汽车防抱死控制系统

图3-69 ABS的基本组成
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2.电子控制器(ECU)
ECU接收车轮速度传感器以及其他传感器的信号,经过 计算分析,按照特定的控制逻辑控制各个电路、压力调节 装置以及其他装置,达到ABS所预定的目标。同时ECU还 随时检测整个制动系统工作是否正常,以免由于系统故障
在后桥,两轮制动压力同时调节,并且趋于抱死的车轮首先
发出信号。ECU通过电磁阀给两后轮调节出相等的制动力,于 是便可能相应地受到更大的横向力的作用。
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(1)常规制动 在常规制动阶段,ABS并不介入制动压力控制,调压电磁阀总成中的各进
液电磁阀均不通电而处于开启状态。各出液电磁阀均不通电而处于关闭状态
(4)制动压力增大
随着右前制动轮缸制动压力的减小,右前轮会逐渐加速并完全消除抱死 趋势,此时电控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,如图3-82d所示。
此,安装ABS具有可观的经济效益。
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4.减轻驾驶人紧张情绪
安装ABS的汽车进行制动时,当驾驶人用脚踩踏制动踏板 时,ABS会代替驾驶人自动进入最佳制动状态,驾驶人可以比较 放心地操纵转向盘。习惯驾驶装有ABS汽车的驾驶人,如果驾 驶未安装ABS的汽车进行制动时,尤其是在湿滑和冰雪路面上
ABS通过控制制动压力循环往复地经历保持—减小—增大的过程,将车
轮滑移率控制在峰值附近范围内,直至汽车速度减小到很低或者制动主缸的 输出压力不再使车轮趋于抱死时为止。
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进入主缸 的流量Q 油缸增压 规律
Q cd A
dp K dt
2 ps - p
第一节 概述
汽车防抱死制动系统（Anti-Lock Braking System）是指汽
车在制动过程中能实时判定车轮的滑移率，自动调节作用在
车轮上的制动力矩，防止车轮抱死并取得最佳制动效能的电
子装置。 紧急制动使，易出现侧滑、跑偏等非稳定因素，电控防 抱死制动系统可提高车辆制动时的可操纵性，避免车轮抱死 时易出现的交通事故，使制动器的综合效能发挥到最佳。
主缸油液 释放量Qr 油缸降压 规律

Qr -cd Ar
2

p - pr
ps - p
dp -Kr dt
p - pr
简化系统，如下图，将压力变化率线性化得：
dp uk0 dt
1, 增压 u -1， 减压 0， 保压
式中k0为液压控制阀线性化系数。
,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连通状态。 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,如图4-4a所示。
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(2)制动压力保持
图 ABS增加汽车制动时的方向稳定性和转向能力示意图
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3.减缓和改善轮胎磨损 车轮抱死会造成轮胎的杯形磨损以及轮胎面的不均匀磨 损,使轮胎磨损消耗费用增加。经测定,汽车在紧急制动时,车
轮抱死所造成的轮胎累积磨损费,已超过一套ABS的造价。因
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一、车轮制动状态数学模型
车辆可简化为下图单轮车辆系统力学模型：
可得车轮和整车运
图4-3
动微分方程：
J rd Fb Tb T f mv Fb Fw
式中，Tf为车轮滚动阻力矩；Tb为制动力矩；m为汽车质量；v 为制 动时的负加速度；Fw为车体受到的迎风阻力；J为车轮转动惯量。
ECU的硬件由轮速传感器的输入整形电路、CPU单片机电 路、输出电路、检测电路等构成。轮速传感器的输入整形电
路接收安装在各车轮上的轮速传感器发出的轮速输出交流信
号,经放大成矩形波并整形后送往计算电路。ABS在接通电源 (点火开关处于“ON”的位置)时或者汽车开始行使达到一定 的车速时,ECU将对部件进行检测,正常行驶时也有监视功能。 当系统发生故障时,首先停止ABS工作,恢复常规的制动状态,
发生失去控制的情况。ABS的控制目标为制动距离、转
向操纵能力和方向稳定性,同时可以获得最大的路面附着 系数。ABS的控制对象为制动器制动压力。
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ABS ECU的内部电路框图如图所示。
ABS ECU的内部电路框图
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断能力,当检测到系统内部存在故障时,它会自动记录,并点亮
故障警告灯。ABS电控系统以故障码的形式记录故障,维修人 员可以根据故障码进行诊断及修理。
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第二节轮胎与路面之间的相互关系
ABS的理论基础是轮胎与路面之间的相互关系。该相互作用
将发动机传至车轮的驱动力矩转变为推动汽车前进的驱动力。
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二、驱动机构的数学模型
图4-4
制动回路主要由制动踏板、制动主缸、液压控制阀及速度传感器等组成。 根据液压控制阀的位置可分为增压、减压、保压过程。
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在汽车制动时,ABS速度传感器不断地向ECU传递速度信 息。如果某车轮有抱死的危险,压力变动量就从ECU传至液压 单元,液压单元里每个前轮的制动压力都单独地通过电磁阀接 收的压力变动量进行调节。
在制动过程中,如判定右前轮趋于抱死,右前出液电磁阀和右
前进液电磁阀均未通电仍处于关闭状态。右前制动轮缸中的制 动液也不会流出,右前制动轮缸的制动压力就保持一定,而其他未 趋于抱死车轮的制动压力仍会随制动主缸输出压力的增大而增 大,如图4-4b所示。
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间能传递最佳制动力,而ABS就在这个范围内工作。
此外,随着制动力升高,转向性会下降。在ABS工作范围内紧急制动时,车 辆的转向性也足以绕过某一障碍物,使制动过程中的转向安全性得到保证。
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第三节单轮车辆系统的数学模型
ABS的结构组成
现代ABS尽管采用的控制方式、方法以及结构形式各不相同,但基本上 都是由常规制动系统、传感器系统、执行器系统及电子控制系统组成的, 如图3-69所示。
使仪表板上的ABS警告灯亮,提示整个系统处于故障状态。
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ABS的控制软件一般由防抱死控制和安全检查保证两部
分组成,主循环是相隔一定时间就循环一次,其功能主要是对
各模块和子程序进行初始化,对控制标志进行重新设置,对地 址和参数进行确认。软件的工作是计算轮速、轮减速度、 参考车速、滑移率、路面附着系数,然后对制动系统进行合 理的控制。
2.增加汽车制动时的方向稳定性和转向能力
如果未安装ABS,汽车前轮抱死时,驾驶人无法控制汽车的行驶方向,特别是在 转弯处制动时,汽车容易驶出路外,非常危险。若汽车的后轮抱死,则由于横向附着 系数会降低至接近于零,导致路面抵抗汽车后部侧滑的能力几乎完全丧失,从而出 现汽车后部侧滑、甩尾,甚至使汽车整个掉头等危险情况。而安装ABS后,滑移率 能够被控制在20%左右,车轮不会发生抱死,横向附着系数较大,前轮可以转动,控制 汽车的行驶方向,后轮也不会发生侧滑,如下图所示。
式Fb ≤ μmaxmg，制动时最大减速度满足条件a ≤ μmaxg（a>0）。
车轮角速度极限条件为 ωrd -a ，超过此条件可能出现抱死倾 向。
(3)制动压力减小 在右前制动轮缸的制动压力保持一定时,电控装置判定右前
轮仍然趋于抱死,便使右前出液电磁阀通电而转入开启状态,右前
制动轮缸中的部分制动液就会经过处于开启状态的出液电磁阀 流回储液器,使右前制动轮缸的制动压力迅速减小,右前轮的抱死 趋势将开始消除,如图4-4c所示。
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λ=0、 λ =-100%和 λ =100%分别对应车轮自由滚动、车轮纯空转和车
轮完全抱死状态。
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车轮滑移率与纵横向附着系数之间的关系曲线如下图：
制动后,车轮速度及其圆周速度下降,若车轮圆周速度低于车辆本身的速 度,则它们两者之差与车辆本身速度之比称为滑移率,滑移率在8%~35%之
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ABS的功用：
ABS在汽车制动过程中,自动调节车轮的制动力,
防止车轮抱死,提高方向稳定性,增强转向控制能力,
缩短制动距离,从而获得最佳制动性能,减少交通事故。
其主要作用表现为以下几个方面。
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紧急制动时,会出现强烈的不安全感,特别是缺乏驾驶经验的
驾驶人,会产生一种紧张情绪。
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5.使用维修方便且工作可靠
ABS的使用与普通制动系统的使用几乎没有区别。制动 时只要把脚放在制动踏板上用力踩住即可,ABS会自动进入工 作状态,如遇雨雪路滑,驾驶人也无须以“点制动”方式进行 制动,ABS会将汽车的制动状态保持在最佳点。ABS具有自诊
将实际车速用动力滚动半径rd表示，则车辆自由滚动时的 有效角速ωe为： ve e rd 则有：
e W W e W e
驱动， 0 制动， 0
式中，λ在[-100%，+100%]范围内变化。
λ∈ [-100%，0%）时，轮速>车速，对应λ值为滑转率； λ∈（0% ，100%]时，轮速<车速，对应λ值为滑移率；
制动时，将作用在车轮上的制动力矩转变为制动力；
弯道行驶时，由于地面对轮胎的侧向作用力，使车辆改变
运动方向。
车辆单轮模型受力图
ABS的三维模型
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路面所能提供的附着力（最大纵向、侧向作用力）与附
着系数有关，附着系数μ定义为路面附着力Ft与作用在车轮上 的垂直负荷FN之比：
Ft FN
μ与轮胎结构、材料、气压及路面特性等因素有关。
根据汽车行驶方向可将附着系数分为纵向附着系数μb和侧 向附着系数μs。制动时，作用在车轮上的纵向制动力和侧向 制动力分别为：
Fb b FN FS S FN
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附着系数还与车轮的滑移/滑转率有关。车轮的滑移/滑转 率定义：
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第四章 汽车防抱死制动系统
第一节 概述 第二节 轮胎与路面之间的相互关系 第三节 单轮车辆系统的数学模型 第四节 ABS逻辑控制算法 第五节 ABS的整车控制 第六节 ABS与主要部件
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第四节 ABS逻辑控制算法
一、简单逻辑控制算法
逻辑算法原理：路面附着系数在[0，1]范围内变化，路面 附着系数越大，制动时产生的制动力越大，该制动力对车轮轴
线的力矩即驱动车轮不被抱死的反驱动力矩。
在一般路面附着条件下，作用在车轮的总制动力满足不等
v e -vW vW v e -vW ve 驱动， 0 制动， 0
式中，ve为实际车速，ve=ωWre。其中，re为车轮有效滚动半径定义如
下图；ωW为车轮转动角速度；vW为车轮切向速度。
图4-1
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