電子控制ABS系統(tǒng)的非線性理論分析

　　由于汽車行駛時輪胎與地面之間的縱向作用力和橫向作用力是非線性的，依舊存在一定的缺陷，通過研究abs系統(tǒng)制動力的非線性變化，提出改進(jìn)對策。
         
       電子控制abs的工作原理

　　汽車制動時由于車輪速度v1與汽車速度v2 之間存在的差異。當(dāng)汽車正常運(yùn)行時，v1≥v2；當(dāng)汽車制動時，v1≤v2  ; ；因而會導(dǎo)致汽車輪胎 與地面之間產(chǎn)生滑移。如圖1所示，道路附著系數(shù)與車輪滑移關(guān)系曲線可以看出：滑移率

　　當(dāng)車輪以純滾動方式與路面接觸時，其中s=0，為純滾動狀態(tài)。當(dāng)汽車車輪速度為汽車速度80%時，s=20%，為連滾帶滑狀態(tài)，此時車輪具有最大的縱向附著力和較高的側(cè)向附著力；當(dāng)車輪抱死并轉(zhuǎn)速為0時，s=100%時，其側(cè)向附著力最小，只要很小的側(cè)向力干擾，汽車便能產(chǎn)生側(cè)滑。風(fēng)力干擾、制動不均、路面傾斜等，都會使汽車產(chǎn)生側(cè)滑。側(cè)滑在行駛安全中最危險，最易產(chǎn)生交通事故，所以汽車行駛時，首先必需防止制動抱死。

　　研究表明：當(dāng)滑移率8%≤s≤35%時，能傳遞最大制動力。制動防抱死的基本原理就是依據(jù)上述的研究結(jié)論，通過控制調(diào)節(jié)制動力，使制動過程中車輪滑移率在合適的范圍內(nèi)，以取得最佳的制動效果。

　　圖 1  附著系數(shù)f與滑移率s的非線性關(guān)系曲線。

　　圖 2  對角車輪獨(dú)立調(diào)節(jié)控制的fkx-ac型abs

　　圖3 全電子自動控制abs的系統(tǒng)方框圖

　　電子控制abs的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　abs系統(tǒng)通常由傳感器、控制器和調(diào)節(jié)器三部分組成，并通過線路連接成一個有機(jī)體，形成一個以滑移率為目標(biāo)的自動控制系統(tǒng)。按照傳感器、控制器和調(diào)節(jié)器的配置和控制方式不同可組成不同的abs系統(tǒng)。而不同的系統(tǒng)具有各自的成本和性能。

　　如圖2是對角車輪獨(dú)立調(diào)節(jié)控制的abs系統(tǒng)，它由兩套傳感器、一個兩通道控制器和兩個調(diào)節(jié)器組成，前軸傳感器布置在右前輪，后軸傳感器布置在左后輪，控制器布置在駕駛區(qū)儀表盤上，調(diào)節(jié)器分別連接到前、后制動管路中。

　　傳感器：由一個永磁式傳感器和激磁環(huán)組成，傳感器一般固定在車軸或制動底板上，激磁環(huán)則固定在輪轂上，它們以非接觸式將車輪傳動的脈沖信號連續(xù)不斷的傳給控制器。

　　控制器：監(jiān)測、處理傳感器輸送來的信號，將其信號處理成車輪的速度、減速度、加速度和滑移率，并按照預(yù)先設(shè)定的減速度、加速度和滑移率的門限值，將指令發(fā)給連接在制動管路上的調(diào)節(jié)器，從而實(shí)施加氣、保持和放氣功能，調(diào)節(jié)管路的壓力，以滿足多個車輪在不同路面狀態(tài)下的最大制動的要求。

　　調(diào)節(jié)器：是abs的執(zhí)行部分，它負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)壓力，以滿足多個車輪在不同路面狀態(tài)下的最大制動力的要求。                                      

　　電子控制abs系統(tǒng)通道結(jié)構(gòu)

　　abs系統(tǒng)的通道是指連接壓力調(diào)節(jié)器與制動器的獨(dú)立液壓回路，按其數(shù)量可分為雙通道、三通道、四通道和六通道結(jié)構(gòu)。雙通道結(jié)構(gòu)有兩個傳感器，可獨(dú)立進(jìn)行調(diào)整。兩個后輪裝有一個傳感器，共用一個通道，其缺點(diǎn)是當(dāng)其中一后輪要抱死時，另一個要一同調(diào)整。較為理想的是各個輪子都裝有傳感器，有自己的通道，都可以獨(dú)立調(diào)整。如二軸四輪汽車使用四通道結(jié)構(gòu)abs系統(tǒng)，三軸六輪汽車使用六通道結(jié)構(gòu)abs系統(tǒng)，確保最短的制動距離和最佳的方向穩(wěn)定性。

    電子控制abs系統(tǒng)的非線性分析

　　根據(jù)圖1附著系數(shù)ф 與滑移率s的非線性關(guān)系可知：

　　縱向附著力系數(shù)

f縱=-k縱(s-0.2)2+0.825 (s≤20%)---------------------(1)
f縱=k縱(s—0.95)2+0.725 (s≥20%)----------------------(2)
k縱=0.17778
橫向附著力系數(shù)
f橫=—k橫s+ 0.73 -----------------(3)
k橫=0.73

　　從上述縱、橫向附著力的表達(dá)式可以看出：縱向附著力系數(shù)為s的非線性函數(shù)，橫向附著力系數(shù)為s的線性函數(shù)。研究上述兩函數(shù)，找出s為何值時，f縱和f橫的諧調(diào)值最大，從而利用s來控制f，以達(dá)到最佳制動效果?！?

　　電子控制abs系統(tǒng)改進(jìn)對策

　　目前，傳統(tǒng)電子控制abs的系統(tǒng)存在的問題：

　　(1) 采用共用通道時，當(dāng)其中一輪要抱死時，另一個對稱輪也要一同調(diào)整。

　　(2)由于通道內(nèi)的液體壓力受空氣壓縮泵的加氣狀態(tài)的影響，具有時變性和不確定性等特點(diǎn)，因此會出現(xiàn)有時防抱死系統(tǒng)效果不佳和系統(tǒng)失靈的情況。

　　(3)由于通道內(nèi)的液體傳遞采用改變氣壓傳遞方法，在傳遞的過程中由于要進(jìn)行加氣、保持和放氣等過程，反應(yīng)速度較慢。

　　根據(jù)傳統(tǒng)電子控制abs系統(tǒng)存在的上述三個問題，采取相應(yīng)的改進(jìn)對策：

　　(1) 采用獨(dú)立通道，當(dāng)其中一輪要

　　(2) 要解決由于通道內(nèi)的液體壓力(制動氣室的氣壓)受空氣壓縮泵的加氣狀態(tài)的影響，導(dǎo)致其具有時變性和不確定性等特點(diǎn)；采用電路替換通道，以提高傳遞速度和可靠性，克服時變性和不確定性等因素造成的缺陷。

　　(3) 要徹底解決傳統(tǒng)電子控制abs系統(tǒng)存在的問題，就要采用全電子自動控制abs系統(tǒng)。將氣壓制動改成電磁制動，以滑移率s為變量，經(jīng)傳感器將滑移率s變?yōu)殡姶判盘?，?jīng)過單片機(jī)(可采用intel公司8798單片機(jī))處理，傳遞給電磁制動剎車器件，這樣不僅提高了傳遞速度，同時也提高了可靠性系數(shù)?？纱_保汽車有最短的制動距離和最佳的方向穩(wěn)定性。圖3為全電子自動控制abs的系統(tǒng)方框圖。

　　全電子自動控制abs系統(tǒng)的工程原理：由于采用電磁制動系統(tǒng)，當(dāng)緊急剎車時，自動進(jìn)入全電子自動控制abs的系統(tǒng)，這時s為自變量，傳感器將此信號傳遞給單片機(jī)經(jīng)處理后，控制電磁制動(電磁剎)，如果電磁制動過急，則電磁剎將此信號反饋給傳感器進(jìn)行自動控制狀態(tài)調(diào)整。