现代控制理论在汽车防抱死系统中的应用
推广应用(现代汽车制动系统(ABS、EBS)的推广应用)
现代汽车制动系统（ABS、EBS）的推广应用从汽车诞生时起，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。
众多的汽车工程师在改进汽车制动性能的研究中倾注了大量的心血。
目前关于汽车制动的研究主要集中在制动控制方面，包括制动控制的理论和方法，以及采用新的技术。
随着科学技术的发展以及汽车工业的发展，尤其是军用车辆及军用技术的发展，车辆制动有了新的突破，液压制动是继机械制动后的又一重大革新。
80年代后期，随着电子技术的发展，世界汽车技术领域最大最显著的成就就是防抱制动系统(ABS)的使用和推广(如图1)。
ABS集微电子技术、精密加工技术、液压控制技术为一体，是机电一体化的高技术产品。
它的安装大大提高了汽车的主动安全性和操纵性。
防抱装置一般包括三部分：传感器、控制器(电子计算机)与压力调节器。
传感器接受运动参数，如车轮角速度、角加速度、车速等，然后送给控制装置，控制装置进行计算并与规定的数值进行比较后，给压力调节器发出指令，使制动力矩减小，防止车轮抱死。
目前，车辆防抱制动控制系统(ABS)已发展成为成熟的产品，并在各种车辆上得到了广泛的应用，但是这些产品基本都是基于车轮加、减速门限及参考滑移率方法设计的。
方法虽然简单实用，但是其调试比较困难，不同的车辆需要不同的匹配技术，需要在许多不同的道路上加以验证；从理论上来说，整个控制过程车轮滑移率不是保持在最佳滑移率上，并未达到最佳的制动效果。
另外，由于传统的逻辑门限ABS有许多局限性，所以近年来在ABS的基础上发展了车辆动力学控制系统(VDC)。
结合动力学控制的最佳ABS是以滑移率为控制目标的ABS，它是以连续量控制形式，使制动过程中保持最佳的、稳定的滑移率，理论上是一种理想的ABS控制系统。
滑移率控制的难点在于确定各种路况下的最佳滑移率，另一个难点是车辆速度的测量问题，它应是低成本可靠的技术，并最终能发展成为使用的产品。
现代控制理论在汽车防抱死制动系统中的运用共22页
设计跟踪系统，使系统实际输出的是跟踪期望 输出值，于是可将跟踪输出器设计成二阶积分 的型式，即:
I1
t(RV*)dt
0
t
0(VV*)dt
I2
t
0I1dt
t 0
t1 0
(RV*)d1tdt
建立ABS系统的数学模型
微分并写成状态变量I 1 和I 2的直接关系为：
II 12
R V*
I1
0
建立ABS系统的数学模型
利用由受力分析所得的微分方程式可推导车轮 速度的微分方程式：
V RJ2ZVTShVkP J'(t)R
析所得的微分方程式可推倒车轮 速度的微分方程式：
IV V I 12RJ2100ZVTSh
0
0 1 0
0
0 0 1
0000IV V I 12000kJP'(t)0001V*
C 0 1 0 0 T — —输出矩阵
Y R V — —输出向量 U P ' ( t ) — —控制向量
d V * — —误差向量
二次型的目标函数
目标：使液压或气压控制系统消耗的能量最小， 并使实际输出与期望输出的误差最小。 于是选择二次型目标函数，即
J(XTXUTRU )dt 0
建立ABS系统的数学模型
为了便于分析，首先作如下假设: (1)车轮承受的载荷为常数; (2)不计迎风阻力和滚动阻力; (3)附着系数劝随滑动率变化的规律由图4所示的两 条直线所组成。
建立ABS系统的数学模型
汽车在制动过程中，单个车轮的受力情况 如图5所示:
建立ABS系统的数学模型
车轮作平面运动的运动微分方程式:
附着系数与轮胎滑动率S的变化 关系:
现代汽车安全制动性技术
现代汽车安全制动性技术随着科技的不断进步，现代汽车安全制动性技术得到了极大的提升和发展。
这些技术的出现，不仅大大提升了汽车的安全性能，也为驾驶者提供了更加舒适的驾驶环境。
在本文中，将介绍几种现代汽车安全制动性技术。
一、防抱死制动系统（ABS）防抱死制动系统是一种用来避免车辆在紧急制动时出现轮胎抱死的技术。
它通过感应车轮的速度，及时调整制动力度，从而避免了车轮的抱死现象。
这不仅可以缩短制动距离，还可以保持车辆在制动过程中的稳定性，减少失控的风险。
二、制动辅助系统（BAS）制动辅助系统是一种结合了防抱死制动系统和液压制动助力装置的技术。
它可以通过感应制动踏板上的踩踏力度，自动增加液压制动助力，从而提高制动的灵敏度和效果。
这样，在紧急制动时，驾驶者只需轻轻踩下制动踏板，就能够获得更强的制动力，大大缩短制动距离。
三、制动力分配系统（EBD）制动力分配系统是一种能够根据车辆的状况自动调整前后轮制动力分配的技术。
它通过感应车辆的负荷分布、悬挂状态等信息，根据需要调整前后轮的制动力分配，从而保持车辆在制动过程中的稳定性和平衡性。
这样不仅可以最大限度地发挥每个车轮的制动能力，还可以减少制动过程中的失控风险。
四、紧急制动辅助系统（EBA）紧急制动辅助系统是一种可以自动提高制动力度的技术。
它通过感应车辆的紧急制动信号，自动增加制动力度，从而加快制动反应时间，减少制动距离。
这对于紧急情况下的制动非常重要，可以迅速将车辆停下，避免事故的发生。
五、智能制动系统（IBS）智能制动系统是一种结合了多种制动辅助技术的综合系统。
它可以根据不同的驾驶条件和驾驶者的意图，智能地调整制动力度和分配，从而提供最佳的车辆控制和安全保护。
智能制动系统不仅可以大大提高驾驶者的驾驶舒适性和安全性，还可以有效降低事故的发生率。
总之，现代汽车安全制动性技术的发展让驾驶者在驾驶过程中获得了更多的保护和便利。
无论是在紧急情况下还是日常驾驶中，这些技术都可以提供更快的制动反应速度、更短的制动距离和更好的车辆控制能力。
最优控制理论在ABS中的应用
最优控制理论在ABS中的应用高海洲（上海大学机电工程与自动化学院，上海200072）摘要：随着我国经济的快速发展，汽车已经开始走进我们的生活中。
随着人们对汽车消费的增加，越来越多的人开始更多的关注的不仅仅是汽车本身，更多的开始关注汽车的安全性及舒适性。
人们开始着重研究带有主动控制能力的汽车防抱制动控制系统，最优控制便是其中的一种研究方法。
最优控制根据车辆—路面系统的数学模型，用状态空间的概念，在时间域内研究汽车防抱制动系统。
它根据系统的各项要求，按最优化原理求得控制系统的最优控制指标而达到很好的防抱制动效果。
关键词：最优控制防抱制动系统状态空间数学模型Application of optimization control in ABSGAO hai-zhou,(School of Mechanical Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China)Abstract: With the rapid development of our economy, the car is coming into our life. Along with the increase of automobile consumption, more and more people begin to pay more attention to is not only the car itself, more attention on safety and comfort. People began to study initiative control capability of automobile anti-lock braking control system, the optimization control is a kind of research method.With the concept of status space,it can be used to study ABS in time domain on a basic mathematic model for vehicle-road surface system.We can get optimal control qualities out of the optimization theory and meeting the control system based on model.Key words: optimization control;anti-lock braking system;status space;mathematic model引言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。
控制工程
控制理论在汽车工程中的应用摘要: 在代科学和计算机技术发展过程中，控制理论起着重要的作用，它已成为机械制造业和其它工业生产过程中非常重要和不可缺少的组成部分。
应用控制理论不但可使工程设计人员获得动态系统的最优性能，还可提高产品质量，降低生产成本，提高劳动生产率，并能使人们从繁重的体力劳动和重复的手工劳动中解放出来。
特别是近年来控制理论在汽车工程中的应用已逐渐增多，目前现代控制理论已在汽车悬架系统，自动变速系统，自动防抱死系统和汽车自动驾驶系统等方面已经有了不少成功的应用实例。
本文主要针对控制理论在汽车悬架系统和自动防抱死系统上的应用进行阐述。
关键词：控制理论汽车悬架系统汽车防抱死系统一、控制理论在汽车悬架系统上的应用悬架是现代汽车重要总成之一，它是车架（或车身）与车桥（或车轮）之间弹性连接的机构，一般由弹性元件、导向机构和减振器三部分组成，轿车的悬架还多装有横向稳定杆。
弹性元件用来承受并支撑垂直载荷，缓和由不平路面引起的对车身的冲击。
导向机构用来传递车轮和车身之间的一切力和力矩，并确定车轮相对车身的运动规律。
减振器则用以衰减、限制由冲击载荷引起的车身振动。
横向稳定杆的作用是提高车身的侧倾刚度并使汽车具有不足转向特性，以改善汽车的操纵稳定性，保证汽车正常行驶。
目前，汽车悬架系统已进入到利用电子控制器进行控制的时代。
控制系统由传感器、单片机、外部程序存储器和驱动机构几部分组成。
运用较优的控制方法，得到高性能的减震效果，且使能耗尽可能降低是现代汽车悬架系统发展的主要方向。
1、自适应与自校正控制自适应与自校正控制的基本思想是根据系统当前输入的相关信息，从预先计算并存储的系数中选取当前最合适的控制参数拉。
自适应与自校正悬架系统可看成一个可自动改变其控制参数以适应车辆当前的工作条件的控制系统。
自适应一般发生在车辆行驶过程中的具有较慢统计特性变化的干扰，即路面输入干扰。
自校正是指对运动初始的静止干扰，如车身质量的变化。
防抱死制动系统的功用
防抱死制动系统的功用防抱死制动系统（Anti-lock Braking System,简称ABS）是一种车辆安全系统，广泛应用于现代汽车中。
它通过控制车轮的制动压力，避免车轮在急刹车时发生抱死现象，提高了制动时的稳定性和操控性，减少了车辆在制动时的打滑现象，能够有效地缩短制动距离，提高驾驶安全。
ABS的主要功用如下：1.避免车轮抱死：ABS系统通过感应车轮的转速，当车轮即将抱死时，系统会迅速降低制动压力，以避免车轮完全停止转动，保持车轮与地面的粘着力。
车辆在紧急制动时，能够获得更好的制动力，可以避免由于车轮抱死而导致的失控风险。
2.提供稳定的制动效果：ABS系统能够瞬间调整每个车轮的制动力，保持各个车轮的转速平衡，提高了制动时的稳定性。
尤其是在一些路面状况不理想的情况下，如湿滑、凹凸不平的路面，ABS系统能够确保车辆有更好的制动效果，避免了制动过度导致的滑车。
3.减少制动距离：ABS系统的作用使车辆在制动时保持较好的操控性和稳定性，减少了轮胎与地面的滑移，有效地缩短了制动距离。
当驾驶者紧急制动时，ABS系统能够迅速调整制动压力，让车辆更加稳定地停下来，由此减少了潜在的碰撞风险。
4.提高操控性：ABS系统的应用可以使车辆在制动时避免打滑，保持了车辆的操控性。
这意味着驾驶者可以更好地控制车辆的行驶轨迹，避免由于车轮锁死而导致的失控现象。
尤其是在转弯时的制动，ABS系统能够保持车辆的稳定性，使驾驶者得到更好的操纵体验。
5.预防侧滑现象：侧滑（侧滑角）是指车辆在转弯时，由于侧向加速度过大，导致车辆车身失去控制而滑出轨道。
ABS系统的作用可以确保车轮在制动时不会锁死，进一步减少了车辆侧滑现象的发生。
通过充分利用每个车轮的制动力，使车辆在转弯时更加稳定，提高了行驶的安全性。
现代控制理论在汽车防抱死系统中的应用
现代控制理论在汽车防抱死系统中的应用令狐采学近十多年来，由于计算机的发展和高质量控制的需要，现代控制理论得到了很大发展。
不仅成功地应用于航天、航空、航海等领域,而且在各工业部门和汽车行业中也得到了广泛的应用。
现代控制理论已成为现代汽车设计中的一种必不可少的方法。
汽车防抱制动系统是一个典型的最优控制系统设计问题,本文将着重讨论它的状态变量的选择,状态方程的建立和性能指标的确定等与实际系统有关的问题,对于最优控制规律的计算和系统的设计,将直接引用现代控制理论的庞特里亚金极小值原理推出的黎卡提(iRc-cati) 方程求解。
1、汽车防抱制动系统的原理汽车防抱制动系统(简称AB)S实质上是一种制动自动调节装置。
这种装置使汽车制动系统的结构发生了质的变化,它不仅能充分发挥制动器的制动性能,提高制动减速度和缩短制动距离,而且能有效地提高汽车制动时的方向稳定性,大大改善汽车的行驶安全性。
汽车在制动过程中,车轮未抱死前,路面制动力始终等于制动器制动力,此时制动器制动力全部转化为路面制动力;车轮抱死后制动力等于路面附着力,不再随制动器制动力的增大而增大。
我们知道,路面附着力Fφ=Z×Φ式中Z--路面对轮胎的法向反作用力Φ--附着系数理论和试验研究表明,附着系数与轮胎滑移率S的变化关系可用图1所示的曲线来表示。
从图中可以看出,在S为20%左右时,轮胎纵向附着系数达到最大值,在纯滚动时侧向附着系数最大; 而在车轮抱死时,侧向附着系数迅速下降到零,纵向附着系数也有所降低。
因此,车轮若在汽车制动时完全抱死,不但纵向附着力下降而达不到最佳制动效能,而且还会丧失转向和抵抗侧向力的作用,造成制动时方向稳定.ABS系统的作用就是能自动调节制动器的制动力,使车轮滑移率保持在 2 0%左右以充分利用峰值附着系数,提高汽车的制动效能和制动时的方向稳定性。
ABS系统主要由传感器、电子控制器和压力调节阀等三部分组成(图2),各部分作用原理如下:(1)车轮转速传感器,其作用是输出电压脉冲,送入控制器后处理成为车轮角减速度信息;(2)自动压力调节器,依靠控制器送来的信息控制电阀动作,从而调节制动力的强弱,使车轮的滑移率接近于最值;(3)电子控制器,实质上是一种微型计算机,工作时它不断地从传感器里追踪轮速信息,通过计算和比较来检查不正常的轮速条件,据此做出电磁阀需要操作的决定,以调节制动压力阻止制动器抱死或使其解除控制。
现代控制理论在汽车行业的应用
现代控制理论在汽车领域的应用现代控制理论发展于20 世纪50 年代末，它以状态空间方法为主，研究控制系统状态的运动规律，通过反馈系统解决某些非线性和时变系统的控制问题，用于多输入多输出反馈控制系统，可以实现最优控制规律。
作为一名车辆工程专业的研究生，现代控制理论在我所学的领域上也有很多应用。
比如说现代控制理论在内燃机振动主动控制中的应用、在汽车防抱死制动系统中的应用、在汽车悬架控制中的应用等等，下面我将根据自己查阅的资料对这三种应用进行简单介绍。
已有文献阐明了现代控制理论在内燃机振动主动控制领域的应用现状，阐述了各种控制理论与内燃机振动系统的关系。
以现代控制理论中有代表性的最优控制、自适应控制、鲁棒控制为重点分析了现代智能控制理论在振动系统控制中应用的可能性与发展，指出了内燃机振动主动控制领域今后一段时间内的研究重点与方向。
内燃机的振动是有害的，对于有害的振动，人们总是在想方设法将其消减甚至消除。
消减振动一般从两个方面着眼：一是耗散振动能，二是抑制激振力。
耗能的方法有加装阻尼摩擦片、附带质量冲击块；抑制激振力的方法有提高系统刚度、加装动力减振器或是主动对振动系统施加同频反向的抑振力。
通过控制系统对振动主体主动施加抑振力即振动的动态控制(也称有源控制、主动控制)。
该控制系统一般由振动体(内燃机振动系统如曲轴)、振动信息采集器(对于旋转振动系统多用涡流传感器和光电传感器，对于整机多用弹簧质量加速度传感器)、变送器、处理器、控制器、执行器、显示与调节器等部件组成。
其中控制器是系统的核心，控制器的设计应依据振动体即被控对象的特性进行。
本文将依据内燃机的振动的特性探讨控制器设计中运用的各种控制理论问题以及在振动动态控制上各种现代控制理论应用的可能性。
汽车防抱制动系统(简称ABS)实质上是一种制动力自动调节装置。
这种装置使汽车制动系统的结构发生了质的变化，它不仅能充分发挥制动器的制动性能,提高制动减速度和缩短制动距离，而且能有效地提高汽车制动时的方向稳定性,大大改善汽车的行驶安全性。
现代汽车安全制动性技术
现代汽车安全制动性技术随着社会的进步和科技的发展，汽车成为现代人生活中不可或缺的一部分。
然而，汽车事故却时有发生，给人们的生命财产造成巨大的损失。
因此，汽车安全成为汽车制造商和消费者都关注的重要因素之一。
而在汽车安全领域中，制动性技术是至关重要的一部分，它能够大大提升汽车行驶的安全性能。
本文将介绍几种现代汽车安全制动性技术。
1. 防抱死制动系统（ABS）防抱死制动系统（ABS）是一种旨在防止车辆在紧急制动时发生轮胎抱死的技术。
ABS通过感知车轮的减速度和旋转速度，自动调节制动压力，使车轮保持旋转，保持与地面的摩擦力，从而确保刹车时的操纵稳定性和方向稳定性。
ABS系统采用计算机控制，能够快速地感知和响应紧急制动情况，大大减少了刹车距离，提高了制动效果。
这一技术的运用，不仅可以有效避免车辆紧急制动时的打滑问题，还能够提高车辆的行驶稳定性。
2. 电子制动力分配系统（EBD）电子制动力分配系统（EBD）是一种电子辅助刹车系统，它能够根据车辆的负载情况、煞车片的磨损状态以及车辆的动态性能等自动调节前后轮的制动力分配。
传统的制动系统中，前轮和后轮所承受的制动力分配是固定的，这样容易造成车辆制动不均衡，甚至产生制动失控的情况。
而EBD系统则能够及时感知到车辆的状态，并合理分配制动力，使车辆的制动过程更加稳定和安全。
3. 电子稳定程序（ESP）电子稳定程序（ESP）是一种利用车辆的感知系统，通过比较车辆实际运动状态和驾驶员对车辆运动状态的控制信息，自动调节车辆的制动力和转向力，以保持车辆在不同路况下的稳定性。
ESP系统通过感知车辆的横向加速度、转弯角度、车轮的旋转速度等参数，利用计算机控制系统对发动机油门、刹车和转向等进行精确的操控，从而确保车辆在急转弯、陡坡等特殊路况下仍能保持稳定。
它的运用不仅大大提高了车辆的操控性能，还降低了车辆失控的风险。
4. 自动紧急制动系统（AEB）自动紧急制动系统（AEB）是一种能够自动识别前方障碍物并自动制动的技术，它通过车载传感器（如雷达、摄像头等）感知前方的障碍物，如果预测到与障碍物碰撞的风险，系统将自动启动制动系统，提供更短的制动距离，甚至能够完全避免碰撞。
现代汽车系统控制技术第五章
12
5.4 汽车ABS控制
汽车ABS控制方法较多，许多古典控制理论、现代 控制理论和智能控制理论都在汽车ABS控制中有 所应用。
13
5.4.1 汽车ABS的逻辑门限值控制
1．预选条件和复选条件 预选条件(简称P条件)是判断车轮是否有抱死倾向的 条件，而复选条件(简称R条件)则是判断车轮是否 避免了抱死倾向。 2．预选边界和复选边界 可以用 M 和 在相平面上表示P条件和R条件，将 和 用下式表示
3
(3) 缩短制动距离。汽车的制动距离取决于制动过 程中的平均减速度，ABS的使用使汽车能够充分 有效地利用各个车轮的最大纵向附着力进行制动， 从而使汽车能够在最短的距离内停车。 (4) ABS除了能够极大地改善汽车的行驶性能外， 还能在很大程度上使驾驶员从驾驶员—汽车—环 境的闭环系统中解脱出来，也使轮胎磨损大为减 轻。
b
1 V / R
Fb R M b / I
14
3．共扼预选和复选边界 当ABS的相轨迹满足一定的物理条件时，在P、R边界的作 用下将形成一种封闭的相轨迹，即为极限环。 4．设计实例及分析 用共扼边界法对于一些P条件和R条件的组合进行设计并仿 真其控制结果。对于每一个R条件用不同的P条件与之组 合，通过仿真结果可以验证极限环在峰值附近的存在性， 稳定极限环的收敛性，以及为产生稳定极限环选择阈值的 方便性。
1
16
5.4.3 汽车ABS的最优控制
在设计汽车ABS时，必须对控制规律进行计算。虽 然对于不同的布置形式，其控制矩阵的形式是不 相同的，但系统矩阵都具有相同的形式，其元素 可由汽车及轮胎的结构参数运行情况和峰值附着 系数来确定。
17
5.4.4 汽车ABS的模糊控制
防抱死系统在常用轿车上的使用特点分析
防抱死系统在常用轿车上的使用特点分析摘要：防抱死系统“ABS”(Anti-locked Braking System)中文译为“防抱死刹车系统”.它是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统。
ABS系统可以显著提高或改善汽车紧急制动时的操控性和稳定性，缩短了制动距离，是一种新型的汽车电子控制产品，并得到了越来越广泛的应用。
基于此，本文作者结合自身实际工作经验就防抱死系统在常用轿车上的使用特点进行分析，以供参考。
关键词：防抱死系统；轿车；特点1、防抱死制动系统的产生车在制动过程中，有时会出现制动跑偏、后轴侧滑或前轮失去转向能力而偏离原来的行驶方向，甚至发生撞入对方车辆行驶轨道、下沟、滑下山坡的危险情况。
制动跑偏、侧滑与前轮失去转向能力是造成交通事故的重要原因。
防抱死制动系统ABS（Anti-lock Braking System）是一种主动安全装置，它在制动过程中根据 "车辆一路面"状况，采用电子控制方式自动调节车轮的制动力矩来达到防止车轮抱死的目的。
影响汽车安全性的因素很多，诸如汽车的制动性、操纵性、行驶的稳定性、抵御外界影响（碰撞、擦挂等）的能力等都影响汽车的安全性。
统计资料显示，在道路交通事故中，大约10%的事故是由于车辆在制动瞬间偏离预定轨道或甩尾造成的.因此完善制动性能是减少交通事故的重要措施。
2、ABS的原理ABS是防抱死制动系统的英文缩写，英文的全称是Anti－lock Braking System，或者是Anti－skid Braking System。
该系统在制动过程中可自动调节车轮制动力，防止车轮抱死以取得最佳制动效果。
一辆汽车制动性能的好坏，主要从以下三方面进行评价：1、制动效能，即制动距离与制动减速度；2、制动效能的恒定性，即抗热或水衰退性能；3、制动时汽车的方向稳定性，即制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。
通常，汽车在制动过程中存在着两种阻力：一种阻力是制动器摩擦片与制动鼓或制动盘之间产生的摩擦阻力，这种阻力称为制动系统的阻力，由于它提供制动时的制动力，因此也称为制动系制动力；另一种阻力是轮胎与道路表面之间产生的摩擦阻力，也称为轮胎——道路附着力。
2024年现代汽车安全制动性技术
2024年现代汽车安全制动性技术
现代汽车安全制动技术是指在汽车制动系统中应用的各种技术，旨在提升汽车的制动效果和安全性。
以下是一些可能在2024年现代汽车中使用的安全制动技术：
1. ABS（防抱死制动系统）：ABS系统允许在紧急制动时保持车轮转动，并避免轮胎的抱死现象，从而保持车辆的稳定性和驾驶员的控制能力。
2. EBD（电子制动力分配系统）：EBD系统根据车辆的载荷情况和驾驶条件，自动调整前后轮的制动力分配，以提供最佳的制动效果。
3. TCS（牵引力控制系统）：TCS系统通过监测车辆轮胎与道路的摩擦情况，自动调节发动机输出功率和制动力，以避免车轮打滑并提供更好的牵引力。
4. ESC（电子稳定控制系统）：ESC系统通过感知车辆的转向角度、横向加速度和车轮速度等参数，自动调节车辆的制动力和发动机输出功率，以防止车辆的侧滑或甩尾，并提供更好的操控稳定性。
5. AEB（自动紧急制动系统）：AEB系统通过使用雷达、摄像头等感知设备，自动监测前方障碍物，并在驾驶员未能采取行动时，自动应用制动力以避免碰撞或减少碰撞的严重程度。
以上这些技术是现代汽车中常见的安全制动技术，未来在2024年的现代汽车中可能会进一步发展和改进，以提升汽车的整体安全性能。
现代汽车技术-安全性ABS-TCS-ESP
ABS 系统刹住打滑车轮，把牵引力转移到另一 牵引轮，会很快使车辆脱离困境。
➢在左、右车轮与地面的摩擦系数不一样时，车 辆不会侧滑。如果不希望 TCS 起作用时，可 以按下“TRAC OFF”按钮，这时“TRAC OFF”灯会启亮，TCS失去作用，汽车会和未 装备 TCS 的普通车辆一样行驶。
什么是牵引力控制系统（TCS）
➢能防止车轮打滑，在车辆启动与加速时，
保证良好的牵引性能，同时照顾车辆的 稳定性和操控性。
➢轮速传感器不断监视着每个车轮。如果
某个车轮表现出打滑的趋势，TCS 会调 整驱动扭矩并且迅速干预制动系统和发 动机的运行。车辆因此能够安全地启动 或加速。
汽车驱动防滑转系统（Anti Slip Regulation，或Acceleration Slip Regulation，简称ASR）的作用是防止汽车在起步、加速和滑 溜路面上行驶时驱动轮滑转，特别是要防止汽车在非对称路面（两 侧车轮路面不一致）或在转弯时驱动轮的滑转，以保持汽车的方向 稳定性、操纵性，并维持最佳驱动力。例如，驾驶员正在转换车道 并加速超车时，如果驱动轮滑转，则汽车根本不按驾驶员的意愿更 换车道，而留在原车道上并可能撞到前面的汽车上（图3）。又例如， 汽车在转弯时，如果驱动力超过附着力，则汽车可能不转弯而滑出 路面。
TCS的工作原理
➢当汽车的电脑通过传感器检测到牵引轮（在此
为前轮）空转（既打滑）时，它会发出如下指 令来降低该车轮的牵引力：
✓ 1、滞后发动机的点火正时。 ✓ 2、增加空燃比，使混合气变稀。 ✓ 3、关闭三个喷油器（六缸发动机）。 ✓ 4、使自动变速器上升一个档位。 ✓ 5、如果以上措施仍不能制止车轮打滑，汽车电脑
现代汽车安全系统解析：ABS、ESP、气囊的作用与维护
现代汽车安全系统解析：ABS、ESP、气囊的作用与维护随着科技的不断进步，汽车安全系统在保护驾乘人员的生命和财产方面发挥着越来越重要的作用。
在今天的汽车上，一些常见的安全系统包括ABS（防抱死制动系统）、ESP（车辆稳定控制系统）以及气囊系统。
本文将详细介绍这些安全系统的作用和维护技巧。
一、ABS（防抱死制动系统）1. 作用：ABS是一种能够防止汽车制动时车轮出现抱死现象的系统。
当车辆急刹车时，ABS能够自动调节制动压力，防止车轮抱死，保持车辆的稳定性，并确保驾驶员仍能保持对车辆的控制。
2. 原理：ABS系统通过传感器实时监测车轮的转速，一旦检测到某个车轮即将抱死，系统会自动调节制动压力，使车轮保持在最佳制动状态。
3. 维护：保持ABS系统的正常工作对于驾驶安全至关重要。
驾驶员应该定期检查ABS系统的工作状态，如果发现警告灯亮起，应及时前往专业维修站点进行检修。
二、ESP（车辆稳定控制系统）1. 作用：ESP系统是一种能够帮助驾驶员控制车辆在紧急情况下保持稳定的系统。
当车辆发生打滑、偏离轨道或失控等情况时，ESP能够自动调节制动力和引擎动力，帮助车辆保持在稳定的状态。
2. 原理：ESP系统通过传感器实时监测车辆的姿态参数，如转向角度、侧倾角等。
一旦检测到车辆姿态异常，系统会自动调整制动力和引擎功率，使车辆重新回到正常的行驶轨迹。
3. 维护：驾驶员应定期检查ESP系统的工作状态，及时修复系统故障。
此外，在潮湿、雨雪等恶劣天气条件下，驾驶员应减速行驶，以提高ESP系统的工作效果。
三、气囊系统1. 作用：气囊系统是一种主动安全装置，能够在车辆碰撞时迅速充气，为驾驶员和乘客提供额外的保护。
气囊能够有效减轻碰撞对人体的冲击力，降低头部、胸部和腹部受伤的风险。
2. 原理：气囊系统通过车辆碰撞时的冲击传感器感知车辆的撞击，然后迅速充气，为驾驶员和乘客提供保护，减少其身体受伤的风险。
3. 维护：气囊系统的维护主要包括定期检查和更换密封胶圈。
现代汽车新技术
现代汽车新技术————制动防抱死系统防抱死制动控制系统（ABS）是在传统制动系统的基础上采用智能控制技术，在制动时自动调节制动力防止车轮抱死，充分利用道路附着力，提高制动方向稳定性和操纵稳定性，从而获得最大制动力且缩短制动距离，尽可能地避免交通事故发生的机电一体化安全装置。
ABS既有普通制动系统的制动功能，又能防止车轮锁死，使汽车在制动状态下仍能转向，保证汽车的制动方向稳定性，防止产生侧滑和跑偏，以获得最好的制动效果。
现代汽车上大量安装防抱死制动系统，ABS既有普通制动系统的制动功能，又能防止车轮锁死，使汽车在制动状态下仍能转向，保证汽车的制动方向稳定性，防止产生侧滑和跑偏，是目前汽车上最先进、制动效果最佳的制动装置。
普通制动系统在湿滑路面上制动，或在紧急制动的时候，车轮容易因制动力超过轮胎与地面的摩擦力而安全抱死。
汽车防抱死制动系统是指汽车在制动过程中能实时判定车轮的滑动率，自动调节作用在车轮上的制动力矩，防止车轮抱死。
从而获得最佳制动效能的电子装置。
它能把车轮的滑动率控制在一定的范围之内，充分地利用轮胎与路面之间的附着力，有效地缩短制动距离，显著地提高车辆制动时的可操纵性和稳定性，从而避免了车轮抱死时易出现的各种交通事故。
随着制动强度的增加，车轮滚动成分越来越少，而滑动成分越来越多，一般用滑动率S 来说明制动过程中滑动成分的多少。
滑动率越大，滑动成分越少。
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。
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。
汽车防抱死制动系统（ABS）能提高汽车在低附着系数或变附着系数路面条件下的制动性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
现代控制理论在汽车防抱死系统中的应用
近十多年来，由于计算机的发展和高质量控制的需要，现代控制理论得到了很大发展。
不仅成功地应用于航天、航空、航海等领域,而且在各工业部门和汽车行业中也得到了广泛的应用。
现代控制理论已成为现代汽车设计中的一种必不可少的方法。
汽车防抱制动系统是一个典型的最优控制系统设计问题,本文将着重讨论它的状态变量的选择,状态方程的建立和性能指标的确定等与实际系统有关的问题,对于最优控制规律的计算和系统的设计,将直接引用现代控制理论的庞特里亚金极小值原理推出的黎卡提(iRc-cati) 方程求解。
1、汽车防抱制动系统的原理
汽车防抱制动系统(简称AB)S实质上是一种制动自动调节装置。
这种装置使汽车制动系统的结构发生了质的变化,它不仅能充分发挥制动器的制动性能,提高制动减速度和缩短制动距离,而且能有效地提高汽车制动时的方向稳定性,大大改善汽车的行驶安全性。
汽车在制动过程中,车轮未抱死前,路面制动力始终等于制动器制动力,此时制动器制动力全部转化为路面制动力;车轮抱死后制动力等于路面附着力,不再随制动器制动力的增大而增大。
我们知道,路面附着力
Fφ=Z×Φ
式中Z--路面对轮胎的法向反作用力
Φ--附着系数
理论和试验研究表明,附着系数与轮胎滑移率S的变化关系可
用图1所示的曲线来表示。
从图中可以看出,在S为20%左右时,轮胎纵向附着系数达到最大值,在纯滚动时侧向附着系数最大; 而在车轮抱死时,侧向附着系数迅速下降到零,纵向附着系数也有所降低。
因此,车轮若在汽车制动时完全抱死,不但纵向附着力下降而达不到最佳制动效能,而且还会丧失转向和抵抗侧向力的作用,造成制动时方向稳定.ABS系统的作用就是能自动调节制动器的制动力,使车轮滑移率保持在2 0%左右以充分利用峰值附着系数,提高汽车的制动效能和制动时的方向稳定性。
ABS系统主要由传感器、电子控制器和压力调节阀等三部分组成(图2),各部分作用原理如下:
(1)车轮转速传感器,其作用是输出电压脉冲,送入控制器后处理成为车轮角减速度信息;
(2)自动压力调节器,依靠控制器送来的信息控制电阀动作,从而调节制动力的强弱,使车轮的滑移率接近于最值;
(3)电子控制器,实质上是一种微型计算机,工作时它不断地从传感器里追踪轮速信息,通过计算和比较来检查不正常的轮速条件,据此做出电磁阀需要操作的决定,以调节制动压力阻止制动器抱死或使其解除控制。
2、汽车防抱制动系统的控制方法
目前ABS系统常采用以下三种控制方式:逻辑门限值控制(或称双位控制)、最优控制及滑动变结构控制。
2.1逻辑门限值控制方式
这是一种常见的控制方法,它采用加、减速度门限控制,并附加一些辅助门限,并不涉及具体系统的数学模型。
这对控制系统的非线性控制,是一种有效的控制方法。
但系统的控制逻辑比较复杂,波动较大。
在设计ABS的自动调节系统时,比较量的选择极为重要,也就是
根据什么参数将车轮滑移率控制在20%左右。
直接以滑移率作为比较量的ABS系统是一个时变调节系统,其处理难度较大,不适于工程
应用。
一般多采用以车轮角速度作为比较量的调节系统。
在这种系统中,有时也辅以滑移率作为比较量来进行共同控制。
车轮的角速度变化(角加速度或角减速度)对制动力矩附着系数和滑移率
的变化有强烈的敏感性。
试验也表明, 在制动过程中车轮抱死总是出现在相当大的d o/d t的时刻,因此预选一个角减速度门限值,当实测
的角减速度超过此门限值时,控制器发出指令,开始释放制动压力,
使车轮得以加速旋转;再预选一个角加速度门限值,当车轮的角加速
度达到此限值时,控制器又发出指令,使制动力开始增大,车轮作减
速运动。
所以可用一个车轮角速度传感器作为单信号输人,同时在电子控制器中设置合理的加、减角速度门限值,就可实现防抱制动的循环。
2.2 滑动模态变结构控制方式
滑动模态变结构控制系统是以经典的数学控制理论为基础的一
种控制。
这种控制能增强系统的不确定性,增强控制器抗外部干扰的能力,它具有很强的内在自适应性。
滑动变结构控制属于特殊的非线性控制系统,其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,使系统在滑移曲线很小的邻域按滑移换节曲线滑动。
系统由受控对象和一个变结构控制器组成。
控制器中含有一个逻辑环节,它操纵控制器结构变更,进人滑移换节曲线后,就与系统的结构及扰动无关。
3、现代控制理论在汽车防抱死系统中的应用
逻辑门限值控制方法虽然是一种常用方法,但它的控制逻辑比较复杂,波动较大,而且控制系统中的各种门限保压时间都是一些经验数据,没有充分的理论根据,对系统稳定性品质无法评价。
针对这些缺点,近年来又发展了用最优控制理论的方法来处理ABS系统中的控制问题。
最优控制是基于状态空间法的现代控制理论方法。
它可以根据车辆一路面系统的数学模型,用状态空间的概念,在时间域内研究ABS
系统。
它是一种基于模型的分析型的控制系统,它根据防抱系统的各项控制要求,按最优化原理求得控制系统的最优控制指标。
我们知道,现代控制理论应用得成功与否,关键在于数学模型是否准确。
为此必须首先研究用状态变量表示的防抱系统的数学模型。
为了便于分析,首先作如下假设:
(1)车轮承受的载荷为常数;
(2)不计空气阻力和滚动阻力;
(3)附着系数。
随滑移率S变化的规律由图4所示的两条直线所组成,其数学表达式为
汽车在制动过程中,单个车轮的受力情况如图5所示。
根据理论力学的知识和以上假设可写出车轮作平面运动的运动微分方程式:
MV′=F t+F v=-Z×φ（S）
Jω′=RF t-M f-M b=-M b+ Z×φ（S）R
式中 M—分配到车轮上的汽车质量
J—车轮的转动惯量
V—车辆的速度ω—车轮的角速度 Mf—路面对车轮的滚动阻力矩Mb—制动器制动力矩 Zφ(S)—路面对车轮的水平作用力 Z—车轮
的法向反作用力φ(S)—附着系数，它是
一般地 , 可把制动力矩表示为如下的时间函数：
根据现代控制理论的要求 , 除需要选取车轮角加速度。
和角加速度山为状态变量外 , 为了产生闭环控制系
统 , 还应把附着系数。
和滑移率 S 关系曲线峰值处的
车轮速度 V . 作为系统的期望值输出。
显然它在制动过程中是随时间变化的 , 因而需要设计跟踪系统 , 使系统实际输出的是跟踪期望输出值 , 于是可将跟踪输出器设计成二阶积分的形式 , 即
在研究中为了便于与车辆速度 V 和峰值车轮速度 V ’相比较 , 将车轮角速度和角加速度两个状态变量用车轮速度 V 一。
R 和加速度v一证来代替 , 作为系统的状态变量 , 则可得
写成矩阵形式：
由此可得到汽车防抱制动系统状态方程的规范表达式：
用现代控制理论的方法设计 A B S 装置 , 实质上就是设计一个最优控制系统 , 使其在防抱的全过程中能预报出一种控制函数 , 使防抱系统在防抱过程中以最优的方式工作 , 使预先设定的目标函数达到最小值。
为了使液压或气压控制系统消耗的能量最小 , 并使实际输出与期望输出的误差最小 , 我们选择具有二次型的目标函数 , 即
对于这种线性状态方程的系统 , 其性能指标为状态变
量和控制变量的二次型函数的最优控制问题 , 称为线性自动调节问题。
其系统结构可用图 6 所示的方框图来表示。
由最优控制理论不难求出该系统的最优控制规律：
式中称为反馈控制的线性反馈系数 , L 则可由黎卡提 ( i R c a t i ) 方程来求得
4、结束语
A B S 是一种简单实用的系统 , 其质量和功能在不断完善。
A B S 系统终将成为国际、国内各种车辆所必须安装的设备 , 因此 A B S 系统的研究势在必行。
本文所介绍的三种控制方法中 ,逻辑门限值法的控制逻辑比较复
杂 , 波动较大 ,但系统的非线性控制很有效 ; 滑动模态变结构法具有很强的内在自适应性 , 但滑动运动在换节线附近切换时叠加有一个抖动 ; 最优控制法在
理论上很成熟 , 它将车轮的角速度和角加速度作
为状态变量对系统进行优化控制 , 能达到很好的防抱制动效果 , 但它要求建立较高质量的数学模型。
因此在具体设计时应根据实际情况进行选择。