汽车ABS系统仿真研究(2)

2019-04-15 22:16

(Teves)ABS系统、达科(Delco)ABS系统和本迪克斯(Bendix)ABS系统。这四种系统都是目前广泛应用的系统,而且还在不断的发展、更新和换代。尽管不同公司生产的ABS系统的类型不同,但它们都有相同的基本组成和基本工作原理,它们的重要区别是电子控制模块(电脑)及控制线路不同。

另外,ABS使用方便,工作可靠。ABS的使用与普通制动系统的使用几乎没有区别,紧急制动时只有把脚用力踏在制动踏板上,ABS就会根据情况进入工作状态,即使雨雪路滑,ABS也会使制动状态保持在最佳点。ABS利用电脑控制车轮制动力,可以充分发挥制动器的效能,提高制动减速度和缩短制动距离,并能有效地提高车辆制动的稳定性,防止车辆侧滑和甩尾,减少车祸事故的发生,因此被认为是当前提高汽车行驶安全性的有效措施。

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绪论

1.2 ABS发展历程概述 1.2.1 ABS系统的概念

汽车防抱死制动系统(Anti-lock Braking System,简称ABS)是在传统车辆制动系统基础上采用电子控制技术,在制动时防止车轮抱死的一种汽车主动安全装置。它能在制动过程中实时测定车轮的滑移率,自动调节各个车轮的制动力矩,防止车轮抱死并取得最佳制动效能。

当汽车在行驶中遇到紧急情况,驾驶员通常会猛踩制动踏板施加全制动以期望获得最强的制动效果,但这样做往往会使各车轮制动力矩过大或者分配不均,导致车轮抱死拖滑,并使车辆进入各种不稳定状态,如侧滑、跑偏、失去转向操纵能力。相当多的交通事故就是因此而发生。具体地说,常规制动系统在紧急制动时可能造成的负面影响有以下几个方面:

(1)如果前车轮被抱死,车辆丧失转向能力,不能实现转弯转向,躲避障碍物者行人;如果后车轮抱死,车辆丧失稳定性,产生侧滑。

(2)在非对称附着系数的路面,汽车将丧失直线行驶的稳定性,出现侧滑、甩尾及急转等危险现象。

(3)车轮抱死导致轮胎局部与地面拖滑,大大降低了轮胎的使用寿命。 为了提高制动安全性,在现代汽车上装备 ABS以成为必然趋势。防抱死制动系统能把车轮的滑移率控制在一定的范围以内,可充分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,避免车轮抱死时出现的各种交通事故,使制动器的效能发挥到最佳状态。故此ASS技术是目前世界普遍公认的提高汽车安全性的有效措施。 1.2.2汽车ABS的研究现状

国外许多著名ABS生产厂商从传感器、制动器、控制器软硬件等方面着手,并一直致力于已有ABS品牌性能的进一步提高,争取在技术上获得领先。目前的研究主要包括:

1)利用软件来补偿轮速传感器测量误差(由传感齿轮的制造、安装误差及腐蚀所引起),以提高轮速信号测量精度;

2)将体积小、重量轻、性能可靠、成本低廉的微电子装置应用于ABS中,以测量车辆运行速度;

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3)将路面探测装置用于轮胎路面间摩擦的实时估计;

4)建立液压ABS制动系统精确的数学模型,并结合Navier-Stokes流量方程,对ABS作用时制动管路的瞬态压力进行分析,以寻求减小制动管路压力波动的措施;

5)将一些具有鲁棒性的控制算法应用于ABS控制逻辑的设计中,以适应车辆参数、载荷和路面状况的变化。

我国ABS 的研究开始于80 年代初。从事ABS研制工作的单位和企业很多,诸如东风汽车公司、重庆公路研究所、清华大学、吉林大学、北京理工大学、上海汽车制动有限公司和山东重汽集团等。具有代表性的有以下几个。清华大学汽车安全与节能国家重点实验室有宋健等多名博导、教授,有很强的科技实力,他们还配套有一批先进的仪器设备,如汽车力学参数综合试验台、汽车弹射式碰撞试验台及翻转试验台、模拟人及标定试验台、Kodak 高速图像运动分析系统、电液振动台、直流电力测功机、发动机排放分析仪、发动机电控系统开发装置及工况模拟器、计算机工作站及ADAMS、IDEAS 软件、非接触式速度仪、噪声测试系统、转鼓试验台、电动车蓄电池试验台、电机及其控制系统试验台等。该实验室针对ABS 做了多方面的研究,其中,在ABS 控制量、轮速信号抗干扰处理、轮速信号异点剔除、防抱死电磁阀动作响应研究等方面的研究处于国内领先地位。

1.2.3 ABS在国内外的发展情况

我国对汽车防抱制动系统((ABS)的研究始于20世纪80年代初,现在刚刚进入产品试制和装车试验阶段。汽车防抱制动系统(ABS)是国家十五规划中重点发展的汽车电子产品。

目前,国内研究ABS的院校及机构很多,具代表性的有以郭孔辉院士为代表的吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室、以宋健等多名博导、教授为代表的清华大学汽车安全与节能国家重点实验室、以吴浩硅教授为代表的华南理工交通学院汽车系,还有以ABS专家程军为代表的济南程军电子科技公司。其中,吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室致力于汽车操纵稳定性、汽车操纵动力学、汽车轮胎模型、汽车轮胎稳态和非稳态侧偏特性的研究,在轮胎力学模型、汽车操纵稳定性以及人一车闭环操纵运动仿真等方面的研究成果均达到世界先

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绪论

进水平。清华大学汽车安全与节能国家重点实验室在ABS控制量、轮速信号抗干扰处理、轮速信号异点剔除、防抱电磁阀动作响应研究等方面的研究处于国内领先地位。华南理工交通学院汽车系在ABS技术方面有独到之处,能够建立制动压力函数,通过车轮地面制动力和整车动力学方程计算出汽车制动的平均减速度和车速。济南程军电子科技公司对ABS控制算法研究颇深,他们在基于

MATLAB仿真环境实现防抱制动逻辑、基于VB开发环境进行车辆操纵仿真和车辆动力学控制的模拟研究等方面也颇有研究。

国内生产ABS的公司也不少,但大多数公司是和国外著名ABS公司合作生产,其产品并非自主研制开发出来的。主要有东风汽车公司、交通部重庆公路研究所以及重庆宏安ABS有限公司等。其中,东风汽车公司从80年代初就开始研究ABS,是国内较早研究ABS的厂家之一现研究工作的主要目标是对国外的产品进行消化吸收,如将德国瓦布科公司的ABS装于EQ 145型汽车上进行各种试验。交通部重庆公路研究所相继开发出了两代ABS产品,第一代ABS的ECU采用了Z80芯片。第二代ABS产品为FKX-ACI型,该装置的ECU中的CPU微处理器采用了美国INTEL的MCS-%系列8098单片机。重庆宏安ABS公司是我国批量生产ABS的厂家,该公司生产的ABS 121防抱制动系统和ABS 141防抱制动系统的年生产能力可达30万套。总的来说,ABS技术含量较高,我国ABS的研发工作起步较晚,技术水平与先进国家相比还有较大差距,人力与资金的投入严重不足,实际上仍处于研制、试验阶段。国内有些ABS研发单位尽管也具有生产ABS的能力,但技术尚不够成熟,产品的应用并不广泛,在短期内还是主要依靠进口或与国外厂商协作。为了跟上汽车国产化的步伐,满足低成本高性能的要求,研发新一代的ABS控制器己迫在眉睫。该控制器要具有自主知识产权,不但可以与国内各汽车厂家的各种汽车配套有关的 ABS,也可以有出口的机会。汽车工业在国内和国际上都是支柱产业,ABS有很大市场,只要技术上先进,产品可靠,其经济效益是不估量的。 1.3汽车ABS的重要性及制动状况分析

没有ABS的汽车或ABS不起作用的汽车在制动过程中,有时会出现跑偏、后轴侧滑或前轮失去转向能力而使汽车控制离开原来的行驶方向,此时极易发生危险。制动时汽车自动向左或向右偏称为“制动跑偏”。侧滑是指制动时汽车

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的某一轴或两轴同时发生横向移动,最危险的情况是在高速制动时发生的后轴侧滑,此时汽车常发生不规则的急剧回转运动而失去控制,严重时可使汽车调头。

制动时汽车跑偏的原因有两个:

1)汽车左、右车轮,特别是前轴左、右车轮(转向轮)制动器的制动力不相等。

2)制动时悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上的不协调(互相干涉)。 其中,第一个原因是制造、调整误差造成的,汽车究竟向左或者是向右跑偏,要根据具体情况而定;而第二个原因是设计造成的,制动时汽车总是向左(向右)一方跑偏。

图1-1给出了由于转向轴左、右车轮制动力不相等而引起跑偏的受力分析。

图1-1 汽车制动跑偏时的受力

如图1-1所示为转向车轮制动力不相等而引起的跑偏分析,由于转向系各处的间隙及零部件的弹性变形,转向轮仍产生一向左转动的角度而使汽车有轻微的转弯行驶一跑偏,同时由于主销有后倾,FY1使转向车轮产生一同方向的偏转力矩,这样也增大了向左转动的角度,加剧了制动时跑偏。

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