课程设计：电子控制防抱死制动系统

1、课题：电子控制防抱死制动系统学院：信息科学与工程专业：电子信息工程（应用）班级： 姓名： 学号：指导老师： 二一一 年 一 月 一 日8电子控制防抱死制动系统信息科学与工程学院 电信07-2班 摘 要安全性是汽车的重要性能之一，为了保证汽车行驶安全，汽车的安全装置越来越多，目前广泛采用的主要有车轮制动系统、防抱死制动系统（ABS）、汽车驱动防滑转系统(ASR)、安全气囊系统、雷达车距控制与报警系统等。汽车在行驶中发生紧急情况时，驾驶员会采取紧急制动，有相当多的交通事故是由于汽车在紧急制动时车轮抱死，可见防抱死制动系统对汽车的安全具有非常重要的作用。防抱死制动系统是常规刹车装置基础上的改进型技术

2、，它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。关键字：汽车 防抱死制动系统 安全Electronically control Anti-locked Braking System Information Science and Engineering College Electronic and Information Engineering Class 07-2 yangjianlong 3071818215Abstract: Security is one of the

3、 most important automotive performance, in order to ensure the safety of automobile travel, more safety devices equipment into automobile，and now being widely used for is the wheel braking system, anti-lock braking system (ABS), acceleration slip regulation(ASR), supplemental inflatable restraint sy

4、stem(SRS), radar automotive distance control and alarm systems and so on. When the driving car is in the event of an emergency, the driver will take the emergency braking, and a considerable number of traffic accidents due to vehicle wheels locked during the emergency braking, so its clear that anti

5、-lock braking system shows the importance of the car safety. ABS is the improved technology based on the conventional braking divers, its not only has the braking function of normal braking system, but also to prevent wheel locked, so that cars can still sheer off under the braking station, and it c

6、an ensure the directional stability of car braking and prevent skidding and wandering, it is the most advanced and most effective braking device on the automobile.Keywords: automobile anti-lock braking system security目 录摘 要I目 录III引 言11 ABS的发展和应用11.1 ABS的发展历程11.2 ABS的应用状况11.3 ABS的发展趋势22 ABS的组成和工作原理32

7、.1 ABS的结构组成32.2 ABS的工作原理42.3 ABS的控制方式53 ABS的应用实例介绍63.1奔驰YBL6120H型客车ABS基本结构与工作原理63.2一汽捷达轿车ABS结构原理74 ABS使用中注意的问题7结 论7参考文献7引 言随着世界汽车工业的迅猛发展，安全性日益成为人们选购汽车的重要依据。汽车防抱死制动系统，简称为ABS，是提高汽车被动安全性的一个重要装置, 是汽车安全措施中继安全带之后的又一重大进展。它的基本功能就是通过传感器感知车轮每一瞬时的运动状态，并根据其运动状态相应地调节制动器制动力矩的大小以避免出现车轮的抱死现象，使汽车在各种路面上，获得最短的制动距离的同时拥

8、有良好的制动稳定性和转向能力。1 ABS的发展和应用1.1 ABS的发展历程基于制动防抱理论的制动系统首先是应用于火车和飞机上。1936年，德国博世公司（BOSCH）申请一项电液控制的ABS装置专利，促进了ABS技术在汽车上的应用。汽车上开始使用ABS始于1950年代中期福特汽车公司，1954年福特汽车公司在林肯车上装用法国航空公司的ABS装置，这种ABS装置控制部分采用机械式，结构复杂，功能相对单一，只有在特定车辆和工况下防抱死才有效，因此制动效果并不理想。机械结构复杂使ABS装置的可靠性差、控制精度低、价格偏高。ABS技术在汽车上的推广应用举步艰难。直到70年代后期，由于电子技术迅猛发展，

9、为ABS技术在汽车上应用提供了可靠的技术支持。ABS控制部分采用了电子控制，其反应速度、控制精度和可靠性都显著提高，制动效果也明显改善，同时其体积逐步变小，质量逐步减轻，控制与诊断功能不断增强，价格也逐渐降低。这段时期许多家公司都相继研制了形式多样的ABS装置。 进入90年代后，ABS技术不断发展成熟，控制精度、控制功能不断完善。现在发达国家已广泛采用ABS技术，ABS装置已成为汽车的必要装备。国内研究ABS主要有东风汽车公司、交通部重庆公路研究所、济南捷特汽车电子研究所、清华大学、西安交通大学、吉林大学、华南理工大学、合肥工业大学等单位，虽然起步较晚，也取得了一些成果。在气压ABS方面，国内

10、企业包括东风电子科技股份有限公司、重庆聚能、广东科密等都已形成了一定的生产规模。液压ABS由于技术难度大，国外技术封锁严密，国内企业暂时不能独立生产，但在液压ABS方面也在做自主研发，力图突破国外跨国公司的技术壁垒，已经取得了一些新的进展和突破。1.2 ABS的应用状况1ABS技术发展日趋成熟，并经过多年的技术升级和改良，已经成为了汽车的标准配件。目前，北美和西欧的各类客车和轻型货车ABS的装备率已达90以上，轿车ABS的装备率在60左右，运送危险品的货车ABS的装备率为100。ABS装置制造商主要有：德国博世公司（BOSCH），欧、美、日、韩国车采用最多；美国德科公司（DELCO），美国通用

11、及韩国大宇汽车采用；美国本迪克斯公司（BENDIX），美国克莱斯勒汽车采用；还有德国戴维斯公司（TEVES）、德国瓦布科（WABCO）、美国凯尔西海斯公（KELSEYHAYES）等，这些公司的ABS产品都在广泛地应用，而且还在不断发展、更新和换代。而我国也加紧ABS系统的研制，通过政府、高校、企业的多方合作，率先在HF6700轻型汽车上匹配使用，取得了不错的成果，国内自主品牌的ABS的市场占有率开始上升，但与国外虽有一定的差距，还需要政府的大力支持和国内丰富的人力资源配合下共同努力，使我国ABS技术尽快与国际接轨。1.3 ABS的发展趋势ABS技术虽然在20世纪90年代初期就已成熟，但随着电子

12、技术和汽车技术的快速发展，ABS技术也得到了不断完善。今后，ABS技术将沿以下几个方面继续发展。（1）采用现代控制理论和方法完善ABS技术性能目前得到广泛应用的是采用门限值控制方法的ABS，有一定局限性。研究适应ABS这种变工况、非线性系统的控制方法，完善ABS技术性能将是今后ABS研究的热点。近几年出现的增益调度PID控制、变结构控制和模糊控制等方法，是以滑移率为目标的连续控制，使制动过程中保持最佳、稳定的滑移率，理论上是理想的防抱死制动控制系统。（2）提高ABS的可靠性、自适应性ABS是加装在汽车上的辅助安全装置，它要求高可靠性，否则会导致人身伤亡及车辆损坏。为了提高ABS的可靠性，ABS

13、电控部分应向集成化方向发展，制作专用的ABS芯片；机械部分则通过优化结构设计、采用新材料、提高制造工艺等。ABS软件部分则采用补偿方法（针对测量、计算误差）和自适应控制算法来提高ABS的可靠性和自适应性。 （3）提高系统的集成度，减小体积，减轻质量现代汽车的安装空间都非常紧凑，而ABS又是提高汽车安全性能的附加装置，预留的空间非常有限，因此，要求ABS控制器体积尽量小。此外新增加的装置必然增加整车质量，对整车经济性、动力性不利，要求ABS质量轻。因此ABS装置必须高度集成化，这样既可减小体积，又可减轻质量，同时还可以降低成本。（4）增强ABS控制器的功能，扩大使用范围随着现代电子技术的飞速发展

14、，ABS技术也在不断地成熟和发展，很多ABS控制器已经选用功能强、速度快、集成度高的16位或32位微处理器，甚至做成专用芯片，为ABS进一步完善和扩展构建了一个良好的平台。目前对汽车进行安全控制的装置不断地被加入这个平台，由最初的防滑控制系统（ASR），到现在的电子制动力分配装置（EBD）、电子助力制动装置（EBA），电子行驶稳定性控制系统（ESP）、车辆动力学控制系统（VDC）、电子控制制动系统（EBS）、车速记录仪（VSR）等。ABS技术已进入全新的发展时期，ABS作为制动控制系统的一个子系统，其控制功能和使用范围正在不断扩大。（5）提高总线技术在ABS系统上的应用随着电控单元在汽车中的应

15、用越来越多，车载电子设备问的数据通信变得越来越重要，以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是很有必要的。大量数据的快速交换、高可靠性及廉价性是对汽车电子网络系统的要求。在该网络系统中，各处理机独立运行，控制改善汽车某一方面的性能，同时在其他处理机需要时提供数据服务。汽车内部网络的构成主要依靠总线传输技术。汽车总线传输是通过某种通讯协议将汽车中各种电控单元（发动机、ABS、自动变速器等）、智能传感器、智能仪表等联接起来，从而构成的汽车内部网络。其优点有：减少了线束的数量和线束的容积，提高了电子系统的可靠性和可维护性采用通用传感器，达到数据共享的目的；改善了系统的灵活性，即通过系统的软件可

16、以实现系统功能的变化。2 ABS的组成和工作原理2.1 ABS的结构组成ABS主要由速度传感器、制动压力调节装置、电子控制装置（ECU）和ABS警示灯四个部分组成。（1）速度传感器为了检测车轮的转速，在前后左右各车轮上都安装一个轮速传感器。它的功能是检测车速、车轮速度、汽车制动时的减速度，并给ECU提供信号，其中前面两个速度信号用于滑移率控制等方式，后一个速度信号只用于四轮驱动控制系统。主要有电磁感应式轮速传感器和霍尔效应式轮速传感器。（2）制动压力调节装置 一般汽车的制动系统分为三个独立的液压系统，即左前轮、右前轮和左右后轮。制动压力调节装置按照ECU中的指令，通过电磁阀的动作增加、保持和降

17、低来调节上述三个系统及四个车轮的制动油压。（3）电子控制装置（ECU） 接收车速、轮速、减速等传感器的信号，计算出车速、轮速、滑移率和车轮的加减速度，并将这些信号加以分析、辨别 、放大，由输出级输出控制指令，控制各种执行器工作。（4）ABS警示灯ABS出现故障时，由ECU控制将其点亮，向驾驶员发出警告，并由ECU控制闪烁显示故障码。ABS系统的结构组成（分置式）1.前轮速度传感器2.制动压力调节装置3.ECU 4.ABS警告灯5.后轮速度传感器6.停车灯开关7.制动主缸8.比例分配阀9.制动轮缸10.蓄电池11.点火开关2.2 ABS的工作原理ABS的工作过程可以分为常规制动，制动压力保持制动

18、压力减小和制动压力增大等阶段。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，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刮动压力的进液电磁阀通电，使右前进液电磁阀

19、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，此时，右前出液电磁阀仍未通电而处于关闭状态，右前制动轮缸中的制动液也不会流出，右前制动轮缸的刮动压力就保持一定，而其它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；如果在右前制动轮缸的制动压力保持一定时，电子控制装置判定右前轮仍然趋于抱死，电子控制装置又使右前出液电磁阀也通电而转入开启状态，右前制动轮缸中的部分制动波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，随着右前制动轮缸制动压力的减小，右前轮会在汽车惯性力的作用下逐渐加速；当电子控制装置根据车轮转速传感器输入的

20、信号判定右前轮的抱死趋势已经完全消除时，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，向制动轮缸泵输送制动液，由制动主缸输出的制动液经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，右前轮又开抬减速转动。 ABS通过使趋于抱死车轮的制动压力循环往复而将趋于防抱车轮的滑动率控制，在峰值附着系数滑动率的附近范围内，直至汽车速度减小至很低或者制动主缸的常出压力不再使车轮趋于抱死时为止。制动压力调节循环的频率可达320HZ。在该ABS中对应于每个制动轮缸各有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，

21、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。2.3 ABS的控制方式ABS技术的一个核心问题就是控制算法的研究。由于ABS系统是非线性系统，因此探索一种有效的控制方法是ABS系统发展的关键。近年来，国内外学者对ABS的控制算法进行了很多理论研究，主要有以下几种控制方法。 2.3.1逻辑门限值控制 这种控制方式的特点是不需要建立具体系统的数学模型，并且对系统的非线性控制很有效，比较适合用于ABS的控制。当其用于ABS的控制时，可以预选

22、一个角减速度门限值，当实测值达到此门限值时，控制器发出指令，减小制动力，使车轮转速提高。再预选一个角加速度门限值，当实测值达到此门限值时，控制器发出指令，增加制动力，使车轮转速降低。以车轮角速度作为单信号输入，如上所述，同时在控制器中设置合理的角加速度、角减速度门限值，就可以实现防抱制动循环。 2.3.2滑模变结构控制 由汽车防抱死制动的基本原理可知，其制动过程的本质问题是把车轮的滑移率控制在附着系数的峰值点，则滑动模态变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，以保证系统在滑动区域很小的范围内，状态轨迹沿滑动换节曲线滑向控制目标。 2.3

23、.3最优控制 最优控制方法是基于状态空间法的现代控制理论方法，它是一种基于模型分析的控制方法。它可以根据车辆地面系统的数学模型，采用状态空间的概念，在时间域内研究汽车防抱死制动系统。其思路是根据防抱死制动系统的各项控制要求，按照最优化的原理来求得制动防抱死系统的最优控制目标。这种控制方法的优点是考虑了控制过程中状态变化的历程而使控制过程平稳；缺点是控制效果的优劣主要依赖于系统的数学模型，控制质量难以准确把握。 2.3.4 PID控制 PID控制方法的最大优点是不需要了解被控制对象的数学模型，只需要根据经验进行调节器参数的整定，这个特点正好满足了ABS控制系统建模比较困难的特点。显然，对于单一路

24、面（期望滑移率固定）的路面来说，PID控制的特点决了它的实用性很强，但是我们很难确定一种准确的轮胎模型来实时确定不同制动工况下的期望滑移率，所以在实际产品中并不适用。目前，许多研究者把研究的重点放在建立准确的轮胎模型或者通过其他的方式来识别路况的方法上，以期望和PID控制方法联合起来应用于ABS，并且己经取得了部分研究成果，但还不能进入实用阶段。2.3.5 模糊控制 模糊控制是基于经验规则的控制，具有不依赖对象的数学模型，便于利用人的经验知识，具有鲁棒性强和简单实用等优点。控制规则符合人的思维规律。缺点是没有有效通用的计算方法，只能依靠设计者的经验和反复调试。3 ABS的应用实例介绍3.1奔驰

25、YBL6120H型客车ABS基本结构与工作原理（1）ABS基本结构奔驰YBL6120H型客车ABS是一种附加于两轴汽车气压制动系统的四通道控制系统，系统主要由4个车轮转速传感器及齿圈、1个电子控制器和4个压力控制阀组成。（2）ABS工作原理传感器通过齿圈产生感应电压，电压的频率随车轮的转速而变化, 电子控制器将传感器传来的信息进行译解, 并在识别出车轮抱死的趋势后, 向压力控制阀输出脉冲信号, 压力控制阀根据传来的脉冲信号控制制动压力, 制动压力可以保持、增大或者减小。当ABS的电子控制器发出减小压力指令时,相应压力控制阀将车轮制动缸中的压缩空气通过压力控制阀出气口排到空气中。制动压力相应降低,车轮的转速开始增大, 随后通过交替的脉冲“保持压力/增大压力”, 制动压力又被增大, 直到车轮又要抱死。这样使车辆在制动情况下实现“刹”、“放” 的重复动作, 类似驾驶员人工采用的“点刹”, 但其频率要比人工快得多, 其频率大概在每分钟610次。在没有ABS的制动中, 制动泵里的压力只能随着加载在制动踏板上的压力而增加, 车轮的轮速与车辆的速度相应被机械地降低, 车轮最后就会被抱死。3.2一汽捷达轿车ABS结构原理（1）捷达轿车ABS的结构 ABS系统主要由液压传动系统、车轮转速传感器、控制器等组成。它是采用液压