绪论
a）前轴侧滑 b ）后轴侧滑
图1-2 汽车侧滑是的运动
图1-2a是前轮抱死而后轮滚动，此时汽车处于一种稳定状态,但因此时侧向力系数为零，不能产生任何地面侧向反作用力，汽车无法按原弯道行驶而沿切线方向驶出(如图1-2a所示)，汽车失去转向能力。图1-3b是后轴制动抱死而前轮滚动，由图可知此时由于离心力和前轮转向力的作用而加剧了汽车侧滑。因此后轴侧滑是一种不稳定的、危险的工况(如图1-3b所示)。
a）前轮抱死时的情况 b)后轮抱死时的情况
图1-3 抱死时的运动情况
7
1.4本文主要研究任务
在本文设计中，以改进ABS控制器为目的，以优化ABS控制器的算法为途径，以控制器的设计步骤为脉络，以汲取前人的设计经验为基础，主要阐述了ABS发展前景，比较了ABS控制器的几种算法优劣，分析了汽车动力性，探讨了整车动力模型研究方法。本论文第一章介绍了汽车ABS的一些基本知识与发展趋势、状况；第二章中介绍了汽车ABS的工作原理及系统结构和各部件的作用，最后分析了制动过程中车轮抱死的运动状况；第三章则主要讲解了汽车ABS的建模与MATLAB仿真；第四章首先介绍了MATLAB的基本知识，然后建立了MATLAB/SIMULINK仿真模型与仿真结果分析，论文最后作出总结与展望。
8
汽车ABS系统的工作原理及过程
第2章 汽车ABS系统的工作原理及过程
2.1汽车ABS系统的结构及各部件的作用
不同的汽车制动系统会有差异，同样 ABS 也随车型的不同而不同，但是基本都是由轮速传感器、制动压力调节装置和电子控制单元等组成。在不同的 ABS 系统中，电子控制单元的内部结构和控制逻辑也不尽相同，制动压力调节装置的结构形式和工作原理往往也不同，下图2-1是一个典型的 ABS 系统结构图
图2-1 典型的 ABS 系统结构图
如图 2-1 所示的 ABS 系统结构图，四个车轮分别安装有一个轮速传感器，用来实时采集各车轮的转速信号，并发送给电子控制单元（ECU），ECU 根据各轮轮速信号对该轮的运行状态进行判断，并发出相应的指令给制动压力调节装置，对该轮的制动压力进行调节。制动压力调节装置主要由调压电磁阀总成、储液器和电动泵总成等组成。它接收来自 ECU 的控制信号，驱动电磁阀动作以实现对压力的调节，是 ABS 系统中的执行机构。ECU 是 ABS 系统的核心部件，是控制逻辑的载体，它接收来自速度传感器的速度信号，并经过信号处理电路的处理，由运算单元计算出滑移率，然后按照预设的滑移率、加速度及减速度
9
门限值，得出增压、保压或减压的控制指令，并通过电磁阀输出控制指令。
传感器 控制器 执行机构 行驶车辆 制动系统
图2-2 ABS系统结构框图
ABS系统是在汽车原有的传统制动系统基础上所安装的电控系统总的来
说，装有 ABS 的汽车制动系统由两部分组成，即基本制动系统和制动力调节系统。前者是制动主缸、制动轮缸和制动管路等组成的普通制动系统，可以完成汽车的常规制动。而后者是由轮速传感器、ABS 控制器、ABS 执行器等构成的压力调节控制系统，在制动过程中是用以保证车轮由始至终不会抱死，车轮滑移率一直在合理范围内浮动，系统框图如图2-2所示。
ABS ECU与基本输入/输出信号如图2-3所示。
图2-3 ABS ECU与基本输入/输出信号图
2.1.1车轮转速传感器
车轮转速传感器通常是电磁感应式转速传感器，目前也有霍尔效应式车轮
右后轮转速传感器 左后轮转速传感器 右前轮转速传感器 左前轮转速传感器 液压控制单元 （液压调节器） 电子控制 单元 （ECU） 故障指示灯 自诊断系统 10
汽车ABS系统的工作原理及过程
转速传感器。传感器的功能是检测车轮的转速并把转速信号送到ECU。它安装在随车轮或者驱动轴旋转的齿圈处，并与齿圈对齐。
当今汽车的 ABS 系统中都装有电磁感应式的轮速传感器，它能够安装在车轮上，也可装备在主减速器和变速器中。
轮速传感器由永久磁铁、磁极、线圈和齿圈四部分组成。当齿圈在磁场中旋转，齿圈齿顶和电极的间隙就以恒定的速度改变，使磁路中的磁阻改变。其结果是使磁通量周期地增减，在线圈的两端产生正比于磁通量增减速度的感应电压，并将该交流电压信号输送给电子控制器。 2.1.2电子控制单元ECU
现代的ABS都以微处理器(CPU)为核心组成电子控制装置,该系统主要有输入电路、控制为微处理器、安全微处理器，输出电路及电源控制电路等部分组成。
ECU是ABS的控制中枢，其作用是接受从各个车轮速度传感器送来的信号，经过整形放大变换为同频率的方波脉冲信号，经过计算电路计算清楚参考车速、各车轮速度和减速度（或者加速度），并对计算结果与设定的基准值加以比较，发出控制指令信号，经过功率放大器放大，控制制动压力调节器的电磁阀动作，从而调节制动压力。此外，ECU还具有对整个ABS工作状况自检和安全监视警告功能。
当汽车制动时,车轮转速传感器不断地将车轮角速度信号传输给CPU,CPU基一于模糊控制的汽车ABS系统仿真研究则根据这些信号进行逻辑判断和分析,并加以计算,一旦识别出某一或某些乍轮有抱死现象时,就发出命令,送到制动压力调节装置中,通过对压力调节器中调压元件进行“升压”、“压力保持”及“降压”三种不同的状态的控制,从而调节制动器室的制动压力,防止车轮制动抱死。
为了有效的防止电子控制装置发生故障而引起误动作,车辆上实际装用的ABS控制电路,大都装有两个CPU,可同时接受相同的输入信号,且按相同的程序进行运算和处理,在通过交互式通讯方式对处理结果进行比较,若两结果不完全相同时,则其中的任何一个CPU均可使ABS退出工作状态。当ABS正常工作时,微处理器主要用于系统的控制,另一个微处理器则用于系统的检测。
11