u i tw i t hc o m p u t e n e a c hc i r c u i tc a l la c h i e v ec o r r e s p o n d i n gf u n c t i o nt h o u g hs e r i o u sd e s i g n i n ga n dd e b u g g i n g i n t h ep a p e rc i r c n i td i a g r a ma n dp c bd i a g r a ma r ed e s i g n e d , a n dm a d e dc o r r e s p o n d i n gc i r c u i t b o a r d ht h ep a p e rh y d r a u l i cs y s t e mo f s b ct e s tb e di sd e s i g n e da n dd e b u g g e d i t sp r i n c i p l ei s t h a ts b cc o n t r o l l e rc o n t r o l ss o l dr e l a y st oo p e no rc l o s ee l e c t r o m a g n e t i s mv a l v e t h i sc a n r e a l i z ea u t oc o n t r o lo f s y s t e mp r e s s t 1 e ， a tl a s ts b cc h a r a c t e rt e s ts y s t e mi sb u i l du p i ti sm a d eu po f s i n g l ew h e e lb r a k i n gt e s t b e d , s b cc o n t r o l l e r , s o f f w a r eo f s y s t e ma n dh y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e m ，o nt h et e s ts y s t e ma l o t o f t e s ti sd o n e t h et e s tp h e n o m e n o na n dr e s u l ti n d i c a t et h a tt h es l i pr a t i oi sm a i n l yi no p t i m a l a r e ad u r i n gb r a k i f l gp r o c e s s , t h e r ei sn o tl o c kp h e n o m e n o n , a n dt h ew h e e li ss t e a d i l yb r a k e di n s h o r tt i m e a l lo ft h e s ee x p l a i nt h es y s t e mh a sw e l lb k d k es t a b i l i t ya n dc o n l a o l l a b l e s ot h e d e s i g n i n gs b cs y s t e mc a r le f f i c i e n t l yi m p r o v ea u t o m o b i l er u ns a f e t y b yt h ec o m p a r eo f m a n yr e s u l t so ft e s t , i nt h es b ct e s ts y s t e mt h ec o n t r o le f f e c to fw i t ht h r e s h o l dc o n t r o l c o m b i n e w i t h p i d m e t h o d i s b e t t e r t h a n e f f e c t o f t h r e s h o l d c o n t r o l m e t h o d s & s o t r o u l e b r a k e c o n t r o l s y s t e m ( s b c ) i s t h e d e v e l o p m e n t t r e n d o f a u t o m o b i l e b r a k i n g s y s t e m s b cc a n c e l ss o m em a c h i n ee q u i p m e n t ss u c h8 sv a c l r t l n lb o o s t e ra n dv a c t l u mp t m a p s e n s o r ss e n s et h ed r i v e r sb r a k i n gi n t e n t i o n , a n ds e n dt h es i 酬t os b ce c u t h eb r a k i n g f l u i di ss u p p f i e db ye l e c t r i cm o t o r , w h i c hi sc o n t r o l l e db ye l e c t r o na n dc a ns u p p l yc o n t i n u u m a n d s t e a d y h i g h p r e s s u r e o i l s o s b c c a n r e s p o n s e b r a k i n g f a s t a n d p r e c i s e l y t h i sp a p e ru s em a t l a b s i m u l i n ks i m u l a t i o nt o o lb o xt os i m u l a t es b cw i t ht h r e s h o l d c o n t r o ll o g i ca n dp i da s s o c i a t e dw i t ht h r e s h o l dc o n t r o ll o g i c ，a n dg e tp r e f e r a b l es i m u l a t i o n r e s u l t i h e c o n t r o l o b j e c t i s t h e w h e e l s s | i p r a i o t h e b a s i c i d e a o f t h r e s h o l d c o n t r o l m e t h o d i s t h a ts l i pr a t i oi sm a i nt h r e s h o l da n db r a k i n gd e c r e a s es p e e da n dv e h i c l e 删i sa s s i s t t h r e s h o l d t h em e t h o do f p i da s s o c i a t e dw i t ht h r e s h o l dr i s e st h ea d v a n t a g e so f b o t hp i da n d l l u e s h o l dt oi m p r o v et h eb r a k i n gs y s t e me f f e c t t h ep r o g r a m so ft w oc o n t r o lm e t h o d sa r ep r o g r a m m e dw i t ha s s e m b l el a n g u a g e t h e p r o g r a m sm a i ni n c l u d ec o l l e c t i n gd i g 跚s i g n a t s , c a l c u l a t i n gs l i pr a t i om a dc o n t r o l l i n go u t p u t d i g i t a ls i g n a l sc o l l e c t i o nu s e dh sm a i n t e n a n c er e g i s t e rl o a d i n gi n t e r r u p tm e t h o d s 1 i pr a t i o c a l c u l a i ea n dc o n t r o lo u t p u tp a r tu s e dh s os o f t w a r et i m e r0i n t e r r u p tm e t h o d t h r o u g h d e b u g g i n g i nw a v ee m l u a t o r , t h ee f f e c ti n d i c a t e st h a tt h ep r o g r a m sm e e td e s i r eo f d e s i g t l t h e c o r es h i p o f s b ce l e c t r o n i c c o n t r o l l e r u s e d i n t e l 8 0 c 1 9 6 k b l h ep e r i p h e r y d i s p o s e c i r c u i t si n c l u d es i n g l ec h i p + 5 vp o w e rs u p p l yc i r c u i t , a n a l o gs i g n a lc o l l e c t i o nc i r c u i t ，d i g i t a l s i g n a lc o l l e c t i o nc i r c u i t , c o n t r o lo u t p u tc i r c u i ta n d c l u s t e rg o bm e s s a g ec i r c u i tw i t hc o m p u t e r e a c hd v c u i tc a na c h i e v ec o r r e s p o n d i n gf u n c t i o nt h o u g hs e r i o u sd e s i g n i n ga n dd e b u g g i n g i n t h ep a p e rc i r c u i td i a 舒d l , na n dp c bd i a g r a ma r ed e s i 粤a , a n dc o r r e s p o n d i n gc i r c u i tb o a r di s m a c l 邑 i n t h e p a p e r h y d r a u l i c $ s t e m o f s b c t e s t b e d i s d e s i g n e d a n d d e b u g g e d i t s p r i n c i p l e i s t h a ts b cc o n l r o l l e rc o n t r o l ss o i l dr e l a y st oo p e no rc l o s ee l e c l r o m a g n e f i s n lv a l v e t h i sc a l l r e a l i z ea u t oc o n t r o lo f s y s t e mp r e s s u r e a tl a s ts b cc h a r a c t e rt e s ts y s t e mi sb u n du p i ti sm a d eu po f s i n d ew h e e lb r a k i n gt e s t b e d , s b cc o n t r o l l e r , s o l _ i 、= v d a eo f s y s t e ma n dh y d r a u l i cc o n l m ls y s t e m o nt h et e s ts y s t e mal o t o f t e s ti sd o n e t h et e s tp h e n o m e n o na n dr e s u l ti n d i c a t et h a tt h es l i pr a t i oi sm a i n l yi no p t i m a l a r e ad u r i n gb r a k i n gp r o c e s s , t h e r ei sn o tl o c kp h e n o m e n o n , a n dt h ew h e e li ss t e a d i l yb r a k e di n s h o r tt i m e a l lo ft h e s ee x p l a i nt h es y s t e mh a sw e l lb r a k es t a b i 崎a n dc o n t r o l l a b l e s ot h e d e s i g n i n gs b cs y s t e mc a ne f f i c i e n t l yi m p r o v ea u t o m o b i l er t l ns a f e t y b yt h ec o m p a r eo f m a n ym s u l t so ft e s t , i t lt h es b ct e s ts y s t e mt h ec o n t r o le f f e c to fw i t ht h r e s h o l dc o n t r o l c o m b i n ew i t hp i dm e t h o di sb e t t e rt h a ne f f e c to f t h r e s h o l dc o n t r o lm e t h o d k e y w o r d s ：a u t o m o b i l es b c ，c o m p u t e rs i m u l a t i o n , c o n l r o l l e rd e v e l o p m e n lh y d r a u l i cs y s t e m d e s i g n i n g , t e s tv e r i f y v 西华大学硕士学位论文 第1 章绪论 汽车是近代文明的一个象征，汽车的出现既推动了人类文明的发展，也给 人类带来了巨大的利益。随着我国经济的高速发展j 特别是加入w t o 以后， 我国的汽车拥有量迅速增长，汽车已成为当代中国社会最重要的交通运输工具。 据有关资料介绍我国汽车工业产量的现状与规划如下： 2 0 0 0 年2 0 0 万辆( 占全球产量3 3 ) 2 0 0 5 年3 0 0 万辆( 占全球产量5 ) 2 0 1 0 年6 0 0 万辆( 占全球产量1 0 ) 2 0 1 5 年1 0 0 0 万辆 但是汽车的增加也带来不少的社会问题：汽车的废气和噪声会造成环境污 染，汽车引发的交通事故则会对人民的生命财产带来危害等。对机动车如何扬 长避短成为全社会关注的问题，而交通安全历来是人们最为关心的问题之一， 它直接关系到人民生命和财产的损失。如：2 0 0 4 年经国家公安交通管理部门受 理的道路交通事故5 6 7 7 5 3 起，造成9 9 2 1 7 人死亡、4 5 1 8 1 0 人受伤，直接经济 损失达3 3 7 亿元。平均每天约1 5 5 起，平均每天死亡2 7 2 人。在2 0 0 4 年的交 通事故中，因机械故障造成的死亡人数为4 5 2 7 人，而机械故障中主要是由于制 动失效和制动不良所引起的，此两项分别造成1 3 8 9 人和1 9 7 2 人死亡。2 0 0 1 年， 法国共有1 5 7 0 万辆车接受了安全性能检测，其中1 3 为特种车，8 7 为3 5 t 以下车辆。检测中发现存在问题的主要有：6 7 在制动方面：1 5 在底盘方面； 6 在转向方面；4 在灯光方面；2 5 在轮胎方面；2 5 在噪声方面。可见制 动系统在汽车的安全性中的重要地位。 目前防抱死制动系统( a b s ) 在汽车上得到了广泛的应用。其基本控制思 想是通过调整与制动踏板相连接的制动管路中的油压大小，来使车轮滑移率保 持在理想滑移率附近，进而改善汽车在制动过程中的行使稳定性和可操纵性， 缩短制动距离，减少交通事故的发生。 随着汽车安全技术及汽车电子技术的不断发展，目前又出现了更为高级的 汽车安全技术一电子感应制动控制系统( s e n s o t r o n i cb r a k ec o n t r 0 1 ) ，简称s b c 。 其控制原理是使用电信号来传递驾驶员的制动意图，具有很高的动态响应能力， 同时其动力源是由电子控制的电机来提供的，这些都意味着s b c 能以最优的压 西华大学硕士学位论文 力、最快的响应实施制动，大大改进了车辆制动时的精确性和稳定性，进而能 够有效缩短制动距离，提高行车安全性。 1 1 课题的提出及研究意义 从汽车诞生时起，车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角 色。近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，这种重要性表现得 越来越明显。车辆制动控制系统的发展主要是控制技术的发展。一方面是扩大 控制范围、增加控制功能：另一方面是采用优化的控制理论，实旌伺服控制和 高精度控制。从技术上看，汽车未来的发展将是“四化车室”： 电子化，即电 化学代替燃烧学、电子技术的比重大于机械技术比重：智能化，即系统的运行 由控制器群自动控制；信息化，即控制群间的网络平台支持系统运行；集成模 块化，即采用高效率的模块化设计。因此，汽车电子技术将有很广阔的发展空 问。汽车电子控制技术也是汽车工业中的重点攻关项目。 1 1 1 汽车制动系统的现状与发展趋势”2 ”删 汽车制动系统已完成从机械制动系统到液压制动系统的过渡，目前a b s 在 汽车上己达到普及安装。我国对a b s 的研究工作始于八十年代初，研制单位诸 如东风汽车公司、交通部重庆公路研究所、重庆宏安a b s 有限公司、陕西兴平 5 1 4 工厂与西安交通大学等。研究a b s 的代表院校有：以郭孔辉院士为代表的 吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室；以宋健教授为代表的清华大学汽车安 全与节能国家重点实验室；以吴诰硅教授为代表的华南理工交通学院汽车系； 以a b s 专家程军为代表的济南程军电子科技公司。 东风汽车公司从8 0 年代初开始研究a b s ，对w a b c o 公司的a b s 产品进行 了剖析、试验、改进、消化吸收。将w a b c o 的a b s 装在e q 一1 4 5 型车上并在各 种路面上进行试验。交通部重庆公路所研制的a b s 适用于中型汽车，其第一代 a b s 电子控制单元采用了z 8 0 芯片，第二代a b s 产品采用了m c s - 9 6 系列8 0 9 8 单片机，控制软件、传感器和执行器都由自己研制，装车试验的主要问题是系 统对于路况的识别不够理想。重庆宏安公司是我国批量生产a b s 的厂家。该公 西华大学硕士学位论文 司于1 9 9 3 年投产，当年生产a b s5 0 0 0 套。重型汽车研究中心1 9 9 5 年6 月对 自制的a b s 系统进行了道路试验，但存在一些问题，随后，课题组重新设计了 软件及硬件，所生产的a b s 基本上己达到国外产品的性能。2 0 0 5 年，由清华 大学宋健教授所带领的清华大学汽车研究院成功的完成了a b s 自主研发及其 产业化，目前已在b j 2 5 0 0 车上装载了亚太a b s ，打破了国内汽车电子基本上 由外资或合资产品占据的情况。 现代汽车正从传统机械工业向高科技的电子智能化发展。电子器件在汽车 中所占的比例在大幅提高，这使汽车在舒适性、安全性、驾驶操控性、可靠性 等方面大为改善。s b c 测控一体化制动系统就是一例。线控制动因其巨大的优 越性，将取代传统的以液压为主的制动控制系统。线控制动不同于传统的制动 系统，因为其传递的是电信号，而不是液压油或压缩空气，可以省略许多管路， 缩短制动反应时间。线控制动系统是一个全新的系统，给制动控制系统带来了 巨大的变革，为将来的车辆智能控制提供了良好的条件。 但是，汽车制动控制技术的发展受整个汽车工业发展的制约。有一个巨大 的汽车现有及潜在的市场的吸引，各种先进的电子技术、生物技术、信息技术 以及各种智能技术才不断应用到汽车制动控制系统中来。同时需要各种国际及 国内的相关法规的健全，这样装备新的制动技术的汽车就会真正应用到汽车的 批量生产中。 1 12 国内外对s b c 的研究现状 在2 0 世纪9 0 年代，博世公司( b o s c h ) 推出了“b r a k e2 0 0 0 ” 制动2 0 0 0 3 项目，该项目主要是让其最前沿的开发部门开始有关进一步改进汽车制动系统 的研究。开发目标集中在更快的制动响应和摄大可能的减速能力，由此，s b c 感应制动控制系统应运而生。s b c 就是使用电子脉冲，将驾驶员的制动命令传 递到一个微处理器中，由它同步处理各种不同传感器信号，并根据特定行驶状 态计算每一个车轮的最优制动力。 m e r c e d e s b e n z 和b o s c h 公司已经在s b c 发展专案上开始进行合作，并 以“测控一体化制动控制系统( 或者简称为s b c ) ”为名，进行批量生产。在 2 0 0 2 年9 月份举行的法兰克福国际零部件展览会上，b o s c h 公司的s b c 感应 西华大学硕士学位论文 制动控制系统被评为“创新奖”，s b c 感应制动控制系统的出现，意味着新一 代制动系统的发展将会有更广阔的发展空间。马赛地s l 5 0 0 是世界上第一部采 用s b c 电子感应刹车控制系统的车型，2 0 0 2 年底奔驰推出的e 级车则是第二 个采用s b c 的车型。“。 在国内很多高等院校和研究所也开始对s b c 系统进行关注，正着手对其进 行研究。 1 2 汽车电子系统的现状和发展趋势瞳” 汽车的电子化、智能化、网络化是现代汽车发展的重要标志，随着消费者 对汽车功能和性能要求的日益提高，汽车正在逐渐由机械系统向电子系统转换， 目前全球汽车电子产业面临着高速增长的机遇。在国外，电子系统己占到一辆 普通轿车总成本的3 0 ，在高级轿车上比例更高，在国内，中高级轿车电子装 置的配置已经接近或达到了国外汽车工业发达国家水平。但我国汽车电子业总 体上还与国外有很大差距，需要加大研究投入的力度。 汽车电子技术经过两个阶段的发展，现正处在第三个阶段。第一阶段的汽 车电子设备主要采用分立电子元件组成电子控制器，并开始由分立电子元件产 品向集成电路产品过渡：第二阶段则主要采用集成电路和8 位微处理器开发汽 车专用的独立控制系统；第三阶段开始于2 0 世纪9 0 年代，汽车电子设备广泛 采用16 位或32 位微处理器进行控制，控制技术向智能化、网络化方向发展。 预计2 0 0 5 年中国的汽车需求将超过5 5 0 万辆，销售额达1 0 ，0 0 0 亿元，以 汽车电子产品占2 5 到3 0 计算，2 0 0 5 年汽车电子产品的规模约为2 ，5 0 0 亿至 3 ，0 0 0 亿元。“量价双增”的趋势正推动国内汽车电子市场的扩大。 1 3 课题研究的目的和主要研究内容 本论文所研究的课题是西华大学汽车与交通工程学院四川省“两重”项目 汽车制动系统性能及防抱死装置研究课题的一部分，同时受绵阳科技孵化 器资金项目的资助。目前国内外在a b s 上的研究已经到了很深入的程度，并且 a b s 产品已得到了全世界广泛的应用，a b s 将向着电子感应制动系统s b c 的 西华大学硕士学位论文 方向发展。而目前只有b o s c h 公司对s b c 进行了较为成功的初步研发，并在 奔驰车上得到了应用，而国内刚刚开始对其进行研究，目前还是一个空白。因 此本文对s b c 系统进行了初步的研究工作，首先实现s b c 系统里制动功能部 分的软硬件设计及调试，通过实验调试来对所设计的s b c 系统进一步分析和完 善，对后期完善s b c 系统的其它功能打好基础，并提供一定的参考价值。 本论文主要研究的内容和工作如下： 1 查阅了大量的国内、外相关文献资料，了解汽车制动系统的国内外目前 研究现状及其未来发展方向，学习先进的汽车制动控制技术，同时学习了电子 技术及控制理论的相关知识，为后续课题的完成打好基础。 2 利用s i m u l i n k 和s t a t e f l o w 有限状态机理论对s b c 系统建立了两种不同 控制逻辑的仿真模型，并对其进行了计算机仿真及仿真结果分析，为确定系统 参数和选择合理的控制逻辑提供了依据，大大缩短了开发周期。 3 以i n t e l8 0 c 1 9 6 k b 为主芯片，设计了s b c 系统电子控制器，使用w a v e 软件编制了s b c 系统门限值控制算法程序和门限p 1 d 相结合的控制算法程序， 进行了较为成功的软硬件调试工作。 4 在实验室已有的单车轮汽车制动性能试验台上进行了s b c 系统试验调 试，获取了相关实验结果，并对实验结果进行了分析，为进一步完善该系统提 供了理论依据。 西华大学硕士学位论文 第2 章汽车s b c 系统的基本原理及理论知识 2 1 汽车s b c 系统简介。7 3 加 2 1 1 汽车s b c 系统的优点及主要组成部分 目前，大部分汽车上都在使用液压制动系统，这些系统通常需要一个真空 助力器，而在有些情况下还必须使用真空泵，这些部件占据了大量的汽车空间， 并且在制动踏板与执行机构之间以传统的机械方式连接。制动时驾驶员踩下制 动踏板，推动与制动调压器及制动主缸相连的活塞连杆。制动主缸将根据踏板 力的大小，在制动路线上形成相应的压力，在机械和液力相互作用下，通过轮 边制动缸推动制动钳压向制动盘。 s b c 感应制动控制系统的诞生，在构成上 取消了真空助力器和真空泵，电子元件将替代当 前制动系统中大量使用的机械元件，调压器也不 再需要，取而代之的是用传感器来测量制动主缸 内的压力以及制动踏板运动的速度，并将这些数 据用电子脉冲的形式传送到s b c 的处理器中。 为了让驾驶员能够有相似的制动感觉，工程师们 开发了一个特别的仿真器，见图2 一l ，将它连接 到前后制动主缸上，用弹簧力和液压力来推动制n 8 “。莒竺焉蠹磊；蒿眢0 d e l 。 动踏板。也就是说：在制动过程 中，执行元件是完全和系统的其 余部分断开的，它只负责记录发 出的制动命令。只有出现严重错 误时，s b c 才会自动使用前后制 动主缸，并在制动踏板和前轮制 动器之间迅速建立液力连接，以 保证车辆安全减速。s b c 系统制 动液是由电子控制的电机提供 的，能更快的响应制动。 f i r u r e 2 2t h em a i nc o m p o s ep a r t so f s b c 图2 - 2s b c 系统主要组成部分 西华大学硕士学位论文 s b c 系统主要组成部分如图2 2 所示，简要介绍如下： ( 1 ) 踏板行程模拟器。识别驾驶员的的制动意图，向e c u 传递信息。 ( 2 ) 制动控制单元( e c u ) 。接受各路信号，识别车轮状态，控制各车轮制动力。 ( 3 ) 轮速、压力传感器。准确、及时、可靠地获得车轮的速度及制动油压大小。 ( 4 ) 电机。为系统快速、连续地提供高压制动液。 、 ( 5 ) 电源。为整个制动系统正常运转提供稳定、可靠的能源。 由于s b c 系统在构成上及其工作原理上的特点，具有以下显著优点： ( 1 ) 整个制动系统结构简单，使整车的质量降低，系统装配、测试简单快捷； ( 2 ) 采用电线连接，系统耐久性能良好，维护简单，有利生态环境； ( 3 ) 制动响应时间短，提高制动性能，并且精确的制动脉冲保证了优良的行驶稳 定性； ( 4 ) 易于改进，稍加改进就可以增加各种电控制动功能； ( 5 ) 具有自动清干制动片、塞车辅助制动等附加功能。 2 1 2 汽车s b c 系统的基本工作原理 s b c 就是使用电子脉冲，将驾驶员的制动命令传递到一个微处理器中，由 它同步处理其他各路传感器信号，并根据特定行驶状态计算每一个车轮的最优 制动力，其工作原理如图2 3 所示。首先，由踏板行程模拟器中集成的行程传 感器及压力传感器感应驾驶者施加在踏板上制动力的速度及强度，以获得( 识别) 驾驶者的制动意图；然后，s b ce c u 根据系统电气线路传输来的感应信号计算 出各车轮所需的制动力；接着，液压执行单元根据s b ce c u 输出的控制指令 通过高压蓄能器分别向各车轮精确施加所需的制动力，使得车辆更快速、更稳 定地制动或减速。所以，s b c 制动是由感应、计算、电控执行制动过程构成的 线控制动系统。s b c 系统的制动力不是由液压或气压装置而是由电子控制的电 机来实现。电子控制器发出控制信号，控制制动驱动器一电机，电机带动液压 泵向蓄能器泵入高压油，实现制动所需的制动力。在该系统中，每个车轮可以 得到独立的控制，这样保证了汽车制动过程中的稳定性。 西华大学硕士学位论文 f i g u r e 2 3t h ew o r kp r i n c i p l eo f s b c 图2 - 3s b c 系统工作原理简图 2 2 汽车s b c 系统的基本理论知识。 2 2 1 汽车制动时车轮的受力状况 汽车在良好的硬路面上制动时， 如果忽略空气阻力和滚动阻力的影 响，那么车轮受力状况如图24 所示。 图中：m 为车辆l 4 质量；v 为车身 速度；f 。为地面制动力：0 3 为车轮角 速度：r 为车轮滚动半径：t b 为制动 器扭矩：f n 为法向反力；t 为车轴对车 轮的推力。有： f i g u r e 2 4t h ef o r c eo fs i n g l ew h e e w h i l eb r a k i n g 图2 4 制动过程单车轮受力简图 西华大学硕士学位论文 车辆运动方程： m 亲一f x 车轮运动方程： j 警= t b - f x r 式中：j 为转动惯量。 ( 2 一1 ) ( 2 2 ) 2 2 2 地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系”1 图2 4 画出了在良好的硬路面上制动时车轮的受力情况，下面对其进行分 析。 ( 1 ) 地面制动力f 。 地面制动力f 。是使汽车制动而减速行驶的外力，f x 越大，制动减速度越大， 制动距离也越短，所以f 。对汽车制动性具有决定性影响。从力矩平衡得到： f x = 鲁 沿3 ) f 。取决于两个摩擦副的摩擦力：一个是制动器内制动摩擦片与制动鼓或制 动盘之间的摩擦力，一个是轮胎与地面之间的摩擦力附着力。 ( 2 ) 制动器制动力f 。 制动器制动力f 。是在轮胎周缘为了克服制动器摩擦力矩所需的力。它相当 于把汽车架离地面，并踩住制动踏板，在轮胎周缘沿切线方向推动车轮直至它 能转动所需的力，显然： l 2 詈 - 4 ) 由上式可知，f 。由制动器结构参数所决定，取决于制动器的形式、结构尺 寸、制动器摩擦副的摩擦因数以及车轮半径，并与制动系的液压或空气压力成 正比。 ( 3 ) 附着力f 。 9 西华大学硕士学位论文 轮胎一道路附着力简称附着力f 。，是地面阻止车轮滑动所能提供的切向反 作用力的极限值。在一般硬实路面上，r 约等于轮胎与路面之间的摩擦力。 取决于地面对轮胎的法向反作用力f 。与轮胎一道路附着系数平的乘积，即： f q = q o f n ( 2 5 ) 轮胎与地面之间的附着系数币取决于路面的种类和状况，且与轮胎结构和 花纹以及行驶速度等因素有关。 在制动时，若只考虑车轮的运动为滚动与抱死拖滑两种状况，当制动踏板 力较小时，制动器摩擦力矩不大，地面与轮胎之间的摩擦力即地面制动力，足 以克服制动器摩擦力矩而使车轮滚动。显然，车轮滚动时的地面制动力就等于 制动器制动力，且随踏板力增长成正比地增长。但地面制动力是滑动摩擦的约