（交通信息工程及控制专业论文）汽车ABS试验台数据采集与处理系统研究.pdf

摘要 目前大部分汽车都安装了a b s ( a n t i - l o c kb r a k i n gs y s t e m ) 装置，该装置可以保持 汽车在制动过程中的方向性和操纵性。从交通安全角度出发，必须要对在用车辆的a b s 工作性能进行定期检测。本论文根据汽车a b s 试验台的工作原理，设计了配套的数据采 集与处理系统。该系统通过分析处理各种传感器传送来的现场轮速、车速等信号、绘制 车速曲线，评价汽车a b s 的工作性能。同时系统中还设计了对常规制动力、车速表校验、 轴重检测等数据采集与处理功能。 本论文针对我国汽车a b s 无法在试验台上进行整车检测的问题，探讨开发a b s 试验 台数据采集与处理系统的必要性。重点阐述了a b s 试验台数据采集系统的软、硬件设计 以及滤波策略选取过程。由于工业现场的强电磁干扰、传输信号含有多种频率干扰成份， 为了去除这些干扰，根据轮速、车速信号的频率特性以及滤波指标要求，在m a t l a b 环 境下设计了i i r 滤波器，并将该滤波器应用于轮速数据的采集试验，得到了满意的效果。 设计中还将小波分析技术运用于a b s 检测数据采集过程，使用强制去噪和阈值去噪降低 信号的白噪声。论文还深入研究了a b s 试验台扭矩控制问题，在m a t l a b 下设计改进p i d 控制和模糊控制策略，实现了精确快速的扭矩控制。最后，结合a b s 试验台实车试验的 数据，详细探讨了几种数据拟合技术，并对其拟合效果进行对比分析，结果表明使用分 段的贝塞尔和b 样条拟合后，数据的准确度和可靠性大大提高。 关键词：a b s ( a n t i l o c kb r a k i n gs y s t e m ) ；试验台检测；采集系统；数字滤波； 数据拟合； a b s t r a c t n o w a d a y s ，m o s tc a r sa r ee q u i p p e dw i t hd i v e r s ef o r m so fa n t i l o c kb r a k i n gs y s t e m ( a b s ) t h ei d e ab e h i n da b s i st h a ty o uc a nm a i n t a i nc o n t r o lo fy o u rv e h i c l eb ya v o i d i n g w h e e l sl o c k i n gu p ad a t aa c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n gs y s t e mi sd e s i g n e db a s e do nab e n c h a f t e rf i n a la s s e m b l yt e s tb yo u rt e a m t h i st e s tb e n c hi sa b l et oc o l l e c tw h e e ls p e e d ，c a r w h o l es p e e ds i g n a l s ，w h i c ht r a n s f e r r e db yv a r i e t i e so fs e n s o r s ，d r a wc u r v ea n de v a l u a t e p e r f o r m a n c eo fa b sa f t e rs o m es p e c i a ld a t ad i s p o s a l t h i ss y s t e ma l s oi n v o l v et h e c o n v e n t i o n a lb r a k i n gt e s t ，s p e e dm e t e rt e s t ，a x l e sw e i g h tt e s ta sw e l l d u et ot h ef a c tt h a tc a r sw i t ha b sc a n tb ea s s e m b l e y t e s t ，w es e tu pa l le x p e r i m e n t a l b e n c hf o rt h i sp u r p o s e f i r s t l y ，t h i st h e s i sd e p i c t st h es t r u c t u r e ，w o r k i n gp r i n c i p l e sa n dr o u t i n e t e s t i n gm e t h o d so fa b s a n da l s og i v e sat h o r o u g hd e s c r i p t i o na b o u tt h es o f t w a r ea n d h a r d w a r ed e s i g n i n g p r o c e s s b e c a u s eo fv a r i e t i e sk i n d so fm u l t i 一仃e q u e n c i e sj a m m i n gn o i s e s i g n a l si nt h es e n s o r s s i g n a l s ，t h em e a s u r e so ff i l t e r i n ga r en e e d e dt ob ed e s i g n e dt og e tr i do f t h e s eu n n e c e s s a r yn o i s e s i no r d e rt oa c h i e v ef u n c t i o n ，i i rl o w - p a s sf i l t e rw i t hc e r t a i n p a r a m e t e r si sd e s i g n e du n d e rm a t l a b m o r e o v e r , d a t aa c c u r a c ya n dr e l i a b i l i t i e so fw h e e l s s p e e da r ea n a l y z e dt h r o u g hw a v l e ta n a l y s i s t h es e c o n dp a r ti sa n a l y z i n ga b o u tt h es t r a t e g i e s f o rq u i c kt o r q u ec o n t r o ls y s t e mu n d e r m a t l a b ，i n c l u d i n g p i da n df u z z yc o n t r o la n ds o o n i nt h et h i r dp a r tt h er e s u l t so fb e z i e ra n db s p l i n e sm e t h o d s a r ec o m p a r e d t h e yr e d u c e s n o i s ej a m m i n gr a t i ow h i c hm i x x di nu s e f u ls i g n a l sa n de n h a n c e ss i g n a l s q u a l i t i e s ，m a k i n g t h ec u r v e ss m o o t h e r k e yw o r d s ：a n t i l o c kb r a k i n gs y s t e m ；a b sr o l l e rb e n c h ；d a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m ； d i g i t a lf i l t e r ；d a t as y n t h e s i z i n g ； 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：徐婧二。刃年6b1 2 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 年月f 1 日 年否月t 日 卯 7 d c 川 叫 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题背景 随着汽车工业的发展，制动技术也在不断进步。然而，由于高速公路网的延伸和车 辆速度的提高，人们对汽车制动系统提出了更高的要求。尤其是制动稳定性和转向性已 成为人们关注的焦点。根据美国高速公路交通安全局交通事故调查中指出，4 3 4 的恶 性交通事故是由汽车自身的缺陷造成的。尤其在对印第安纳州的调查中发现，在汽车自 身缺陷中，刹车制动性的问题占到将近一半n 1 。在发生人身伤亡的交通事故中，在潮湿 路面上约有1 3 与侧滑有关。这种现象j 下是装有普通制动器的汽车常常遇到的，汽车在 紧急制动时，四个车轮完全抱死，这时汽车只要在轻微侧向力作用下，就会发生侧滑， 汽车急剧摆动，甚至完全调头。而更加危险的是，当汽车行驶在弯道上时，由于前轮抱 死，汽车将丧失转向能力，这时转动方向盘虽然也能带动前轮转向，但由于车轮缺乏附 着使汽车无法转向，而是沿着惯性方向前湍动直至停止乜3 。 现代汽车技术的发展趋势之一就是更加强调驾驶员的操纵方便和安全性。汽车防抱 死制动系统a b s ( a n t i l o c kb r a k i n gs y s t e m ) 正是为了迎合这种需求而孕育产生。a b s 系统的引入使制动过程中车轮处于非抱死状态，这样不仅可以防止制动过程中因后轮抱 死而导致的车辆侧滑和甩尾，而且可以大大提高制动过程中的方向稳定性。系统控制的 目标就是把车轮滑移率限制在对应最大路面附着系数的滑移率范围之内，从而使车辆获 得最大地面制动力，并具有较好的横向稳定性h 钔。 美国国家高速公路交通安全委员会( n h t s a ) 曾进行过一项试验表明，在除了砂砾路 面以外的所有路面上，a b s 的制动距离均短于或等于不装a b s 的汽车制动距离。安装a b s 显著改善了汽车的制动性，交通事故也因此有所下降。根据n h t s a 的交通事故统计分析 表明：装有a b s 的汽车翻车事故减少3 0 4 0 ；在干燥的公路上，能减少大约2 4 的车 祸。在潮湿的水泥路面上可使制动距离缩短2 5 ，在湿沥青路面上至少缩短5 0 啼。世 界发达国家己把该装置列为必备装置，不少国家将它列为选用装置。近年来a b s 系统正 迅速普及，生产a b s 的最大厂商t t t 公司曾经预计，到2 1 世纪初，a b s 可能成为每一 辆汽车上的标准装置。因此，对a b s 的性能检测技术进行深入研究就显得十分的必要， 只有确保该装置在装车后正常工作，才能有效的减少交通事故的发生，顺利应用到我国 汽车行业中。 第一章绪 论 1 1 1 国内夕b a b s 的研究状况 a b s 是一个典型的机，电，液一体化的装置，在它的闭环控制回路中，电信号，液 压信号和机械力信号之间相互转换，相互作用。有关汽车a b s 的历史可以追溯到1 9 3 0 年嘲。1 9 3 6 年，德国b o s c h 公司第一个获得利用电磁式车轮转速传感器获取车轮转速的 制动防抱死系统专利权。1 9 4 7 年，b o e n i n g 公司设计了第一个飞机防抱死机械系统；真 正的为地面交通工具设计的防抱死系统出现在1 9 6 0 年后期，但是价格非常的昂贵h 吲。 1 9 7 0 年，随着电子技术的发展，数字电子技术和大规模集成电路的迅速发展，又使防 抱死系统进入实用化发展阶段。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 2 s 型防抱死制动系统，并装备在奔驰轿车上，由此揭开了现代制动防抱死控制 系统发展的序幕。目前，美，日，欧洲和澳洲的微车都将a b s 作为必装件。a b s 防抱死 系统的实际装车率至2 0 0 0 年北美达到8 0 ，欧洲，日本达到5 5 ，韩国和巴西分别达到 4 0 和2 5 钉。 a b s 在国外从2 0 世纪8 0 年代开始得到广泛的应用，9 0 年代初发展到牵引力控制系 统( t r a c t i o nc o n t r o ls y s t e m ，简称t c s ) ，近两年发展到车辆行驶动力学调整系统 ( v e h i c l ed y n a m i cc o n t r o l ，简称v d c ) ，目前已是一种较成熟的技术n 们。近年来，随 着现代控制理论发展迅速，新的控制方法不断涌现，如模糊控制、神经网络等。模糊控 制采用类似于人脑的模糊推理方法，对系统进行动态调控，具有不依赖对象的数学模型、 便于利用人的经验知识、鲁棒性好、简单实用等优点，正好适应了a b s 这种变工况、 非线形系统。目前，由防抱死制动系统和防滑驱动系统a s r 共同组成的防滑控制系统以 及t c s ( 汽车牵引力控制系统) n 1 。1 别，e s p ( 电子稳定性程序) 已经成为汽车电子化发展 的重要方向。 我国对a b s 的研究始于8 0 年代初，现在刚进入产品试制和装车试验阶段。国内研制 a b s 的单位主要有东风汽车公司、重庆宏安a b s 有限公司、陕西兴平5 1 4 厂、长春汽车研 究所、西安公路学院、第二汽车制造厂、交通部重庆公路科研所等单位和部门。尽管不 同公司生产的a b s 系统的类型不同，但它们都有相同的基本组成和工作原理，它们的重 要区别是电子控制单元及控制线路不同“引。国内此项技术发展起步较晚，在软硬件方面 都与国外有一定差距，但大的研究方向是相同的。按照中国汽车行业标准g b l 9 9 9 1 2 6 7 6 汽车制动系统结构，性能和试验方法中4 2 ，2 0 4 ，3 1 3 指出，自2 0 0 4 年1 月1 日 起，部分汽车安装a b s 锘u 动防抱死系统将成为强制标准口4 1 。 2 长安大学硕士学位论文 1 1 2a b s 性能检测的国内外研究现状 安全性能检测是保障汽车安全行驶的重要手段。目前国内外都已在汽车上普遍装用 了a b s ，众多的a b s 其性能参差不齐的，如何检测评价a b s 的性能，已经成为了人们 最关注的问题。目前针对汽车a b s 性能的检测方法主要分为实车道路试验法，分阶段 检测，自我诊断系统，仪表检测法和室内台架制动检测n 引。 在国外，由于计算机技术很成熟，很多专门的公司开发了混合仿真的计算机平台， 如美国n i 公司的p c i 和德国d s p a c e 公司的d s p a c e 等，并且众多软件公司开发的车辆动力 学模型软件，能够模拟不同车辆及道路情况而且越来越精确，如美国机械仿真公司的 c a r s i m 和t r u c k s i m ，以及德国t e s i s 公司的t e s i s 。国外大型的汽车及汽车电子产品公司， 欧宝、奥迪、通用、博世等都利用a b s 硬件的回路仿真( h i l s ) 台架试验方法进行a b se c u 的测试。h i l s 就是在控制器开发出来之后，实际的控制器和用来代替真实环境或设备的 仿真模型一起组成闭环测试系统，难以建立数学仿真模型的部件( 如液压系统) 可以保 留在闭环中，进行整个系统的仿真测试“盯。 国内的许多单位正在积极的进行汽车a b s 澳t 试产品的开发和研究。吉林大学，清华 大学，广东工业大学提出的a b s 硬件仿真试验台，通过建立整车，轮胎，试验道路的数 学模型，将这些模型存储在计算机中，然后通过测试系统的硬件接口连接a b s 的e c u 或者 e c u 和液压调节系统，对a b s 的工作状态进行纯软件仿真或混合仿真。该方法主要是a b s 研制部门对a b s 在出厂前的性能检测，不适合a b s 在装车以后的整车检测n 钉； 目前，日本和德国已经修建了专门的路面试验场进行a b s 车辆的道路试验与性能评 价。但是检测周期长，投入大。目前为止，中国可用于a b s 车辆制动性试验的专用场地 还很少n 引。 室内试验台检测与道路试验法相比的优点就是节省空间，检测结果全面，准确，可 重复性好。与道路测试法相比，消耗的时间也大大缩短，一般只需要3 5 分钟。室内试 验台在美国很少使用，而在欧洲，四轮同时测试的a b s 试验台十分普遍，例如：西门子 公司和l e n z e 公司的试验台，荷兰的n m i 的汽车试验台等。西门子公司的组合汽车检测线 可以进行传统制动和a b s s t 动检测，汽车检测最高时速可达2 0 0 k m h 。在德国r h e i n l a n d 的a b s 检测线动态模拟车辆负载情况下在不同道路上的工况，其原理是用高速飞轮模拟 汽车平动惯量，滚筒模拟车轮与路面的受力情况n 9 - 2 引。 从8 0 年代末，汽车安全性能检测在我国强制执行。据不完全统计，仅是全国交通 运输部门建成并投入运行的汽车综合性能检测站己达1 0 0 0 多个。传统的制动性能试验 3 第一章绪 论 台有反力式滚筒台架测试，平板式试验台架等。但是，因为安装a b s 的车辆与未安装 a b s 的汽车制动过程有很大区别，这些传统的检测线不能对装有a b s 的汽车进行检测。 因为在其检测过程中，汽车运行速度为5 1 0 k m h ，在这么低的速度，汽车a b s 根本不 起作用，测量的参数无法反映实际的制动效果。必须重新开发新的检测台架，满足a b s 性能测试的需要。 如何实现对装有a b s 的车辆制动性能进行室内试验台测试的问题就成为我国安全 和综合性能检测行业以及汽车制造企业急需解决的问题。国外试验台价格昂贵，一般都 在5 0 万欧元，最贵的要1 0 0 万欧元乜们，显然不适合中国的国情。 因此，国内开发出一种价格适中、功能齐全、测试精度较高，并且完全拥有知识产 权的a b s 试验台及其测试分析系统已迫在眉睫。针对以上情况，陕西省科技厅审时度势， 课题组利用我校多年从事a b s 技术研究的成果和大量a b s 产品试验、检验工作的实践经 验，并在吸收国内多 b a b s 试验台技术的基础上，提出了利用扭矩控制器模拟道路附着系 数的测试方法，陕西省科技厅下拨大量资金，对本课题进行重点支持，并将本课题列为 陕西省2 0 0 5 年科技攻关项目。同时本课题组接受成都成保发展有限公司、中原电测仪器 股份有限公司( 陕西汉中) 、西安一运汽车保修机械厂等企业的委托，充分利用我校“载 运工具与运用工程 良好试验以及开发环境，着手汽车a b s 整车性能检测试验台及其试 验分析系统的设计与开发工作。 本课题开发的a b s 不解体性能检测试验台针对实际应用情况，规划出合理的检测流 程，建立一套完整的测试和信息处理系统，全面的检测出安装a b s 的车辆在各种路面上 的制动性能，并进行自动评价。 1 2 本人研究工作 a b s 试验台的研制综合了机械、汽车、计算机、自动化和先进的信息处理技术， 是一个智能化的汽车制动器综合性能的检测试验系统啦羽。该系统能够全面的检测出安装 a b s 的车辆在各种路面上的制动性能，并进行自动评价。本人在这次课题中的任务主 要包括以下几个方面： 1 分析研究了国内外汽车a b s 装置的发展过程，组成结构，工作原理，控制策略，以及 a b s 发展过程中存在的问题，讨论a b s 装置对汽车制动性能的影响。 2 分析总结了目前国内外汽车a b s 性能检测的常规方法，主要研究道路试验法与汽车 a b s 试验台检测之间的关系。 4 长安人学硕士学位论文 3 从原理以及机械结构上详细分析了试验台如何能够完成对装a b s 车辆制动性能的检 测。重点研究如何用扭矩传感器控制滚筒对不同路面的状况进行动态模拟；如何用飞轮 组模拟汽车运行状态的平动惯量。 4 在分析汽车a b s 试验台的待测信号基础上，完成了汽车a b s 试验台数据采集系统的设 计。根据采集信号的特征，确定采集的通道数、采样频率、采样数据总量，采样电路、 接口方式以及计算机软件算法。 5 数据采集可靠性和抗干扰性技术研究。论文针对现场可能出现的噪声，设计了i i r 低通滤波器，将噪声信号与有用信号分开。并在m a t l a b2 0 0 6 r a 环境下进行滤波器设计 和滤波效果的模拟。通过对实际数据的滤波证明：设计的滤波器确实滤除了无用高频的 信号，增强了系统的抗干扰性能。论文还将小波分析技术应用于现场采集的a b s 轮速与 车速数据的处理过程。 6 a b s 试验台扭矩的控制策略研究。在a b s 试验台中，扭矩大小的输出是非常关键的部 件。根据设定电流的大小，通过恰当的控制算法，输出不同的电压，调节交流电机的频 率。论文深入研究了a b s 试验台的扭矩控制策略，包括p i d 算法控制，改进的p i d 控制 算法，以及模糊控制算法等，力求达到满意的控制效果。 7 实验数据拟合方法研究。在a b s 试验台数据采集的开发过程中，做了初步的实车试 验，主要的试验目的就是验证试验台是否可以按照预期的设计工作，通过采集数据研究 发现和改进设计过程中存在的问题。论文通过对各种拟合方法的研究，使得检测得到的 曲线更加精确。 1 3 本章小结 本章介绍了汽车a b s 试验台项目提出的背景，概述了汽车a b s 装置的重要性以及国 内外发展状况。详细分析了汽车a b s 性能检测技术的国内外研究进展，并在此基础上提 出开发室内a b s 试验台以及数据采集系统的必要性。最后，还简要概括了作者即将开展 的工作范围。 5 第二章汽车a b s 的基本原理以及常规测试方法 第二章汽车a b s 的基本原理以及常规测试方法 2 1a b s 的理论基础 2 1 1 汽车制动时的滑移率计算 汽车在制动过程中，汽车在路面上的纵向运动可以分成两种形式一滚动和滑动， 车轮相对于路面的滑动又可以分为滑移和滑转两种形式钔。 汽车在制动过程种，车轮可能会相对于路面发生滑移，滑移成分在车轮纵向运动中 所占的比例可以由滑移率表示，车轮的滑移率可以通过下面的公式确定： a ：v o - - t 0 9 1 0 0 ( 2 1 ) v 0 a ：车轮滑移率： v o ：车轮中心的速度速度，m s ； r ：车轮的自由滚动半径，m ： ：车轮的滚动角速度，r a d s ： 一 、 _ 弋l l ff 1 | i 一 尔j i 1 r f b 乃婚z r ：地面制动摩擦力； g ：汽车作用在车轮上的重力； 耳：汽车作用在车轮轴上的惯性力； r ：车轮半径； e ：地面对车轮的法向支持力； m p ：制动器制动力； 图2 1 汽车行驶的受力情况 汽车行驶在路面上的受力情况如图2 - 1 ，当汽车在路面上自由滚动即纯滚动时，车 轮中心的纵向速度完全由车轮滚动产生，即当，。= r 时，车轮处在纯滚动的状态下，所 以a = 0 ；当车轮被制动到完全抱死在，路面上作纯滑动( 移) 时，即车轮不转动，此时， = 0 ，车轮与路面的滑移率为a = 1 0 0 ，车轮中心的速度完全是由车轮滑动引起的；当 车轮在路面上一边滑动一边滚动时，车轮中心的速度的部分是由车辆滑动产生的，部分 6 长安大学硕士学位论文 是由于车轮滚动产生的，此时，y o r e o ，因此，0 a 1 0 0 。车轮中心速度中，车轮滑 移所占的成分越高，滑移率j a r 数值就越大。 2 1 2 附着力系数与制动效果的关系 车辆行驶在道路上的时候，车轮受到了地面的横向和纵向附着力。典型的汽车轮胎 的附着系数如图2 2 所示删。常见的几种特殊路面模型有：干沥青路面模型、潮湿泥路 模型、积雪路面模型和冰路面模型。将对应这些路面的车轮模型简化为双折线形式，如 图2 2 j l b 。纵向附着系数： 心：横向附着系数 a ：车轮滑移率： b p ：峰值附着系数； 蚝：滑动附着系数 图2 2 典型的附着系数和滑移率曲线 汽车制动时的纵向附着系数。以及横向附着系数。与滑移率a 存在着非常密切 的关系。当车轮自由滚动的时候，a = 0 ，纵向附着系数为零，而横向附着系数最大， 而后随着滑移率增大，纵向的附着系数急剧增大。一般情况下，在滑移率a 1 5 - 2 0 时纵向附着系数达到最大值，称此时的滑移率为a0 p ，与之对应的最大纵向附着系数 称作峰值附着系数，即。如果滑移率继续增加，纵向附着系数将会下降，而横向的 附着系数则会持续下降。当a = 1 0 0 时，纵向附着系数的值被称作滑动附着系数，即玩， 横向附着系数降至零值附近。 从图2 2 附着系数与滑移率的关系，可以得出下面的结论汹1 ： ( 1 ) 滑移率五为1 0 0 时，纵向附着力不大而横向附着力确接近于0 ，这意味汽车将 失去制动稳定性与转向操纵性； ( 2 ) 滑移率在l o n2 5 的范围内时，可以同时得到较大的纵向和横向附着能力， 是安全制动的理想工作区域： 7 第二章汽车a b s 的基本原理以及常规测试方法 ( 3 ) 滑移率从零到最大纵向附着系数对应的滑移率ao p 的范围为稳定区域。这一区 域的滑移率并不能表明轮胎与地面间发生了真正的相对滑动，滑动率大于零的原因是轮 胎的滚动半径由于轮胎胎面在地面制动力的作用下，受到拉伸发生微量的伸长而变大； ( 4 ) 滑移率_ 在ao p 到a = 1 0 0 的范围内为不稳定区域，i 一旦超过 o p 后， 车辆便会很快地进入到车轮抱死( a = 1 0 0 ) 的状态，失去方向控制性和稳定性。 2 1 3 汽车a b $ 的作用 现代汽车a b s 在制动过程中控制装置( e c u ) 以3 - 2 0 次秒的频率控制制动压力调节 器完成“增压保持压力一减压 的制动压力调节循环，实现在汽车制动过程中，使车 轮与路面间滑移率控制在纵向附着系数最大的理想滑移率附近的狭小范围之内，提高汽 车的制动效能和制动时的方向稳定性。 概括起来，a b s 的功能主要有以下的三点鲫： 1 提高制动过程中汽车行驶的方向稳定性； 2 保证驾驶员在汽车制动过程中仍可以控制旋转方向盘，从而避开障碍物； 3 缩短制动距离( 由于制动距离缩短取决于许多因素) ，为了确保行驶方向的稳定性 和控制能力，需要进行压力调节。因此，在碎石，冰雪等松散的路面上制动时，制动的 距离可略有增加。 2 2f i b s 的基本组成与工作过程 2 2 1a b s 的基本组成 汽车a b s 的组成示意图，以及a b s 工作模式与道路附着系数的关系如图2 3 ： 速度 o 51 图2 3a b s 结构示意图以及a b s 作用模式 汽车制动系统随车型的不同而不同，a b s 系统也不例外。现有的a b s 系统也因车而异， 但基本都是由电子控制单元( e c u ) ，a b s 执行单元( 制动压力调节单元和a b s 报警灯) ， 8 长安大学硕士学位论文 车轮轮速传感器组成8 9 1 。 首先，由轮速传感器测出随车轮或驱动轴旋转的传感齿圈的旋转齿数，从而得到与 车轮转速成正比的交流信号。轮速传感器的交流信号被送入电子控制器，由电子控制器 的运算单元计算出车轮速度、滑移率以及车轮的加减度，再由电子控制器中的控制单元 对这些信号加以分析，向压力调节器发出制动压力控制指令。电子控制器对a b s 其他部 件的功能进行监测，当这些部件发生异常时，由指示灯或蜂鸣器向驾驶员报警，使整个 系统停止工作，恢复到常规的制动方式。 轮速传感器乜钉 轮速传感器是a b s 系统的感知器，作用是测出制动车轮的任意时刻的转速，并把轮 速信号送到电子控制器中的运算单元，由磁铁、线圈和电极三部分组成。轮速传感器的 线圈两端产生的感应电压信号即是轮速传感器测得信号，并向电子控制器的运算单元输 出车轮转速原始信号。 电子控制单元( e l e c t r o n i cc o n t r o lu n it ，简称e c u ) 电子控制单元简称e c u ，是汽车防抱死系统的控制中心。它是一台计算机，主要由 两个微型处理器和电路组成，封装在金属壳体中，形成一个独立的整体单元。电子控制 单元通过线束传感器和执行机构相连，e c u 的结构图如图2 4 。 当a b s 系统起作用时，电子控制单元检测并控制制动系统的工作状况，最o e c u 具有对 制动系统进行“监测”和“控制”两方面的作用。e c u 的工作流程如图2 5 。 ( 1 ) 系统对汽车a b s 防抱死系统的控制 对制动系统进行防抱死制动控制是电子控制单元的主要功能。e c u 接收各个车轮 的转速传感器以及传感器的输入信号，然后按照预先设置的控制逻辑进行处理和运算， 计算出车轮速度、滑移率以及车轮加、减速度，从而形成相应的控制指令，对执行机构 进行控制，通过制动压力调节装置调节制动压力，防止各个车轮的抱死。 ( 2 ) 系统检测功能 电子控制单元的另一个功能就是对制动系统进行监测。e c u 接收制动灯开关、压力 开关以及其他各种信号来监测a b s 系统工作是否正常。当e c u 监测到a b s 系统工作不正 常时，会自动停止a b s 系统工作，并点亮a b s 警报灯或蜂鸣，以免系统故障造成错误的 控制结果。在部分利用液压制动的a b s 系统中，e c u 还控制电动液压泵的工作。 9 报警灯 阀继电器 电动机继 电器 继电器电 源 图2 4 汽车a b s 电子控制系统( e c u ) 不恿图 液压控制器( h y d r a u l i cc o n t r o lu n i t 简称h c u ) a b s 系统的制动压力调节器是a b s 的“执行机构 ，装在主缸( 总泵) 和轮缸( 分泵) 之间，其主要作用是接受来自于电子控制器的控制指令，直接或间接地控制制动压力的 增、减，也叫做调节器，液压调幅器或制动压力调节器。a b s 系统的制动压力调节器根 据汽车制动、传动系统的不同有多种形式，各形式之间有着很大差异。 图2 5a b s 系统中e c u 的工作流程 1 0 长安大学硕士学位论文 2 2 2a b $ 的制动压力调节过程 制动压力上升阶段咖 图2 6 制动压力上升阶段 如图2 6 所示，当制动轮缸需要增加制动压力时，e c u 发出指令，使电磁线圈断电， 电磁阀中的柱塞回到普通制动模式的初始位置，制动主缸和液压泵输出的制动液再次进 入制动轮缸，增加了制动压力。增压的速度可以通过电磁阀进出油口的制动液流速来控 制。 制动压力保持阶段 图2 7 制动压力保持阶段 如图2 7 所示，当制动缸需要“保持”制动压力的时候，根据e c u 的指令，给电磁 阀通入较小的电流，电磁阀中的柱塞移动到图的中间位置，所有的通道都被关闭，同时 切断液压泵电动机的电压使液压泵停止工作，使制动轮缸内的制动压力保持原有的状 态。 制动压力下降阶段 第二章汽车a b s 的基本原理以及常规测试方法 图2 8 减压下降阶段 当制动缸需要减压的时候，e c u 发出指令，使电磁线圈通入较大的电流，电磁阀的 柱塞在电磁力的作用下，移动到上端。此时，制动主缸和制动轮缸的管路被切断，将制 动轮缸的管路与通向储油器的管路接通，制动轮缸的制动液就流入储油器，从而减小了 该车轮的制动压力。同时起动液压泵，将流回储油器的制动液压加压后输送到蓄压器或 制动主缸，为下一个阶段做准备工作。 a b s 的制动压力调节过程就从踩制动踏板开始，经压力上升状态一保持压力一压力下 降一保持压力一新的制动压力上升，不断循环，将趋于抱死的车轮的滑移率控制在峰值附 着系数滑移率范围内，直至汽车速度减小到很低或制动主缸的输出压力不再使车轮趋于 抱死为止，制动压力调节循环的频率可达3 - - 一2 0 h z 。 图2 9 安装a b s 的汽车制动时曲线 2 3 常规的a b s 性能检测方法 目前国内外都已在汽车上普遍装用了a b s ，国外有很多著名的a b s 厂商，国内也 正在积极加紧研制a b s 。众多a b s 产品，其性能也是参差不齐，如何检测评价a b s 的性能，已经成为人们最关注的问题。目前针对汽车a b s 性能的检测方法主要分为实 长安大学硕士学位论文 车道路试验法和台架混合仿真试验法两种。目前国外著名的欧洲e c e 法规及i s o 标准 都制定了汽车a b s 道路试验的试验标准与试验方法，我国标准g b l 3 5 9 4 2 0 0 3 机动 车和挂车防抱制动性能和试验方法也是参照欧洲e c e r l 3 法规制定的侧。 2 3 i 自我诊断系统 自我诊断系统主要用于诊断车轮转速传感器、液压泵马达和电磁阀线圈电路的短路 或断路。当其中某一部位发生故障时，诊断系统的监视电路检测到发生故障的部位，将 检测结果传输到诊断系统，并以故障码的形式进行记录，同时故障灯报警。故障代码的 形式及含义随车型的不同而不同，可查阅相关车型的维修手册。这种方法只能检测电路 的故障，而不能对汽车a b s 的整体性能作出评价汹1 。 2 3 2 仪表检测方法 仪表检测法是用数字万用表和一些相应设备在a b s 电路规定的位置进行连续的检 测。在诊断过程中，如果有故障码输出，可以迅速明确故障的性质，为故障的排除打下 基础。这种方法也只能检测电路的故障，不能检查出汽车间歇性故障和a b s 的机械故障， 更不能对汽车a b s 的整体性能进行评价2 引。 2 3 3 分阶段检测方法 这种检测方法通过试验台的外部计算机的接口串接在汽车的e c u ( 电子计算机控制 单元) 与a b s 执行器之间。汽车在试验台上高速制动阶段，由外部计算机检测车轮传感 器和e c u