（车辆工程专业论文）硬件在环仿真技术在防抱死制动系统试验台架开发中的应用.pdf

上海交通大学博士学位仑文 摘要 硬件在环仿真技术在防抱死制动系统 试验台架开发中的应用 摘要 f ( 防抱死制动系统( a b s 舴为现代汽车上最具有代表性的主动安全装 置，其作用和优点受到研究人员的日益关注。近年来，出于消费者人 身安全的考虑，汽车上要求安装a b s 的客户也越来越多。a b s 能最大 程度地保证汽车在制动过程中的操纵性和方向稳定性；同时可以有效 地发挥制动系统的制动效能，缩短制动距离。另一方面，由于a b s 是 汽车中关键的安全部件，必须首先保证其有足够的可靠性；同时，由 于目前汽车已经成为微利产品，因此在整车上匹配和安装a b s 的成本 不能太高，这对高性能和低成本a b s 开发提出了更高的技术要求。) 硬件在环( h i l ) 仿真技术是现今较为流行的现代设计方法之一，尤 其在汽车电子技术领域应用十分广泛。随着计算机控制技术、电子技 术、传感器技术等的迅速发展，h i l 的应用也日渐成熟。本文应用这项 产品开发技术，建立了套混合仿真试验台架，将a b s 的实际硬件 ( 包括制动系统总成、电磁阀) 嵌入到试验台架中，并自行设计试验台架 上所用的软件、软硬件接口、驱动电路等。在h i l 技术框架下，集成 了各种技术，最终得到基于硬件环境的a b s 的试验台架。 文中以装有a b s 的s a n t a n a2 0 0 0 型轿车的为研究对象，应用 h i l 技术，设计a b s 试验台架。该台架硬件部分包括：制动系统总 成、支架及夹具。软件部分包括：车辆动力学模型、驱动程序、数据 采集与处理等。软、硬件接口部分包括：压力信号输入、脚踏板信号 输入、a b s 电磁阀控制信号输出等。电路部分包括：电磁阀驱动电 路、压力传感器测量电路、保护电路等。 应用a b s 试验台架测试a b s 电磁阀及液压制动系统的特性，得到 制动系统压力建立延迟时间、电磁阀响应滞后时间等参数；再根据这 些参数自行设计a b s 控制逻辑，并可在试验台架上进行初步功能验 上海交通大学博士学位论文 摘要 证。实时仿真过程中，可在线修改a b s 的控制策略和算法，并即时对 比控制器的控制品质，最终得到最佳的控制策略和算法，省去实车试 验的部分工作。在实时仿真环境下，计算机采集各制动轮缸的液压制 动压力信号，输入到计算机中得a b s 动力学模型，计算后判断车辆所 处状态，并根据控制算法输出a b s 电磁阀动作的控制指令( 增压、保 压、降压) ，从而形成一个闭环系统。 文中的a b s 试验台架上预留了可供扩展的软硬件接口，通过进一 步扩展得到功能更为完整的a b s 混合仿真试验台架，比如增加车轮转 鼓试验台架后，用转鼓模拟路面，完全模拟车辆制动过程中a b s 的工 作过程，在实验室内相对较为全面地研究a b s 的工作特性。 文中详细研究了a b s 执行结构电磁阀的动态响应特性，并提出提 高电磁阀响应特性的具体方案。由于a b s 的特殊性，在减压过程中要 求制动系统压力下降速率很快，因此减压时必须开启回油泵，这也是 a b s 电磁阀区别于其它电磁阀的主要原因和特点。同时在试验台架上 测试了m k 2 0 i 电磁阀的响应特性，结果证明理论分析基本正确。 通过比较仿真结果与实车试验数据，发现试验台架上所用的整车 模型、制动器模型基本正确；轮胎模型简化后可提高运算速度并保证 计算精度；液压系统模型的参数可以通过试验台架测试并修正。 最后，应用修正的a b s 动力学模型，设计a b s 模糊控制器，并在 试验台架上进行了仿真研究。结果证明，模糊控制器和逻辑门限控制 的效果相差不大，但模糊控制器可以通过扩大控制规则库来提高控制 品质，为进一部扩展功能提供了依据。 本文的研究工作为进一步全面研究a b s 产品化提供了可供借鉴的 混合仿真试验台架，同时也对提高我国a b s 研究开发能力提供一定的 帮助。 ， 关键词：防抱死制动系统b 蹄、a b 混合仿真试验台架、硬件在环 仿真勘技术、控制逻辑、模糊控制器，t 生 、 ， 1 i i 上海变通大学博士学位论文 摘要 誓h ea n 薯i l o c kb r a k i n gs y s t e mt e s t b e d 矜e v e 毛o p 鑫蓬e n t f 狂a r d w a r el n 薯h el o o p s l m u 毛a 罩l o nt e c 珏n o l g y a b s t r a c t a sat y p i c a la c t i v es a f e t yc o m p o n e n tf o ra u t o m o t i v e s ，a n t i l o c kb r a k i n g s y s t e mf a b s ) i sn o wa t t r a c t i n gm o r ea t t e n t i o no ft h er e s e a r c h e r s a b si s a l s ou s e do nt h ev e h i c l em o r ea n dm o r e i tc a np r o v i d ee n o u g hs t a b i l i t ya n d s t e e r i n g a b i l i t yd u r i n gb r a k i n g m e a n w h i l ea b s c a l la p p l yt h ea b i l i t yo ft h e b r a k es y s t e ma n dg e tt h es h o r t e s tb r a k ed i s t a n c e i nt h eo t h e rh a n d ，a st h e s e c u r i t yi m p l e m e n t 、a b ss h o u l dh a v ee n o u g hs a f e t ya n ds e c u r i t y 。n o w b e c a u s et h ep r o f i to fc a ri sv e r yl i t t l e ，a b ss h o u l dn o tc o s tt o om u c ho ft h e c a r t h eh a r d w a r e - i n t h e - l o o p ( h i l ) t e c h n o l o g yi so n eo ft h ec u r r e n t p o p u l a rd e s i g nm e t h o d s i th a sb e e nu s e di nt h ea u t o m o t i v ei n d u s t r yf i d d c o m m o n l y t h eh i lt e c h n o l o g yb e c o m e s m o r ea n dm o r em a t u r ef o l l o w i n g w i t ht h e t e c h n o l o g yd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rc o n t r o l ，e l e c t r o n i c s a n d s e n s o r se t c i nt h i sp a p e r ，t h ea l l 血o re s t a b l i s h e dt h em i x e ds i m u l a t i o nt e s t b e d f o ra b sw i t ht h eh e l po ft h e 琢lt e d m o l o g y t h eh a r d w a r es u c ha sb r a k e s y s t e ma n ds o l e n o i dv a l v ea r ee m b e do nt h et e s t b e d 。更| oa u t h o rt o o k p a r ti n t h ed e s i g n i n go fs o f t w a r e ，i n t e r f a c eb e t w e e nh a r d w a r ea n ds o r w a r ea n d d r i v i n gc i r c u i tt h a tu s e do n t h et e s t b e d a tl a s tt h ea b st e s t b e di se s t a b l i s h e d b a s e do nt h eh a r d w a r ee n v i r o n m e n t i nt h i s p a p e r , t h ea u t h o rd e s i g n e dt h ea 黔se l e c t r o n i cd e v e l o p m e n t p l a t f o r mb a s e do ns a n t a n a 2 0c a r , t h ea b st e s t b e dc o m p i l e dw i t h s e v e r a lp a r t s 。t h es o f t w a r ei n c l u d e st h ed y n a m i cm o d e lo fa b s d r i v i n g p r o g r a mo f s o m eh a r d w a r e d a t aa c q u i s i t i o ne t c t h ei n t e r f a c ei n c l u d e st h e i n p u to fh y d r a u l i cp r e s s u r ea n d b r a k e p e d a l ，t h eo u t p u to f c o n t r o ls i g n a lf o r a b ss o l e n o i dv a l v e 弧ed r i v i n gc i r c u i ti n c l u d e st h ed r i v i n 鼗c i r c u i t s o l e n o i d v a l v et h em e a s u r e m e n tc i r c u i tf o rh y d r a u l i cp r e s s u r e ，t h ep r o t e c t e dc i r c u i t e t c a p p l y i n g t h ee s t a b l i s h e da b s t e s t b e d ，d u r i n g r e a l t i m es i m u l a t i o n ，t h e c o n t r o la l g o r i t h mc o u l db em o d i f i e do n - l i n ea n dt h er e s u l tc o u l db es e e ni n 上海交通大学博士学位论文 摘要 t i m e a tl a s tw ec o u l dg e tt h eo p t i c a lc o n t r o la l g o r i t h ma n d r e p l a c es o m e v e h i c l ew o r k s o nt h et e s t b e d w ec o u l dt e s tt h ec h a r a c t e r i s t i e so fa b sv a l v e a n dh y r d r a u l i cb r a k es y s t e m w ec o u l dg e tt h ed e l a yt i m eo fv a l v er e s p o n s e a n db r a k e p r e s s u r ee s t a b l i s h e d t h e nw e w i l ld e s i g nt h ec o n t r o la l g o r i t h mo f a b sa n dv e r i f yo nt h et e s t b e d u n d e rt h er e a l - t i m es i m u l a t i o ne n v i r o n m e n t t h ec o m p u t e rc a ng e th y d r a u l i cp r e s s u r eo fw h e e lc y l i n d e r t h ea b s d y n a m i cm o d e lc o u l dc o m p u t et h ev e h i c l e sc o n d i t i o na n do u t p u tt h ec o n t r 0 1 s i g n a l s ( i n c r e a s e ，h o l da n dd e c r e a s e ) t os o l e n o i dv a l v ea 1 1t h e s es t e p sc a n b ed o n ei nac l o s e ds i m u l a t i o n l o o p t h ea b st e s t b e dh a si e f ts o m ep r e e x p a n d i n gi n t e r f a c e sf o rs o f t w a r e a n dh a r d w a r e t h et e s t b e dc o u l de x p a n dt oa ne n t i r ea b sm i x e ds i m u l a t i o n t e s t b e d s u c ha sa f t e ra d d i n gt h et y r es p i n - d r a m ，t h ev e h i c l e sb r a k i n gp h a s e c o u l db es i m u l a t e di nt h el a b t h er e s e a r c h e r sc o u l ds t u d yt h ec h a r a c t e r i s t i c s o fa b si nd e t a i l s i nt h i sp a p e r ，t h ea u t h o rs t u d i e dr e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ea b s a c t u a t o r s o l e n o i dv a l v e m e a n w h i l et h ea u t h o rg a v es o m es u g g e s t i o n s a b o u td e v e l o p i n gt h er e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c s b e c a u s et h ep a r t i c u l a r i t vo f a b s ，t h eb r a k ep r e s s u r ec o u l dd e c r e a s ei nv e r yf a s tr a t i o s ot h er e t u n i n g p u m pm u s tw o r ka tt h es a l i l et i m ed u r i n gp r e s s u r ed e c r e a s e t h i si sw h y a b sv a l v ei sd i f f e r e n tf r o mo t h e rn o r m a lv a l v e s t h ea u t h o ra l s ov e r i f i e d t h ec h a r a c t e r i s t i c so fa b sv a l v e ；t h et e s tr e s u l t sw e r em a t c h e dw i mt h e s i m u l a t i o nr e s u l tb e t t e r a p p l y i n g v e h i c l et e s td a t a t h ea u t h o rv e r i f i e da b s d y n a m i cm o d e la n d i m p r o v e d t h em o d e l t h ev e h i c l em o d e la n db r a k em o d e lw e r e p r o v e dt ob e c o r r e c tf o ra b st e s t b e d t h et y r em o d e lc a r lb es i m p l i f i e da n dr u nm u c h f a s t e rw i t he n o u g ha c c u r a c y t h eh y d r a u l i cm o d e lw a sa l s om o d i f i e d b a s e do nt h ei m p r o v e da b sm o d e l ，f u z z yc o n t r o l l e ri sd e s i g n e df o r a b st e s t b e d t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w nt h ef u z z yc o n t r o l l e rc o u l db e i m p r o v e db ye x p a n di t sc o n t r o lr u l e r s 1 1 1 i sd i s s e r t a t i o nc o u l dp r o v i d ea h e l p f u lr e f e r e n c ef o ra b sd e v e l o p m e n t m e a n w h i l e ，i ti sh e l p f u lf o rt h e r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fa b sf o ro u rc o u n t r y k e y w o r d s ：a b s ( a n t i l o c k b r a k e s y s t e m ) ，a b s m i x e ds i m u l a t i o n t e s t b e d ， h i l ( h a r d w a r e i nt h el o o p ) t e c h n o l o g y ，a b sc o n t r o ll o g i c ， f u z z y c o n t r o l l e r 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：乏 日期：矽 年与月字b 上海交通大学 学位论文版权使鞠授权书 本学位论文作者完金了解学校有关傈赘、使用学链论文豹斓定， 忍意学校保留弗囱罄家裔关部门或桃构送交论文的复印伟和电子版， 允许论文被盗阕和儋阕。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据痒进行检索，可跌采用影印、缩印或翔 搓等复制手段保存零珏汇编_ 本学位论文。 保密d ，在- 年解密后邀用本授权书。 本学位论文属予 。 不保密翻。 ( 请在以上方橇肉打“”) 学位论文作者签名：舔 器期：w 年 胃s 舀 指撇签删扶 日期：口叠年厂月p 臼 上海交通大学博士学位论文 符号说明 文中所用符号说明 m 整车质量( 堙)，：整车绕其质心沿垂直轴的转动惯量( k g m 2 ) a ，b 车辆质心到前轮和后轮的距离( m ) f ，f ，车辆前轮轮距和后轮轮距( 研) u ，v 车辆坐标系下，整车纵向速度、横向速度( m s ) 渺车辆坐标系下，整车横摆角速度( r a d s ) f x f l ，t 。，车辆坐标系下，作用在轮胎上的纵向力、依次为左前 轮、右前轮、左后轮、右后轮( ) ，车辆坐标系下，作用在轮胎上的横向力，依次为左前 轮、右前轮、左后轮、右后轮( n ) 肼m ，m 。，m 。，m 。车辆坐标系下，作用在轮胎上的回正力矩，依次 为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮( n m ) i = f ，r ，= 三，r 下标组合，分别表示左前、右前、左后、右后 民。，轮胎模型输出的各车轮纵向力、横向力( n ) 氏。各车轮转向角( 度。)j w 各车轮绕其旋转中心的转动惯量( 培m 2 ) r 。车轮动力半径，四个车轮相等( )，各车轮回转角速度( r a d s ) t 。作用在各车轮上的纵向s o ( n )作用在各车轮上的制动力矩( m ) y 。，y ，轮胎纵向、横向平移速度( m ，s ) 。，l ，轮胎纵向、横向滑移速度( m s ) 轮胎回转角速度( r a d s )r 轮胎动力半径( m ) 口轮胎侧偏角( 度。)e 轮胎垂直载荷( ) k 。，k 。轮胎胎面的纵滑和侧偏刚度( ，m ) ，、轮胎胎面一路面间的纵向和侧向摩擦系数 ，。，。轮胎胎面一路面间的纵向和侧向摩擦系数 t ；，k 轮胎特征速度值( m l s ) x 。，k 胎体在纵向力c 与侧向力0 作用下产生的平移变形 c 。，c 。胎体纵向、侧向平移刚度 上海交通大学博士学位论文符号说明 g 与制动器摩擦副的材料、制动器结构和使用温度等条件有关的常数因子， 由试验测定 n ，制动过程中，制动轮缸( 分泵) 活塞杆的推出力( n ) p w 制动轮缸( 制动分泵) 压力( m p 口) 爿。制动轮缸活塞截面积( c m 2 ) c 制动器效能因数，由盘式制动器、鼓式制动器本身结构决定 u 。，增压、减压过程中轮缸压力变化率。 只制动i ：g e j ，( p a )卸，主缸与轮缸之间的压力损失( p 乜) p 制动轮缸节流口前后压力差( 忍) 沿程阻力系数，圆管长度( m ) d 圆管直径( ) p 液体的密度( 培3 ) v 液体的平均流速( ，l s )f 局部阻力系数 c 由节流口形状、液体流油液性质等因素决定的系数，由试验测得 a ，节流口的通流截面积( m 2 ) p 由节流口形状决定的节流阀指数，在0 5 1 0 之间，由试验测得 v 制动管路及制动轮缸总容积( 肌3 )f 时间( s ) c ，a ，。，减压时相应系数减压时节流系数 p ，低压蓄能器内压力( m 阳)车轮转速( r a d s 1 ，轮速传感器测量值( r a d s )t 轮速传感器一阶时间常数( s ) z 齿圈齿数 见车轮转动的的角位移t ( r a d ) r 采样周期( s ) u 电磁线圈两端电压( 电磁阀驱动电压) ( v ) f 线圈内电流( a ) r 。线圈电阻( q ) 线圈匝数西磁通量 凡磁路总磁阻只电磁吸力( ) ，阀芯摩擦力( )x 阀芯位移( 州) z 。阀芯最大行程( m ) 阀芯质量( 堙) 女_ 恢复弹簧刚度( n i m )工，_ 恢复弹簧预压缩量( 蹦) c 阀芯运动时的等效粘性阻尼( s 聊) 上海交通大学博士学位论文符号说明 瓯阀芯和固定铁心的最大气隙量( m ) 。空气磁导率a 气隙处的横截面积( m2 ) r 。，磁路中铁磁材料的磁阻 v 制动主缸及制动分泵中的制动液总容积( c m 3 ) k ，制动液等效体积弹性模量( m p a ) 卸泵两端压力差，a p = 己一p w ，( m p a ) 舻泵流量变化系数，与泵结构、制动液类型等有关，由试验确定 上海交通大学博士学位论文第一章绪论 1 t 选题背景 第一章绪论 汽车作为现代社会最重要的代步工具之一，已经成为人们的日常工作、生活 中不可缺少的物品。在汽车刚开始出现时，由于数量少、车速低，因此引发的交 通事故也相对较少。随着汽车工业的迅速发展，全球范围内汽车保有量不断增加、 车速不断提高、道路行车密度不断增大，由汽车引发的交通事故也急剧增加。交 通事故不仅造成巨大的经济损失和难以弥补的人员伤亡，而且还成为社会不安定 因素。汽车安全性的研究历来都受到汽车界的重视，各发达国家都投入了巨大的 人力、物力，在政府干预下开展了大量的实验研究工作，取得了不少研究成果。 目前在汽车上所采用的安全措施已越来越多，越来越完善。 评价汽车的安全性可以从两个方面考虑：一是从防止汽车事故发生所采取的 措施来考虑汽车的主动安全性，即尽量避免汽车发生事故；二是从事故发生以后， 为减少因事故引发的损失来考虑汽车的被动安全性，即当不可避免的事故发生 后，最大程度地保证乘员的人身安全。 对于载人的车辆，主动安全性尤为重要，特别是载客众多、跨越地域大的客 车，一旦发生事故，影响将会很大。因此，相对来说客车的主动安全性更显重要， 要尽量避免发生此类事故。被动安全性主要研究车身结构强度、内饰软化、吸能 式转向柱、乘员约束系统、内饰部件抗燃性及人体生物力学特性等有关的内容， 现今，被动安全性的研究工作主要集中在碰撞过程中的能量吸收和安全气囊的性 能两个问题上。 车辆制动性能是主动安全性的主要研究内容，也是引发车辆事故的主要因 素之一。最初制动系统设计是出于保证最大制动力的角度考虑，在车辆制动过程 中制动力矩保持不变，前后制动器的制动力矩分配比例是按理想情况设计的，因 此很难适应各种不同的工况及复杂路面，容易出现制动时车轮跑偏、侧滑和抱死。 经过对制动跑偏和侧滑的研究发现，在车辆后轮先抱死，前轮稍后抱死f o 5 秒以 内1 的情况下能提高制动安全性【l 】。 稍后经过对常规制动系统进行改进，出现了比例阀、电磁感应阀等制动力调 节装置，可以根据制动强度、载荷等因素调节制动压力，进而改变前后制动器的 制动力分配。这种调节是小范围内的开环调节，其响应频率显然不能满足现代汽 上海交通大学博士学位论文第一章绪论 车对制动安全性的要求。 a b s 是防抱死制动系统( a n t i - l o c kb r a k i n gs y s t e m 或a n t i s k i db r a k i n g s y s t e m ) 的简称，是车辆在制动过程中防止车轮抱死打滑的一种装置。a b s 可以 明显提高制动过程中的操纵稳定性并同时缩短制动距离，大大提高了行驶安全 性，是主动安全性技术的典型代表。现今人们除了对汽车的动力性、经济性、舒 适性、环保等提出更高要求之外对汽车的安全性也越来越关心，因此a b s 在 汽车上的应用也日益广泛，对a b s 的研究工作也进行了很多。 据资料介绍，美国国家公路安全委员= 6 ( n h t s 舢的交通动力学小组分析 认为：1 9 9 4 年有2 1 4 万起牵引车挂车交通事故，其中1 0 1 5 是由于失控或 发生侧滑造成的，n h t s a 安全性能标准协会估算，a b s 如全面实施，每年可减 少2 9 万次牵弓l 车挂车冲撞，挽救3 2 0 5 0 0 个生命和减少2 7 万个受伤者。 德国汉诺威交通事故研究组对1 8 2 例交通事故的分析报告表明：汽车装备 a b s 可以避免7 i 的交通事故，1 3 9 的材料损失，1 7 4 的人员伤害，也可避 免或减少其他卷入事故中的11 的材料损失，1 0 8 的人员伤害。 德国汉诺威教学医院和柏林技术大学组成的汉诺威交通事故研究组分析了 1 8 2 起商用车的交通事故m ，通过细致的研究和一些特殊工况的重建说明，使用 a b s 后可避免一些事故或减轻事故的严重程度。据统计，使用a b s 后对车辆本 身以及其他卷入事故的事故后果f 包括人员伤害和材料损失) 避免和减轻的情况 如下： 完全避免7 1 的事故； 减轻商用车1 3 9 的材料损失； 减轻商用车驾驶员1 7 4 人员伤害； 减少其他卷入事故1 0 8 的材料损失： 减少其他卷入事故的人员1 1 1 伤害。 实践证明，a b s 的优越性表现为以下几个方面： ( 1 ) a b s 能提高汽车行驶的平均车速，主要是因为，有a b s 的汽车在行驶 过程中能提供给驾驶员足够的信心，主观上能更好地发挥车辆的动力 性，而客观上也确实如此。但驾驶装有a b s 车辆的驾驶员应该进行一 定的培训，使驾驶员尽快适应装有a b s 车辆的制动特性，尽量防止误 操作。 ( 2 ) a b s 能提高制动过程中汽车的方向稳定性和转向操纵性，减少事故的 发生，保证制动安全性，这一点在汽车较高车速制动时尤为重要。 ( 3 ) a b s 能防止汽车制动过程中的侧滑，有效地利用轮胎与路面间的附着 条件，提高制动性能，缩短制动距离，这一点在摩擦系数较低的潮湿 路面或冰雪路面上尤其突出。 2 上海交通大学博士学位论文 第一章绪论 ( 4 ) a b s 能避免制动过程中轮胎的抱死拖滑现象，减少胎面磨损，提高了 轮胎使用寿命。 a b s 的应用日益广泛，而世界上能够独立开发并生产a b s 的公司仅有以下 几家国外公司：德国的波许( b o s c h ) 、戴维斯( t e v e s ) 、伟布柯( w a b e o ) 、美国的班 迪克斯( b e n d i x ) 、德尔科( d e l c o ) 以及英国的卢卡斯格林公司( l u c a s g i r l i n g ) 等。这 些公司只提供a b s 的总成产品，对a b s 模型设计参数一直处于保密范畴，无公 开的文献可查。同时，我国已加入世界贸易组织( w t o ) ，国内企业将面商非常严 峻的挑战，尤其是与国外差距较大的汽车零部件生产企业，更有强烈的危机感。 因此，自主研究和开发a b s 的产品技术是十分必要的。这可以从两方面来考虑， 首先，作为技术储备，证明企业有自主开发的能力，以迫使供应商降价，以此减 轻加入w t 0 的压力；其次，可以更加深入了解a b s 的工作原理、技术关键和试 验标准，在供应商的配套件进厂组装之前可以有一套自有的、严格的验收标准， 以确定配套产品的性能，尽可能减少由于配套产品质量问题造成的经济损失。 上海汇众汽车制造有限公司作为中国最大的汽车零部件生产厂家，认识到 只有掌握先进技术，才能在全球化的国际竞争中立于不败之地。a b s 系统是典 型的机电液一体化产品，属高附加值产品，掌握了汽车电子产品的技术，可以增 加汇众公司在汽车零部件供应领域内的竞争力。鉴于此，由汇众公司的研究开发 中c , ( r d c ) 提出立项：“汽车防抱死制动系统实用化技术研究”，并作为r d c 部 门的重点攻关项目。希望以此作为突破口，加强汇众公司掌握汽车行业中高新技 术的能力，提高企业整体水平，增强国际竞争力。整个项目由上海交通大学机械 工程学院汽车工程研究所承担完成，本文作者作为课题主要参加人之一，主要承 担了试验台架的整体设计工作( 硬件) ，并参与了试验台架应用软件和实车试验控 制软件的编制、调试及试验等工作。 1 2 a b s 发展及研究现状 a b s 最早应用于对安全性要求高而对价格不十分敏感的铁路机车和飞机上， 后来才应用于汽车上。1 9 3 6 年，德国波许( b o s c h ) 公司在第一个获得了用电磁式 车轮转速传感器获取车轮转速的a b s 专利权。到了4 0 年代未，a b s 被用于波音 飞机上。6 0 年代未，7 0 年代初，美国三大汽车公司都分别推出了装有a b s 的高 级轿车，受到当时技术水平的限制，a b s 采用了模拟计算机与真空作用的压力 调节器，a b s 动作缓慢，控制精度差，装有a b s 的汽车在良好的路面( 附着系数 较高的应路面) 上制动时确实提高了其稳定性，但在不好的路面( 附着系数较低的 软雪路面或沙土路面) 上制动时，其制动距离仅较装有一般制动系的汽车为长， 加上a b s 体积、重量大，价格高，销路很有限。美国汽车制造厂家于是在7 0 年 代停止了a b s 轿车的生产。 上海交通大学博士学位论文 第一章绪论 之后由于电子技术和液压技术等科技的进步，欧洲研制出由数字计算机与电 磁阀调制器组成的较为现代化的a b s 。数字计算机不易受干扰，速度快，可以 把降低、增加液压循环次数达到每秒钟十余次；用以调制制动液压的电磁阀的开 启、关闭时间达到千分之四秒，其速度可以与数字计算机处理数据的速度相匹配。 这种较为现代化的a b s 体积小，重量轻，动作更快，更准确。 自7 0 年代未到8 0 年代初，欧洲开始批量生产a b s 并用于商用汽车上。德 国波许公司在1 9 7 8 年率先推出了采用数字式电子控制装置的a b s 产品- - b o s c h a b s 2 ，并装备在奔驰轿车上，由此揭开了现代a b s 发展的序幕。据报道，1 9 8 5 年前西德有7 0 的大客车与4 0 的重型货车上安装了a b s ，大众公司从1 9 8 6 年 起，在全部轻型货车的后轴上安装了单通道的a b s ，可以说，7 0 年代以后a b s 的研究中心转移到了欧洲。 波许公司为目前世界上最大的a b s 系统生产厂之一，它为本国奔驰、宝马 车系列提供a b s 系统并为其他国家进3 9 个汽车厂的5 0 余种汽车装备a b s 。到 1 9 9 6 年6 月为止已有3 0 0 多万辆汽车装备有波许公司的a b s 系统。 美国德尔科公司是美国通用( g e n e r a l m o t o r ) 汽车公司的子公司。1 9 9 1 年研制 成轻型、低成本的a b s ( ) 系统，并已应用于雪佛莱( c h e v r o l e t ) 、别克( b u i c k ) 、 庞帝克( p o n t i a c ) 等车系上。美国福特饵o r dm o t o r s ) 和克莱斯勒( c h r y s l e r ) 公司也在 自己生产的轿车上安装了a b s 系统。 袭1 1 显示了国外几家大大a b s 生产厂商近年来的产量。可以看出，随着 人们对安全性要求的不断提高，a b s 的应用已经越来越多。 表1 1 国外a b s 生产厂商的产量增长变化单位：万套 t a b l e l 1p r o d u c t i o ng r o w t hc h a n g e so f o v e r s e a sa b s s u p p l i e r s u n i t ：1 0t h o u s a n d 进入9 0 年代，a b s 的发展愈来愈快，欧洲和美国、日本均在高速发展a b s ， 到1 9 9 5 年，轿车中装有a b s 的比例，美国、德国、日本分别高达5 5 、5 0 、 3 5 ，货车中装有a b s 的比例分别为5 0 、5 0 、4 5 ，共有9 0 0 多种客车与轻 型车将其作为一种标准或选装设备。欧洲共同体要求从1 9 9 1 年1 月1 0 日起在总 质量超过1 2 吨的大客车上装备a b s 。 日本运输部实施a b s 法规的时间为1 9 9 1 年l o 月1 日，从1 9 9 2 年4 月开始， 总质量超过1 3 吨的全部重型牵引车挂车和总质量超过1 2 吨的公共汽车法定安 4 上海交通大学博士学位论文第一章绪论 装a b s 。法规规定截止到1 9 9 5 年1 0 月1 日，7 - 1 3 吨之间的牵引车挂车必须装 备a b s ，1 0 吨以上的挂车也必须满足法规要求。 1 9 9 2 年的a g b 会议上，德国政府提出的分析报告和建议被采纳并制定了装 用a b s 的时间表，即1 9 9 5 年1 月总质量超过1 2 吨的载货车和牵引车；1 9 9 7 年 1 月总质量超过5 吨的大客车和公共汽车，总质量在7 5 1 2 吨之间的载货车，轴 荷在5 1 0 吨之间的挂车；1 9 9 8 年1 月总质量在3 5 7 5 吨之间的载货车，轴荷 在3 5 5 吨之间的挂车。 据了解，由于a b s 能有效减少交通事故损失，同时在质量和功能上也不断 提高和完善。现在a b s 的技术成熟，成本较低，欧美、日本等发达国家a b s 的 安装率已经很高。而它们也已经出台法规，使a b s 作为标准配置强制安装在各 个汽车生产厂家的产品上。如美国1 9 9 4 年8 月公布了修订的商用汽车a b s 法规。 法规规定：截止到1 9 9 6 年，全部新出厂的牵引车和挂车应安装a b s ；截止到1 9 9 7 年，所有新出厂的气压制动载货车和气压制动公共汽车均应安装a b s 。装备液 压制动系统的整体式载货车和公共汽车，规定在1 9 9 8 年安装a b s 。今天在汽车 工业发达国家，轿车a b s 的装车率已达到1 0 0 s l 。 我国对a b s 的研究起步相对较晚，七十年代中期开始，国内的长春汽车研 究所、东风汽车公司、西安公路学院、重庆重型汽车研究所、重庆宏安公司a b s 有限公司、陕西兴平5 1 4 厂等单位相继开始进行大客车和载重汽车的气制动系统 的防抱死装置的研究工作。 中国汽车工业“九五”科技发展规划要点指出，汽车电子控制技术是汽车 工业“九五”计划中的重点攻关项目，而制动防抱死系统( a b s ) 是主要内容之 一。为此国家组织了高校和企业联合攻关梯队，投入很大的人力、物力对a b s 进行研究和试验。 东风汽车公司从八十年代初就开始研究a b s ，是我国较早研究a b s 的厂家 之一，研究工作的主要目标是对国外的产品进行消化吸收，如将德国瓦布科 ( w a b c o ) 公司的a b s 装于e q l 4 5 型汽车上进行各种实验1 6 1 。进入9 0 年代，东风 汽车公司加大a b s 项目的投资力度，在自行设计开发控制器方面向前迈进了一 大步，现在他们自行研制的a b s 系统已安装在东风汽车上1 7 1 。现在，东风汽车 公司已经能够完全自己生产a b s ，并得到一定程度的推广。 重庆公路科学研究所和陕西兴平5 1 4 厂均开发过两代a b s 产品，其中电子 控制单元均采用通用的微处理器。该研究所第一代产品采用z 8 0 单片机作为控制 器，第二代产品选用了m c s 9 6 系列的8 0 9 8 单片机作为控制器：5 1 4 厂采用 m c s 5 1 单片机作为控制器1 8 。 上海交通大学博士学位论文 第一章绪论 清华大学汽车工程系在8 0 年代开始在轿车类小型汽车进行液压制动的防抱 死装置的研究，在控制、理论模拟方面作了大量的研究。清华大学已开发研制了 两代a b s ，并在分析b o s c h a b s 和b e n d i x a b s 的基础上开发研制了a b s 软件， 还进行了b o s c h a b s 与南京1 v a c o 旅行车，以及b e n d i x a b s 与克莱斯勒吉普车 的匹配工作，取得了较为理想的效果。1 9 9 6 年，吉林工业大学汽车动态模拟国 家重点实验室承担了前机械工业部工业技术发展基金项目“防抱死制动系统的动 态仿真和设计方法”，该项目主要研究a b s 的工作原理及控制算法，并取得了一 定的理论成果研究经验。 德国伟布柯公司于1 9 9 6 年在山东投资与中方合资组建了威明汽车产品有限 公司，生产商用车的a b s 及其它产品。 德国的i t t 汽车工业公司于1 9 9 4 年在上海成立了合资企业上海汽车制 动系统有限公司( s a b s ) ，1 9 9 7 年开始生产，同年2 月2 4 日，我国第一个a b s 产品m k 2 0 i 防抱死制动系统 9 1 ，1 9 9 8 年5 月1 5e t 开始向上海大众和一汽大 众提供a b s 产品。 上海汽车制动系统有限公司是目前国内唯一生产轿车a b s 系统的合资企 业。经过几年的技术引进和消化吸收以及开发人才的培养，已具备了一定的研发 能力和规模生产能力，目前已形成汽车a b s 系统液压电控单元5 0 万套、制动钳 6 0 万只、后分泵8 0 万只的年产能力。从1 9 9 6 年开始启动a b s 项目，现已开发 成功桑塔纳时代超人、捷达王轿车a b s ，并批产供货，至今已累计生产数十万 台套a b s ，2 0 0 0 年生产约1 6 万套，远远不能满足国内日益增长的a b s 需求量。 为了满足轿车a b s 的市场需求，该公司加速引进技术的消化吸收，充分利 用系统匹配开发的优势，不断研发新产品，提高自主开发能力，提高产品的国产 化率。该公司推出的制动舒适性较好的m k 2 0 1 - - e a b s 已为帕萨特轿车配套， 2 0 0 0 年批产供货。为红旗轿车、夏利轿车、长安微型客车、奥托轿车研发的a b s 已通过试验认可，并。目前，该公司研制开发的别克轿车及变型车、上海大众经 济型轿车、一汽家轿等车型的a b s ，不久就能批产供货。据了解，该公司将实 施总投资为近两亿元的二期技改项目，形成1 0 0 万套a b s 年产能力，国产化率 从现在的3 5 提高到9 0