電子控制ABS系統(tǒng)的非線性理論分析

　　由于汽車行駛時(shí)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(dòng)力的非線性變化，提出改進(jìn)對(duì)策。
         
       電子控制abs的工作原理

　　汽車制動(dòng)時(shí)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(shí)，v1≥v2；當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，v1≤v2  ; ；因而會(huì)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(dòng)方式與路面接觸時(shí)，其中s=0，為純滾動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)汽車車輪速度為汽車速度80%時(shí)，s=20%，為連滾帶滑狀態(tài)，此時(shí)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(shí)，s=100%時(shí)，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(dòng)不均、路面傾斜等，都會(huì)使汽車產(chǎn)生側(cè)滑。側(cè)滑在行駛安全中最危險(xiǎn)，最易產(chǎn)生交通事故，所以汽車行駛時(shí)，首先必需防止制動(dòng)抱死。

　　研究表明：當(dāng)滑移率8%≤s≤35%時(shí)，能傳遞最大制動(dòng)力。制動(dòng)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(dòng)力，使制動(dòng)過程中車輪滑移率在合適的范圍內(nèi)，以取得最佳的制動(dòng)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(duì)角車輪獨(dú)立調(diào)節(jié)控制的fkx-ac型abs

　　圖3 全電子自動(dòng)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(gè)有機(jī)體，形成一個(gè)以滑移率為目標(biāo)的自動(dòng)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(duì)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(gè)兩通道控制器和兩個(gè)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(dòng)管路中。

　　傳感器：由一個(gè)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(dòng)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(dòng)的脈沖信號(hào)連續(xù)不斷的傳給控制器。

　　控制器：監(jiān)測(cè)、處理傳感器輸送來(lái)的信號(hào)，將其信號(hào)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(dòng)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(gè)車輪在不同路面狀態(tài)下的最大制動(dòng)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(gè)車輪在不同路面狀態(tài)下的最大制動(dòng)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(dòng)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(gè)傳感器，可獨(dú)立進(jìn)行調(diào)整。兩個(gè)后輪裝有一個(gè)傳感器，共用一個(gè)通道，其缺點(diǎn)是當(dāng)其中一后輪要抱死時(shí)，另一個(gè)要一同調(diào)整。較為理想的是各個(gè)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(dòng)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(shí)，f縱和f橫的諧調(diào)值最大，從而利用s來(lái)控制f，以達(dá)到最佳制動(dòng)效果?！?

　　電子控制abs系統(tǒng)改進(jìn)對(duì)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(shí)，當(dāng)其中一輪要抱死時(shí)，另一個(gè)對(duì)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(shí)變性和不確定性等特點(diǎn)，因此會(huì)出現(xiàn)有時(shí)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(gè)問題，采取相應(yīng)的改進(jìn)對(duì)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(dòng)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(shí)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(shí)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(dòng)控制abs系統(tǒng)。將氣壓制動(dòng)改成電磁制動(dòng)，以滑移率s為變量，經(jīng)傳感器將滑移率s變?yōu)殡姶判盘?hào)，經(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(dòng)剎車器件，這樣不僅提高了傳遞速度，同時(shí)也提高了可靠性系數(shù)?？纱_保汽車有最短的制動(dòng)距離和最佳的方向穩(wěn)定性。圖3為全電子自動(dòng)控制abs的系統(tǒng)方框圖。

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