汽车防抱死制动系统(ABS)精要.ppt

汽车电子控制技术 重庆大学机械工程学院汽车系 张伟 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判定车轮的滑移率,自动调节作用在车轮上的制动力矩,防止车轮抱死,取得最佳制动效能的电子装置。车轮处于“抱死”状态的负效应 : l 由于车轮被抱死,车辆不能实现弯道转向,躲避障碍物或行人而造成交通事故。 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、甩尾及急转等危险现象。 3 车轮抱死时的附着力一般低于路面所能提供的最大附着力,车轮在全抱死状态的制动距离反而有所增加。 4 因为车轮被抱死导致轮胎局部急剧摩擦,降低了轮胎的使用寿命。 研究的重点： l 跟踪路面特性的变化,使ABS各项性能指标始终处在最佳状态的控制算法。 2 提高关键元件的可靠性和性能指标,如用开关阀和调制脉冲宽度实现比例控制；采用低成本比例阀实现连续控制,可弥补开关阀的缺陷。 3 降低ABS的装车成本,扩大ABS在汽车上的普及率。 4 由单一的ABS控制目标转向多目标的综合控制,故ABS系统的软硬件设计应能扩充为多目标的综合控制。 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μ定义为路面附着力Ft与作用在车轮上的垂直负荷FN之比: μ Ft ／FN 子午线轮胎在干燥路面上附着系数最大。不同路面的附着系数大约在0.05～l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: λ （VV-VW ）／ VV VV ωwre滚动半径 式中λ 在-l00%～+l00%范围内变化： λ在-l00%～0%区间为驱动工况,其轮速大于车速,车轮相对地面滑转,对应的λ值称为滑转率。 λ在0%～100%为制动工况,此时车速大于轮速,车轮相对地面滑移, λ称为滑移率。 几个特殊点λ＝0、 λ＝ -l00%和λ＝ 100%分别对应车轮自由滚动、车轮纯空转和车轮被完全抱死状态。 ABS制动系统把λ控制在λk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直线行驶稳定性和操纵稳定性。 ６.3单轮车辆系统的数学模型 6.3.1车轮制动状态数学模型 为研究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ω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状态： 当控制阀使油源与轮缸接通,制动缸增压； 控制阀关闭,制动缸保压； 控制阀使制动器和回油路相通,制动缸减压。 在进行系统分析与设计时,为了简化系统,可在常用的工作压力点线性化： dP／dt uk0 u 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: dTb／dt ukb u 1 增压）；-1（减压）；0（保压） 考虑到制动缸在增压和减压时需要不同的变化率以满足不同的使用性能,则作用在车轮上的制动力矩的变化率可进一步写成如下的形式∶ dTb／dt U U 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λk附近,使路面的附着系数得到最充分的发挥。那么,应以哪些参数作为控制目标才能使控制的效能最佳?事实上,有不同的方法都可以达到预期的目标,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基础。 6.4.1简单逻辑控制算法 总的制动力： 制动最大减速度： 角减速度超过极限： 车轮可能出现抱死。 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 为了适应路面特牲的变化,必须通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改,使车辆在不同运行环境下都能取得最佳的效果。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 价格较高。 采用接触方式 如五轮仪 ,既不方便,其形态也难以被用户所接受。故一般不采用直接测量的方法获得实际车速,而是采用间接的方法由车轮的角速度和负