第6章汽车防抱死制动系统(ABS)ppt课件

1、第6章 汽车防抱死制动系统(ABS) 6.1绪论汽车防抱死制动系统(Anti-Lock Brake System)是指汽车在制动过程中能实时断定车轮的滑移率,自动调理作用在车轮上的制动力矩,防止车轮抱死,获得最正确制动效能的电子安装。车轮处于“抱死形状的负效应 :(l)由于车轮被抱死,车辆不能实现弯道转向,躲避妨碍物或行人而呵斥交通事故。(2)在非对称附着系数的路面,车轮抱死将丧失直线行驶稳定性,易出现侧滑、甩尾及急转等危险景象。(3)车轮抱死时的附着力普通低于路面所能提供的最大附着力,车轮在全抱死形状的制动间隔反而有所添加。(4)由于车轮被抱死导致轮胎部分急剧摩擦,降低了轮胎的运用寿命。 .

2、研讨的重点：(l)跟踪路面特性的变化,使ABS各项性能目的一直处在最正确形状的控制算法。(2)提高关键元件的可靠性和性能目的,如用开关阀和调制脉冲宽度实现比例控制；采用低本钱比例阀实现延续控制,可弥补开关阀的缺陷。(3)降低ABS的装车本钱,扩展ABS在汽车上的普及率。(4)由单一的ABS控制目的转向多目的的综合控制,故ABS系统的软硬件设计应能扩展为多目的的综合控制。 .6.2轮胎与路面间的相互关系路面所能提供约附着力(即最大纵向、侧向作用力)与附着系数有关,附着系数定义为路面附着力Ft与作用在车轮上的垂直负荷FN之比:= Ft FN子午线轮胎在枯燥路面上附着系数最大。不同路面的附着系数大约

3、在0.05l的范围,在冰面上最小,约为0.05左右,其它路况介于这两者之间。附着系数还与车轮的滑移/滑转率有关。在分析ABS制动问题时,把车轮的滑移/滑转率定义为:=VV-VW VV VV=wre滚动半径.式中 在-l00%+l00%范围内变化：在-l00%0%区间为驱开工况,其轮速大于车速,车轮相对地面滑转,对应的值称为滑转率。 在0%100%为制开工况,此时车速大于轮速,车轮相对地面滑移, 称为滑移率。几个特殊点0、 -l00%和 100%分别对应车轮自在滚动、车轮纯空转和车轮被完全抱死形状。ABS制动系统把控制在k附近,既能使路面提供最大的制动力,又能提供足够大的侧向附着力满足车辆制动时

4、直线行驶稳定性和支配稳定性。 .3单轮车辆系统的数学模型 6.3.1车轮制动形状数学模型 为研讨防抱死制动的控制过程和它在纵向平面的特性，车辆可简化为单轮车辆系统。由于车速通常是指直线运动速度,轮速用角速度表示,故在后文中车速用V表示,车轮角速度用表示。由此可得车轮和整车的运动微分方程分别为: .6.3.2驱动机构的数学模型汽车的制动回路主要由制动踏板、主制动缸、控制阀、轮缸及速度传感器等组成。根据液压控制阀的位置可使制动器对应三种不同形状：当控制阀使油源与轮缸接通,制动缸增压；控制阀封锁,制动缸保压；控制阀使制动器和回油路相通,制动缸减压。.在进展系统分析与设计时,为了简化系统,可在常用的任

5、务压力点线性化： dPdt=uk0u=1( 增压；-1减压；0保压作用在车轮上的制动力矩的变化率为:dTbdt=ukbu=1( 增压；-1减压；0保压思索到制动缸在增压和减压时需求不同的变化率以满足不同的运用性能,那么作用在车轮上的制动力矩的变化率可进一步写成如下的方式dTbdt=UU=Ui (增压；Ud减压；0保压.6.4 ABS逻辑控制算法 防抱死制动的目的是为了把车轮的滑移率控制在k附近,使路面的附着系数得到最充分的发扬。那么,应以哪些参数作为控制目的才干使控制的效能最正确?现实上,有不同的方法都可以到达预期的目的,但每种方法将以不同的规律逼近期望的点。为了了解各种方法的特点,下面先分析

6、现今车辆上普遍采用的逻辑控制算法,为分析和了解其它算法提供必要的根底。.6.4.1简单逻辑控制算法 总的制动力：制动最大减速度：角减速度超越极限：车轮能够出现抱死。最简单的ABS控制逻辑为：双门限控制逻辑.6.4.2 以车轮加、减速度和滑移率结合的逻辑控制 1.参考车速和滑移率的计算 为了顺应路面特牲的变化,必需经过相应的逻辑条件识别出这些变化,再对控制逻辑作相应的修正,使车辆在不同运转环境下都能获得最正确的效果。为此引入了车轮的滑移率作为辅助的门限值,与车轮负加速组合成双参数逻辑控制算法。要确定滑转率要用到车体速度。测定车体速度有接触式和非接触式两种方法,采用非接触式测定(如多谱勒仪)价钱较

7、高。 .采用接触方式(如五轮仪),既不方便,其形状也难以被用户所接受。故普通不采用直接丈量的方法获得实践车速,而是采用间接的方法由车轮的角速度和负加速度构造车辆的参考速度 ：VRe= VRe0 aRet 2.大附着系数路面上的制动控制 在制动开场阶段轮缸压力快速上升,车轮负加速度很快超出门限值-a,电磁阀从升压切换到保压形状,同时估算出参考车速和滑移率为1的门限曲线。在保压阶段,轮速继续下降,当轮速降至低于1门限值时,电磁阀由保压切换到减压形状。在减压过程中,轮速过一段时间开场上升,当车轮的负加速度进人-a门限又开场保压。.假设在规定的保压时间内,车轮的加速度不能超越+a门限,那么属于低附着系

8、数路面的情况。反之,假设超越+a门限那么继续保压。为了顺应附着系数不同的路况,如附着系数较大的情况,又设定了识别高附着系数路面的第二门限值+A。在继续保压过程中能够出现两种情况,一是车轮的加速度没超越第二门限+A就回到+a门限内,二是角加速度超越了第二门限值+A。对于前者,属于普通附着系数路面。对后者那么属大附着系数路面,那么要对轮缸进展一次增压,直至车轮的加速度低于+A门限,再保压至低于+a门限。.3.小附着系数路面的制动控制 在初始的l、2调理阶段和大附着系数的路面一样。阶段3首先有一段定时保压阶段,由于给定的时间内车轮的加速度达不到+a门限,于是可以断定是小附着系数路面的情形,控制逻辑产

9、生一个小的减压-保压脉冲,使车轮渐渐升速,然后再比较车轮加速度能否到+a门限,如低于此门限值再次产生减压降压-保压脉冲,车轮继续升速直至超越+值门限。到此阶段3终了,并转人第4阶段一保压阶段。当车轮加速度再次低于+a门限时,保压阶段4终了。阶段5是以增压-保压(脉冲方式)方式的慢速升压过程,直至出现-a门限,到此第一个控制周期终了。 .当路面附着系数向大值突变,其识别方法是采用第二加速度门限值+A。而当路面附着系数向小值跃变,那么以第二滑移率门限值2作为识别根据。综上所述，逻辑控制是把车轮的加速度分为 (-a,+a,+A)几个门限值,再辅之以车轮的滑移率门限值l,2。在由下降信号切换到保压的阶

10、段,在规定的定时间隔里监测能够出现的几种门限信号(+a,+A, l,2)作为识别路面特性的根据。再根据识别结果,分别采用不同的控制逻辑,确保防抱死制动系统对路面情况的跟踪性能,在各种路面条件都能获得期望的制动效果。 .6.5 ABS的整车控制技术 前面已讲述了ABS的单轮控制技术,能否可以把汽车的一切车轮均按前述的方法进展控制就能到达期望的效果呢? 假设汽车的一侧车轮在高附着系数路面行驶,另一侧在低附着系数路面行驶(如冰面,这在我国东北地域的冬天经常能够遇到的路面条伴)。按前面讲述的单轮控制方式,各个车轮的滑移率都控制在峰值点,于是左右两侧的制动力不等使汽车产生侧向偏转。 .只需适当把前轮偏转

11、一定的角度,就能抵消制动力不等所产生的回转力矩,并坚持汽车直线行驶的稳定性。处理上述间题有不同的方法,最好的方法是基于汽车动力学的综合控制。由于汽车期望的横摆角速度由方向盘的输人独一确定,一但监测到在制动过程中出现了方向盘的转角为零,而车辆的横摆角速度不为零的情形。即可断定车辆当前的工况是属于路面特性的扰动导致车辆非稳态的回转运动。于是经过车辆行驶方向自动控制系统,把导向轮逆上述的非稳态横摆方向转动一个角度,就可抵消制动过程中的非稳态景象,保证车辆在制动过程中的直线行驶稳定性。 .由汽车动力学综合控制系统可以满足车辆在备种路面条件下的支配定性，但要添加方向转角和汽车横摆角速度传感器及驱动导向轮

12、偏转的自动控制系统,提高了装车本钱。因此，最为适用的方法就是经过ABS本身的整车布置方式和整车控制技术来满足车辆在不同路面条件下的支配性与稳定性。6.5.1整车布置方式如前所述，ABS单轮控制技术的本质是把车轮的滑移率控制在b-的峰值点。因此,在制动时可保证获得最短的制动间隔和转向时的支配稳定性 。 . l.四传感器四通道布置方式 四个传感器和四个液压控制通道的ABS系统有：按前后方式布置即前后轮缸分别采用不同的液压回路按对角(X形方式)方式布置即处在对角线上的两个轮缸采用同一液压回路。由于每个车轮都具有一个轮速传感器和一个液压通道,因此可对每个车轮实现恣意目的的控制,使ABS总体性能到达最正

13、确形状。假设简单地把每个车轮的滑移率都控制在b-曲线的峰值点, 在对称路面,可使制动间隔最短,又能坚持较好的支配性；但在非对称路面,将在左右两侧车轮上产生不同的制动力,使汽车很难坚持它原来的行驶方向,方向稳定性恶化。. 2.四传感器三通道系统 四传感器三通道ABS的布置方式两种方式：对角方式布置由机械方式实现车轮低选控制和电子控制系统实现低选控制。在两种布置方式中,两前轮都是采用独立控制,而后轮将以两前轮中较易抱死的车轮所施加的制动力矩作为规范,按选低的方式对后轮施加相等的制动力矩进展控制。这种布置与低选控制方式组合的结果改善了汽车在非对称路面制动时的方向稳定性,但制动间隔会有所添加。由此可见

14、,ABS的某些性能目的,如稳定性和制动间隔是相互矛盾的。在改善其中一项性能目的的同时,能够会伴随另一项目的的降低。.所以在设计系统时,必需进展综合评价,使各项性能目的加权后的总体性能目的为最正确。 3.三传感器三通道系统 该系统通常为前后布置方式,两前轮采用独立控制方式,两后轮取差速器的转速信号,并由同一液压管路控制。这种布置方式,其后轮仅适于采用低选控制方式。4.四传感器二通道系统 这是按对角方式布置的ABS所用的简易系统。前轮一殷采用独立控制,后轮控制两种方式：定比例减压阀和低选控制阀。. 综上所述,ABS总体性能与通道数和传感器数目有关,普通而言,传感器和通道数目愈多,那么ABS的住能愈

15、好。四传感器四通道ABS系统是最完备的布置方式,由于各个车轮均能恣意设定它的控制目的,因此可获得最正确的效果。但假设一切车轮均采用独立控制,那么会导致汽车在非对称路面失去方向稳定性。而简单地按低选方式进展控制,那么四传感器四通道ABS系统就降低到四传感器三通道ABS系统、甚至四传感器二通道ABS系统的性能,使部分控制通道的潜力得不到充分的发扬,呵斥资源浪费。可见,前轮独立控制,后轮按低选控制仅在二通道或三通道的非完备ABS系统才有适用的价值。 .对四传感器四通道ABS系统,必需研讨分析整车控制技术,使全部的控制通道在各种路况均能充分发扬它们的作用,以保证ABS总体性能最正确。从ABS系统的几种

16、布置方式可以看出,ABS系统通常由二路独立的液压回路组成,并布置成前后或对角两种方式,且不因传感器和控制通道的数目不同而异。其目的旨在提高ABS系统的可靠性,万一偶尔的缘由,导致其中的一个液压回路失效,另一液压回路也能照常任务,且不降低系统的支配性、稳定性,只是制动效能降低一半,制动间隔随之添加而已。 .6.5.2 非对称路面的整车控制技术采用单轮独立控制方式，可最大限制地利用路面附着力，缩短制动间隔。但在非对称路面必然导致两侧车轮制动力不等，使车辆向高侧路面偏转。按附着系数取低的方式控制，虽消除了偏转力矩，改善了方向稳定性，但导致制动间隔添加。基于这两种控制方式的特点，目前运用产品普通采用修

17、正的单轮控制方式，它是对前述两种方式的综合。既兼顾了制动间隔，又兼顾了行驶方向稳定性。下面引见修正单轮控制的根本思想。.1.单轮修正控制算法与实时模拟系统时模拟实验的软硬件系统如图52,该系统的任务原理：计算机根据车辆模型、制动器模型及轮胎模型，在给定的初始条件和制动作用下，计算出车辆的运动形状(包括四个车轮的转速)。然后把计算出的轮速经过DA变换为模拟电压输出，经电压一频率变换为脉冲信号输入到ABS控制器，其效果相当于ABS真实地从轮速传感器接纳脉冲信号一样。基于模拟的脉冲信号，ABS控制器按确定的控制算法计算出给四个车轮电磁阀的控制信号，调理制动气室内的任务压力。再将压力形状反响给计算机，

18、根据制动器的模型被转换成制动力矩。.在这一制动力矩的作用下，把上一时辰的输出形状作为本次计算的初值，于是根据ABS的动态模型又可计算出车辆在下一时辰的运动形状，并再次把轮速脉冲信号发送给ABS控制器。周而复始，至车速为零时制动过程终了。由于模拟计算步长与硬件模拟系统实时控制的步长一致，于是就构成了一个实时闭环软硬件混合模拟系统， 混合模拟实验方法不仅可用来测试ABS系统的动态特性，也可用来分析研讨构成ABS系统硬件安装的性能，是ABS系统前期开发的有效工具。.2.单轮修正控制算法是在单轮控制方式和低选控制方式两者之间进展折衷控制，对处于低附着系数的车轮按本人的门限条件进展控制，处于高附着系数的

19、车轮那么在低附着侧压力的根底上，适量地逐渐添加一个变化的压力差。其任务原理(参见图53)是处于低附着系数的车轮(假定为左轮)到达减速度门限时开场减压，处于高附着系数车轮(右轮)那么开场保压，左轮减压终了时车轮减速度到达加速度门限，那么左轮开场保压，而右轮那么保压终了开场减压，.减压幅度为左轮减压幅度乘以修正系数01，减压终了后右轮又开场保压，直到左轮低于加速度门限时，那么两轮同时进入小步长增压阶段。这样每个ABS循环终了构成一个压力差，随着ABS循环的继续，其压差逐渐添加。模拟实验结果分别对四种控制方式(无ABS，单轮独立控制ICIC，低选控制SLIC，单轮修正控制MICIC)进展模拟实验，对

20、应的动态调理过程如图54.在四种控制方式中，低选方式制动间隔最长(见图55(a)，无ABS系统与单轮修正方式的制动间隔非常接近，且介于低选和单轮方式之间。仅从制动间隔方面评价，单轮独立控制效果最优，低选方式效果最差。图55(b)为制动终了时，车辆的横向位移和横摆角实验结果，图55(c)是制动过程中，车辆的横向速度和横摆角速度测试结果。由此可见，单从方向稳定性方面评价，无ABS系统最差，以低选控制方式为最优。单轮修正方式再次介于单轮控制方式和低选控制方式之间。就制动间隔和方向稳定性两项性能目的进展综合评价，那么修正的单轮控制方式为最优。.6.5.3 制动力分配控制车辆制动时，前后车轮制动力的动态

21、分配影响制动间隔、方向稳定性及支配性。当前后轮路面的附着系数相等时，制动力理想分配要求前后车轮的制动力满足条件： FbFFNF=FbRFNR目前车上是采用定比例阀实现前后轮的制动力分配，由于车辆装载质量不同，路面坡度以及驱动轮上来自发动机的输入转矩不同，这种定比阀不能到达理想的分配效果。.为此都在探求实现前、后轮制动力理想分配的控制方法。一种能实现制动力理想分配的控制战略是：控制后轮的速度跟踪前轮的速度。为了保证后轮在各种条件下，都能具有称心的跟踪效果，本节引见一种鲁棒伺服控制器的设计思绪。1鲁棒跟踪控制器设计的根本概念构造如图56所示。它由两部分组成，第一部分是输人为e输出为的伺服补偿器，第

22、二部分是带常增益系数K0、K1的稳定补偿器。为了起到稳定作用并能获得称心的瞬态性能，常系数K0、Kl经过下面的增广系统式确定。.对它的求解有不同的方法，如极点配置，最优控制等。对最优控制，K0、K1可由如下二次型目的函数式取最小值确定。制动力理想分配鲁棒伺服控制器的构造如图58，可见系统包括一个单积分器和双积分器。.6.6 ABS系统的驱动机构与电子控制安装 它包括制动主缸、液压安装、电控安装(Electronic Control Unit,简称ECU),轮速传感器以及制动缸组成(图66)。6.6.1液压控制系统回路可采用3/3阀(三位三通), 采用2/2阀(二位二通)，如图67所示。采用2/2阀组合方便,每个通道需求一个进油阀,一个出油阀。呼应速度更快,尽寸小,可靠性好,目前在车上已得到广泛运用。.由于采用制动方式实现防滑控制(亦即牵引力控制,简称为TRC、TCS或ASR等)与防抱死制动控制的原理与方法完全类似,故ABS液压系统和ASR液