制动防抱死控制原理与方法

制动防抱死控制原理与方法作者：fff专业班级：车辆5班摘 要制动防抱死装置也就是防抱死制动系统（anti-lock braking system，ABS）。ABS的性能除了与其结构有关，还与其控制策略和控制方法相关，汽车制动过程中,汽车防抱死制动系统能自动调节车轮制动力,防止车轮抱死,从而获得最佳制动性能,减少交通事故。本文介绍了汽车防抱死制动系统的基本组成、各组成元件的功能,汽车防抱死制动系统实现制动力增加、保持和降低的控制过程。关键词：轮胎抱死；最佳制动效果；转向操纵性背景：这是一项在80年代末才兴起应用的新技术，但发展得很快，已经成为许多轿车的必装件了。据统计，汽车突然遇到情况制动时，百分之九十以上的驾驶者往往会一脚将制动踏板踩到底来个急刹车，这时候的车子十分容易产生纯粹性滑移并发生侧滑，即人们俗称的“甩尾”，这是一种非常容易造成车祸的现象。造成汽车侧滑的原因很多，例如行驶速度，地面状况，轮胎结构等都会造成侧滑，但最根本的原因是汽车在紧急制动时车轮轮胎与地面的滚动摩擦会突然变为滑动摩擦，轮胎的抓地力几乎丧失，此时此刻驾驶者尽管扭动方向盘也会无济于事。针对这种产生侧滑现象的根本原因，汽车专家早在60年代就研制出车用ABS这样一套防滑制动装置。控制原理：（1）控制器时刻监视着车速传感器。它查找不正常的车轮减速情况。车轮即将抱死之前，其速度将骤减。如果放任不管，那么在汽车停驶之前，车轮就早已停止转动（抱死）了。对于时速达96.6公里的车辆而言，理想状况下需5秒钟才能停下来，而抱死的车轮不到1秒即可停止转动。ABS控制器知道这样急促的减速是不可能的，因此它会不断降低制动系统的压力，直到监测到车轮加速。然后，它将提升压力，直到再次监测到车轮减速。 控制器可以在轮胎实际大幅变速之前非常迅速地完成上述过程。这样，制动系统使轮胎始终保持在接近抱死的边缘状态，最终达成轮胎与汽车的同步减速。制动系统由此可以发挥出最佳制动效果。在ABS系统工作时，您会感觉到制动踏板在不断地抖动。这是由电磁阀的频繁开关造成的。某些ABS系统每秒最多可以开关阀15次。在制动时，ABS根据每个车轮速度传感器传来的速度信号，可迅速判断出车轮的抱死状态，关闭开始抱死车轮上面的常开输入电磁阀，让制动力不变，如果车轮继续抱死，则打开常闭输出电磁阀，这个车轮上的制动压力由于出现直通制动液贮油箱的管路而迅速下移，防止了因制动力过大而将车轮完全抱死。在让制动状态始终处于最佳点（滑移率S为20%），制动效果达到最好，行车最安全。在制动总泵前面腔内的制动液是动态压力制动液，它推动反应套筒向右移动，反应套筒又推动助力活塞从而使制动踏板推杆向右移。因此，在ABS工作地时候，驾驶员可以感觉到脚上踏板地颤动，听到一些噪音。汽车减速后，一旦ABS电脑检测到车轮抱死状态消失，它就会让主控制阀关闭，从而使系统转入普通的制动状态下进行工作。如果蓄压器的压力下降到安全极限以下，红色制动故障指示灯和琥珀色ABS故障指示灯亮。在这种情况下，驾驶员要用较大的力进行深踩踏板式的制动方式才能对前后轮进行有效的制动。控制方法：（2）防抱死制动系统（ABS）的控制方法有多种，比如PID控制方法、最优控制方法、滑模变结构控制方法、模糊控制方法、鲁棒控制方法等。有文献研究了其中的4中控制方法，对比发现单一的控制系统很难兼顾鲁棒性和控制精度，同时从实施的角度，难易也各不相同。模糊控制可实施性好，鲁棒性强，但控制精度略差。滑模变结构与模糊控制相类似，精度有所提高，但是以系统的高速切换为代价，对作动系统的要求较高。PID简单实用，精度较好，但鲁棒性要差些，实施成本也高些。传统逻辑门限控制需要较多的经验摸索，算法实施复杂，但硬件成本低。所以适当结合不同的控制方法应该可以得到比较好的控制效果，如模糊+PID，结合模糊的鲁棒性和PID的控制精度等。性能特点：ABS系统的作用是什么?防抱死刹车系统可以提高行车时，车辆紧急制动的安全系数。换句话说，没有ABS的车，汽车在遇紧急情况采取紧急刹车时，容易出现轮胎抱死，也就是方向盘不能转动，这样危险系数就会随之增加，很容易造成严重后果。单通道ABS一般都是对两后轮按低选原则进行一同控制。单通道ABS不能使两后轮的附着力得到充分利 用，因此制动距离不一定会明显缩短。另外前轮制动未进行控制，制动时前轮仍会出现制动抱死，因而转向操纵能力也未得到改善，但由于制动时两后轮不会抱死，能够显著的提高制动时的方向稳定性，在安全上是一大优点，同时结构简单，成本低等优点，所以在轻型载货车上广泛应用。综上所述，ABS装置虽然具有缩短制动距离、另外，不同类型的ABS装置由于组成结构等原因，价格也相差较大，所以选购汽车时不能只看到价格高低，还应看到装用的是哪种类型的ABS装置。优点：当车轮即将到达下一个锁死点时，刹车油的压力使得气囊重复作用，如此在一秒钟内可作用60120次，相当于不停地刹车、放松，即相似于机械的“点刹”。因此，ABS防抱死系统，能避免在紧急刹车时方向失控及车轮侧滑，使车轮在刹车时不被锁死，不让轮胎在一个点上与地面摩擦，从而加大摩擦力，使刹车效率达到90%以上，同时还能减少刹车消耗，延长刹车轮鼓、碟片和轮胎两倍的使用寿命。装有ABS的车辆在干柏油路、雨天、雪天等路面防滑性能分别达到80%90%、10%30%、15%20%。局限性：ABS系统本身也有局限性，它仍然摆脱不了一定的物理规律。在两种情况下，ABS系统不能提供最短的制动距离。一种是在平滑的干路上，由有经验的驾驶员直接进行制动。另一种情况是在松散的砾石路面、松土路面或积雪很深的路面上制动另外，通常在干路面上，最新的ABS系统能将滑移率控制在5%20%的范围内，但并不是所有的ABS都以相同的速率或相同的程度来进行制动。尽管四轮防抱制动系统能使汽车在尽可能短的距离内进行制动，但如果制动进行得太迟，使之在与障碍物碰撞前不能完全停下来，仍不能阻止事故的发生。工作过程：在ABS中，每个车轮上各安置一个转速传感器，将关于各车轮转速的信号输入电子控制装置。电子控制装置根据各车轮转传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测和判定并形成相应的控制指令。各处液压电磁阀均不通电而处于关闭状态，电动泵也不通电运转，制动主缸至各制动轮缸的制动管路均处于沟通状态，而各制动轮缸至储液器的制动管路均处于封闭状态，各制动轮缸的制动压力将随制动主缸的输出压力而变化，此时的制动过程与常规制动系统的制动过程完全相同。在制动过程中，电子控制装置根据车轮转速传感器输入的车轮转速信号判定有车轮趋于抱死时，ABS就进入防抱死制动压力调节过程。例如，电子控制装置判定右前轮趋于抱死时，电子控制装置就使控制右前轮制动压力的进液电磁阀通电，使右前进液电磁阀转入关闭状态，制动主缸输出的制动液不再进入右前制动轮缸，电子控制装置就使右前进液电磁阀和出液电磁阀都断电，使进液电磁阀转入开启状态，使出液电磁阀转入关闭状态，同时也使电动泵通电运转，向制动轮缸送制动液，由制动主缸输出的制动液和电动泵泵送的制动液都经过处于开启状态的右前进液电磁阀进入右前制动轮缸，使右前制动轮缸的制动压力迅速增大，右前轮又开始减速转动。ABS通过使趋于抱死车轮的制动压力循环往复地经历保持减小增大过程，而将趋于抱死车轮的滑动率控制在峰值附着系数滑动率的附近范围内，在该ABS中对应于每一个制动轮缸各有一对进液和出液电磁阀，可由电子控制装置分别进行控制，因此，各制动轮缸的制动压力能够被独立地调节，从而使四个车轮都不发生制动抱死现象。尽管各种ABS的结构形式和工作过程并不完全相同，但都是通过对趋于抱死车轮的制动压力进行自适应循环调节，来防止被控制车轮发生制动抱死的，而且，各种ABS在以下几个方面都是相同的。（1） ABS只是汽车的速度超过一定以后（如5km/h或8km/h），才会对制动过程中趋于抱死的车轮进行防抱死制动压力调节。当汽车速度被制动降低到一定时，ABS就会自动中止防抱死制动压力调节，此后，装备ABS汽车的制动过程将与常规制动系统的制动过程相同，车轮被制动抱死对汽车制动抱死。这是因为在汽车的速度很低时，车轮被制动抱死对汽车制动性能的影响已经很小，而且要使汽车尽快制动停车，应必须使车轮制动抱死。（2） 在制动过程中，只有当被控制车轮趋于抱死时，ABS才会对趋于抱死车轮的制动压力进行防抱死调节；在被控制车轮还没有趋于抱死时，制动过程与常规制动系统的制动过程完全相同。（3） ABS都具有自诊断功能，能够对系统的工作情况进行监测，一旦发现存在影响系统正常工作的故障时将自动地关闭ABS，并将ABS警示灯点亮，向驾驶员发出警示信号，汽车的制动系统仍然可以像常规制动系统一样进行制动.功用