第6章汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)ppt課件

1、第6章 汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS) 6.1緒論汽車防抱死制動系統(tǒng)(Anti-Lock Brake System)是指汽車在制動過程中能實時斷定車輪的滑移率,自動調(diào)理作用在車輪上的制動力矩,防止車輪抱死,獲得最正確制動效能的電子安裝。車輪處于“抱死形狀的負效應(yīng) :(l)由于車輪被抱死,車輛不能實現(xiàn)彎道轉(zhuǎn)向,躲避妨礙物或行人而呵斥交通事故。(2)在非對稱附著系數(shù)的路面,車輪抱死將喪失直線行駛穩(wěn)定性,易出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾及急轉(zhuǎn)等危險景象。(3)車輪抱死時的附著力普通低于路面所能提供的最大附著力,車輪在全抱死形狀的制動間隔反而有所添加。(4)由于車輪被抱死導(dǎo)致輪胎部分急劇摩擦,降低了輪胎的運用壽命。 .

2、研討的重點：(l)跟蹤路面特性的變化,使ABS各項性能目的一直處在最正確形狀的控制算法。(2)提高關(guān)鍵元件的可靠性和性能目的,如用開關(guān)閥和調(diào)制脈沖寬度實現(xiàn)比例控制；采用低本錢比例閥實現(xiàn)延續(xù)控制,可彌補開關(guān)閥的缺陷。(3)降低ABS的裝車本錢,擴展ABS在汽車上的普及率。(4)由單一的ABS控制目的轉(zhuǎn)向多目的的綜合控制,故ABS系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計應(yīng)能擴展為多目的的綜合控制。 .6.2輪胎與路面間的相互關(guān)系路面所能提供約附著力(即最大縱向、側(cè)向作用力)與附著系數(shù)有關(guān),附著系數(shù)定義為路面附著力Ft與作用在車輪上的垂直負荷FN之比:= Ft FN子午線輪胎在枯燥路面上附著系數(shù)最大。不同路面的附著系數(shù)大約

3、在0.05l的范圍,在冰面上最小,約為0.05左右,其它路況介于這兩者之間。附著系數(shù)還與車輪的滑移/滑轉(zhuǎn)率有關(guān)。在分析ABS制動問題時,把車輪的滑移/滑轉(zhuǎn)率定義為:=VV-VW VV VV=wre滾動半徑.式中 在-l00%+l00%范圍內(nèi)變化：在-l00%0%區(qū)間為驅(qū)開工況,其輪速大于車速,車輪相對地面滑轉(zhuǎn),對應(yīng)的值稱為滑轉(zhuǎn)率。 在0%100%為制開工況,此時車速大于輪速,車輪相對地面滑移, 稱為滑移率。幾個特殊點0、 -l00%和 100%分別對應(yīng)車輪自在滾動、車輪純空轉(zhuǎn)和車輪被完全抱死形狀。ABS制動系統(tǒng)把控制在k附近,既能使路面提供最大的制動力,又能提供足夠大的側(cè)向附著力滿足車輛制動時

4、直線行駛穩(wěn)定性和支配穩(wěn)定性。 .3單輪車輛系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 6.3.1車輪制動形狀數(shù)學(xué)模型 為研討防抱死制動的控制過程和它在縱向平面的特性，車輛可簡化為單輪車輛系統(tǒng)。由于車速通常是指直線運動速度,輪速用角速度表示,故在后文中車速用V表示,車輪角速度用表示。由此可得車輪和整車的運動微分方程分別為: .6.3.2驅(qū)動機構(gòu)的數(shù)學(xué)模型汽車的制動回路主要由制動踏板、主制動缸、控制閥、輪缸及速度傳感器等組成。根據(jù)液壓控制閥的位置可使制動器對應(yīng)三種不同形狀：當(dāng)控制閥使油源與輪缸接通,制動缸增壓；控制閥封鎖,制動缸保壓；控制閥使制動器和回油路相通,制動缸減壓。.在進展系統(tǒng)分析與設(shè)計時,為了簡化系統(tǒng),可在常用的任

5、務(wù)壓力點線性化： dPdt=uk0u=1( 增壓；-1減壓；0保壓作用在車輪上的制動力矩的變化率為:dTbdt=ukbu=1( 增壓；-1減壓；0保壓思索到制動缸在增壓和減壓時需求不同的變化率以滿足不同的運用性能,那么作用在車輪上的制動力矩的變化率可進一步寫成如下的方式dTbdt=UU=Ui (增壓；Ud減壓；0保壓.6.4 ABS邏輯控制算法 防抱死制動的目的是為了把車輪的滑移率控制在k附近,使路面的附著系數(shù)得到最充分的發(fā)揚。那么,應(yīng)以哪些參數(shù)作為控制目的才干使控制的效能最正確?現(xiàn)實上,有不同的方法都可以到達預(yù)期的目的,但每種方法將以不同的規(guī)律逼近期望的點。為了了解各種方法的特點,下面先分析

6、現(xiàn)今車輛上普遍采用的邏輯控制算法,為分析和了解其它算法提供必要的根底。.6.4.1簡單邏輯控制算法 總的制動力：制動最大減速度：角減速度超越極限：車輪能夠出現(xiàn)抱死。最簡單的ABS控制邏輯為：雙門限控制邏輯.6.4.2 以車輪加、減速度和滑移率結(jié)合的邏輯控制 1.參考車速和滑移率的計算 為了順應(yīng)路面特牲的變化,必需經(jīng)過相應(yīng)的邏輯條件識別出這些變化,再對控制邏輯作相應(yīng)的修正,使車輛在不同運轉(zhuǎn)環(huán)境下都能獲得最正確的效果。為此引入了車輪的滑移率作為輔助的門限值,與車輪負加速組合成雙參數(shù)邏輯控制算法。要確定滑轉(zhuǎn)率要用到車體速度。測定車體速度有接觸式和非接觸式兩種方法,采用非接觸式測定(如多譜勒儀)價錢較

7、高。 .采用接觸方式(如五輪儀),既不方便,其形狀也難以被用戶所接受。故普通不采用直接丈量的方法獲得實踐車速,而是采用間接的方法由車輪的角速度和負加速度構(gòu)造車輛的參考速度 ：VRe= VRe0 aRet 2.大附著系數(shù)路面上的制動控制 在制動開場階段輪缸壓力快速上升,車輪負加速度很快超出門限值-a,電磁閥從升壓切換到保壓形狀,同時估算出參考車速和滑移率為1的門限曲線。在保壓階段,輪速繼續(xù)下降,當(dāng)輪速降至低于1門限值時,電磁閥由保壓切換到減壓形狀。在減壓過程中,輪速過一段時間開場上升,當(dāng)車輪的負加速度進人-a門限又開場保壓。.假設(shè)在規(guī)定的保壓時間內(nèi),車輪的加速度不能超越+a門限,那么屬于低附著系

8、數(shù)路面的情況。反之,假設(shè)超越+a門限那么繼續(xù)保壓。為了順應(yīng)附著系數(shù)不同的路況,如附著系數(shù)較大的情況,又設(shè)定了識別高附著系數(shù)路面的第二門限值+A。在繼續(xù)保壓過程中能夠出現(xiàn)兩種情況,一是車輪的加速度沒超越第二門限+A就回到+a門限內(nèi),二是角加速度超越了第二門限值+A。對于前者,屬于普通附著系數(shù)路面。對后者那么屬大附著系數(shù)路面,那么要對輪缸進展一次增壓,直至車輪的加速度低于+A門限,再保壓至低于+a門限。.3.小附著系數(shù)路面的制動控制 在初始的l、2調(diào)理階段和大附著系數(shù)的路面一樣。階段3首先有一段定時保壓階段,由于給定的時間內(nèi)車輪的加速度達不到+a門限,于是可以斷定是小附著系數(shù)路面的情形,控制邏輯產(chǎn)

9、生一個小的減壓-保壓脈沖,使車輪漸漸升速,然后再比較車輪加速度能否到+a門限,如低于此門限值再次產(chǎn)生減壓降壓-保壓脈沖,車輪繼續(xù)升速直至超越+值門限。到此階段3終了,并轉(zhuǎn)人第4階段一保壓階段。當(dāng)車輪加速度再次低于+a門限時,保壓階段4終了。階段5是以增壓-保壓(脈沖方式)方式的慢速升壓過程,直至出現(xiàn)-a門限,到此第一個控制周期終了。 .當(dāng)路面附著系數(shù)向大值突變,其識別方法是采用第二加速度門限值+A。而當(dāng)路面附著系數(shù)向小值躍變,那么以第二滑移率門限值2作為識別根據(jù)。綜上所述，邏輯控制是把車輪的加速度分為 (-a,+a,+A)幾個門限值,再輔之以車輪的滑移率門限值l,2。在由下降信號切換到保壓的階

10、段,在規(guī)定的定時間隔里監(jiān)測能夠出現(xiàn)的幾種門限信號(+a,+A, l,2)作為識別路面特性的根據(jù)。再根據(jù)識別結(jié)果,分別采用不同的控制邏輯,確保防抱死制動系統(tǒng)對路面情況的跟蹤性能,在各種路面條件都能獲得期望的制動效果。 .6.5 ABS的整車控制技術(shù) 前面已講述了ABS的單輪控制技術(shù),能否可以把汽車的一切車輪均按前述的方法進展控制就能到達期望的效果呢? 假設(shè)汽車的一側(cè)車輪在高附著系數(shù)路面行駛,另一側(cè)在低附著系數(shù)路面行駛(如冰面,這在我國東北地域的冬天經(jīng)常能夠遇到的路面條伴)。按前面講述的單輪控制方式,各個車輪的滑移率都控制在峰值點,于是左右兩側(cè)的制動力不等使汽車產(chǎn)生側(cè)向偏轉(zhuǎn)。 .只需適當(dāng)把前輪偏轉(zhuǎn)

11、一定的角度,就能抵消制動力不等所產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)力矩,并堅持汽車直線行駛的穩(wěn)定性。處理上述間題有不同的方法,最好的方法是基于汽車動力學(xué)的綜合控制。由于汽車期望的橫擺角速度由方向盤的輸人獨一確定,一但監(jiān)測到在制動過程中出現(xiàn)了方向盤的轉(zhuǎn)角為零,而車輛的橫擺角速度不為零的情形。即可斷定車輛當(dāng)前的工況是屬于路面特性的擾動導(dǎo)致車輛非穩(wěn)態(tài)的回轉(zhuǎn)運動。于是經(jīng)過車輛行駛方向自動控制系統(tǒng),把導(dǎo)向輪逆上述的非穩(wěn)態(tài)橫擺方向轉(zhuǎn)動一個角度,就可抵消制動過程中的非穩(wěn)態(tài)景象,保證車輛在制動過程中的直線行駛穩(wěn)定性。 .由汽車動力學(xué)綜合控制系統(tǒng)可以滿足車輛在備種路面條件下的支配定性，但要添加方向轉(zhuǎn)角和汽車橫擺角速度傳感器及驅(qū)動導(dǎo)向輪

12、偏轉(zhuǎn)的自動控制系統(tǒng),提高了裝車本錢。因此，最為適用的方法就是經(jīng)過ABS本身的整車布置方式和整車控制技術(shù)來滿足車輛在不同路面條件下的支配性與穩(wěn)定性。6.5.1整車布置方式如前所述，ABS單輪控制技術(shù)的本質(zhì)是把車輪的滑移率控制在b-的峰值點。因此,在制動時可保證獲得最短的制動間隔和轉(zhuǎn)向時的支配穩(wěn)定性 。 . l.四傳感器四通道布置方式 四個傳感器和四個液壓控制通道的ABS系統(tǒng)有：按前后方式布置即前后輪缸分別采用不同的液壓回路按對角(X形方式)方式布置即處在對角線上的兩個輪缸采用同一液壓回路。由于每個車輪都具有一個輪速傳感器和一個液壓通道,因此可對每個車輪實現(xiàn)恣意目的的控制,使ABS總體性能到達最正

13、確形狀。假設(shè)簡單地把每個車輪的滑移率都控制在b-曲線的峰值點, 在對稱路面,可使制動間隔最短,又能堅持較好的支配性；但在非對稱路面,將在左右兩側(cè)車輪上產(chǎn)生不同的制動力,使汽車很難堅持它原來的行駛方向,方向穩(wěn)定性惡化。. 2.四傳感器三通道系統(tǒng) 四傳感器三通道ABS的布置方式兩種方式：對角方式布置由機械方式實現(xiàn)車輪低選控制和電子控制系統(tǒng)實現(xiàn)低選控制。在兩種布置方式中,兩前輪都是采用獨立控制,而后輪將以兩前輪中較易抱死的車輪所施加的制動力矩作為規(guī)范,按選低的方式對后輪施加相等的制動力矩進展控制。這種布置與低選控制方式組合的結(jié)果改善了汽車在非對稱路面制動時的方向穩(wěn)定性,但制動間隔會有所添加。由此可見

14、,ABS的某些性能目的,如穩(wěn)定性和制動間隔是相互矛盾的。在改善其中一項性能目的的同時,能夠會伴隨另一項目的的降低。.所以在設(shè)計系統(tǒng)時,必需進展綜合評價,使各項性能目的加權(quán)后的總體性能目的為最正確。 3.三傳感器三通道系統(tǒng) 該系統(tǒng)通常為前后布置方式,兩前輪采用獨立控制方式,兩后輪取差速器的轉(zhuǎn)速信號,并由同一液壓管路控制。這種布置方式,其后輪僅適于采用低選控制方式。4.四傳感器二通道系統(tǒng) 這是按對角方式布置的ABS所用的簡易系統(tǒng)。前輪一殷采用獨立控制,后輪控制兩種方式：定比例減壓閥和低選控制閥。. 綜上所述,ABS總體性能與通道數(shù)和傳感器數(shù)目有關(guān),普通而言,傳感器和通道數(shù)目愈多,那么ABS的住能愈

15、好。四傳感器四通道ABS系統(tǒng)是最完備的布置方式,由于各個車輪均能恣意設(shè)定它的控制目的,因此可獲得最正確的效果。但假設(shè)一切車輪均采用獨立控制,那么會導(dǎo)致汽車在非對稱路面失去方向穩(wěn)定性。而簡單地按低選方式進展控制,那么四傳感器四通道ABS系統(tǒng)就降低到四傳感器三通道ABS系統(tǒng)、甚至四傳感器二通道ABS系統(tǒng)的性能,使部分控制通道的潛力得不到充分的發(fā)揚,呵斥資源浪費?？梢?前輪獨立控制,后輪按低選控制僅在二通道或三通道的非完備ABS系統(tǒng)才有適用的價值。 .對四傳感器四通道ABS系統(tǒng),必需研討分析整車控制技術(shù),使全部的控制通道在各種路況均能充分發(fā)揚它們的作用,以保證ABS總體性能最正確。從ABS系統(tǒng)的幾種

16、布置方式可以看出,ABS系統(tǒng)通常由二路獨立的液壓回路組成,并布置成前后或?qū)莾煞N方式,且不因傳感器和控制通道的數(shù)目不同而異。其目的旨在提高ABS系統(tǒng)的可靠性,萬一偶爾的緣由,導(dǎo)致其中的一個液壓回路失效,另一液壓回路也能照常任務(wù),且不降低系統(tǒng)的支配性、穩(wěn)定性,只是制動效能降低一半,制動間隔隨之添加而已。 .6.5.2 非對稱路面的整車控制技術(shù)采用單輪獨立控制方式，可最大限制地利用路面附著力，縮短制動間隔。但在非對稱路面必然導(dǎo)致兩側(cè)車輪制動力不等，使車輛向高側(cè)路面偏轉(zhuǎn)。按附著系數(shù)取低的方式控制，雖消除了偏轉(zhuǎn)力矩，改善了方向穩(wěn)定性，但導(dǎo)致制動間隔添加?；谶@兩種控制方式的特點，目前運用產(chǎn)品普通采用修

17、正的單輪控制方式，它是對前述兩種方式的綜合。既兼顧了制動間隔，又兼顧了行駛方向穩(wěn)定性。下面引見修正單輪控制的根本思想。.1.單輪修正控制算法與實時模擬系統(tǒng)時模擬實驗的軟硬件系統(tǒng)如圖52,該系統(tǒng)的任務(wù)原理：計算機根據(jù)車輛模型、制動器模型及輪胎模型，在給定的初始條件和制動作用下，計算出車輛的運動形狀(包括四個車輪的轉(zhuǎn)速)。然后把計算出的輪速經(jīng)過DA變換為模擬電壓輸出，經(jīng)電壓一頻率變換為脈沖信號輸入到ABS控制器，其效果相當(dāng)于ABS真實地從輪速傳感器接納脈沖信號一樣。基于模擬的脈沖信號，ABS控制器按確定的控制算法計算出給四個車輪電磁閥的控制信號，調(diào)理制動氣室內(nèi)的任務(wù)壓力。再將壓力形狀反響給計算機，

18、根據(jù)制動器的模型被轉(zhuǎn)換成制動力矩。.在這一制動力矩的作用下，把上一時辰的輸出形狀作為本次計算的初值，于是根據(jù)ABS的動態(tài)模型又可計算出車輛在下一時辰的運動形狀，并再次把輪速脈沖信號發(fā)送給ABS控制器。周而復(fù)始，至車速為零時制動過程終了。由于模擬計算步長與硬件模擬系統(tǒng)實時控制的步長一致，于是就構(gòu)成了一個實時閉環(huán)軟硬件混合模擬系統(tǒng)， 混合模擬實驗方法不僅可用來測試ABS系統(tǒng)的動態(tài)特性，也可用來分析研討構(gòu)成ABS系統(tǒng)硬件安裝的性能，是ABS系統(tǒng)前期開發(fā)的有效工具。.2.單輪修正控制算法是在單輪控制方式和低選控制方式兩者之間進展折衷控制，對處于低附著系數(shù)的車輪按本人的門限條件進展控制，處于高附著系數(shù)的

19、車輪那么在低附著側(cè)壓力的根底上，適量地逐漸添加一個變化的壓力差。其任務(wù)原理(參見圖53)是處于低附著系數(shù)的車輪(假定為左輪)到達減速度門限時開場減壓，處于高附著系數(shù)車輪(右輪)那么開場保壓，左輪減壓終了時車輪減速度到達加速度門限，那么左輪開場保壓，而右輪那么保壓終了開場減壓，.減壓幅度為左輪減壓幅度乘以修正系數(shù)01，減壓終了后右輪又開場保壓，直到左輪低于加速度門限時，那么兩輪同時進入小步長增壓階段。這樣每個ABS循環(huán)終了構(gòu)成一個壓力差，隨著ABS循環(huán)的繼續(xù)，其壓差逐漸添加。模擬實驗結(jié)果分別對四種控制方式(無ABS，單輪獨立控制ICIC，低選控制SLIC，單輪修正控制MICIC)進展模擬實驗，對

20、應(yīng)的動態(tài)調(diào)理過程如圖54.在四種控制方式中，低選方式制動間隔最長(見圖55(a)，無ABS系統(tǒng)與單輪修正方式的制動間隔非常接近，且介于低選和單輪方式之間。僅從制動間隔方面評價，單輪獨立控制效果最優(yōu)，低選方式效果最差。圖55(b)為制動終了時，車輛的橫向位移和橫擺角實驗結(jié)果，圖55(c)是制動過程中，車輛的橫向速度和橫擺角速度測試結(jié)果。由此可見，單從方向穩(wěn)定性方面評價，無ABS系統(tǒng)最差，以低選控制方式為最優(yōu)。單輪修正方式再次介于單輪控制方式和低選控制方式之間。就制動間隔和方向穩(wěn)定性兩項性能目的進展綜合評價，那么修正的單輪控制方式為最優(yōu)。.6.5.3 制動力分配控制車輛制動時，前后車輪制動力的動態(tài)

21、分配影響制動間隔、方向穩(wěn)定性及支配性。當(dāng)前后輪路面的附著系數(shù)相等時，制動力理想分配要求前后車輪的制動力滿足條件： FbFFNF=FbRFNR目前車上是采用定比例閥實現(xiàn)前后輪的制動力分配，由于車輛裝載質(zhì)量不同，路面坡度以及驅(qū)動輪上來自發(fā)動機的輸入轉(zhuǎn)矩不同，這種定比閥不能到達理想的分配效果。.為此都在探求實現(xiàn)前、后輪制動力理想分配的控制方法。一種能實現(xiàn)制動力理想分配的控制戰(zhàn)略是：控制后輪的速度跟蹤前輪的速度。為了保證后輪在各種條件下，都能具有稱心的跟蹤效果，本節(jié)引見一種魯棒伺服控制器的設(shè)計思緒。1魯棒跟蹤控制器設(shè)計的根本概念構(gòu)造如圖56所示。它由兩部分組成，第一部分是輸人為e輸出為的伺服補償器，第

22、二部分是帶常增益系數(shù)K0、K1的穩(wěn)定補償器。為了起到穩(wěn)定作用并能獲得稱心的瞬態(tài)性能，常系數(shù)K0、Kl經(jīng)過下面的增廣系統(tǒng)式確定。.對它的求解有不同的方法，如極點配置，最優(yōu)控制等。對最優(yōu)控制，K0、K1可由如下二次型目的函數(shù)式取最小值確定。制動力理想分配魯棒伺服控制器的構(gòu)造如圖58，可見系統(tǒng)包括一個單積分器和雙積分器。.6.6 ABS系統(tǒng)的驅(qū)動機構(gòu)與電子控制安裝 它包括制動主缸、液壓安裝、電控安裝(Electronic Control Unit,簡稱ECU),輪速傳感器以及制動缸組成(圖66)。6.6.1液壓控制系統(tǒng)回路可采用3/3閥(三位三通), 采用2/2閥(二位二通)，如圖67所示。采用2/2閥組合方便,每個通道需求一個進油閥,一個出油閥。呼應(yīng)速度更快,盡寸小,可靠性好,目前在車上已得到廣泛運用。.由于采用制動方式實現(xiàn)防滑控制(亦即牽引力控制,簡稱為TRC、TCS或ASR等)與防抱死制動控制的原理與方法完全類似,故ABS液壓系統(tǒng)和ASR液