防抱死控制系统（共10篇）
防抱死控制系统 篇1
摘要：防抱死制动系统(Anti-lock braking system,简称ABS)通过改变制动系统压力以防止车辆紧急制动时的抱死拖滑,它是改善汽车主动安全性的重要装置。本文主要使用Matlab中的Simulink模块分别对基于逻辑门限值控制策略和模糊控制策略的ABS进行了建模仿真,从滑移率和制动距离入手讨论了不同控制策略对车辆制动性能的影响,以及不同路面下ABS性能的差异。对不同车型的ABS的结构选型、性能分析具有重要意义。
关键词：制动防抱死系统,控制策略,仿真模型
0 引言
ABS系统即制动防抱死系统,是为了防止车辆在紧急制动时车轮抱死和丧失转向能力的主动安全系统。相比普通制动系统,ABS有效改善了制动时的行车稳定性、操作性,充分发挥制动器效能,并减小轮胎磨损,制动安全性大为增加。
ABS系统的控制目标是选择合适的控制策略,根据所选的控制变量(滑移率或者轮速),使车辆在制动时的滑移率在最佳值附近。目前ABS系统主要采用逻辑门限值控制、滑模变结构控制、PID控制、模糊控制等控制策略。
1 ABS系统的控制策略
1.1 逻辑门限值控制
逻辑门限值控制是确定一个期望滑移率,当系统检测到的实时滑移率大于预先设定的参考值时制动系统降压,其余时间增压。通常根据经验确定增压与降压的幅度,该控制策略的优点是不涉及具体的控制数学模型,被广泛应用,缺点是互换性较差,需要做大量的实验才能获取到经验参数,其控制逻辑较复杂,控制不够平稳。
1.2 滑模变结构控制
滑模变结构控制是一种非线性的控制策略,其根据系统当时的状态、偏差以及导数值,用理想开关的方式切换控制量的大小及符号,使系统在切换线邻近区域来回运动。该控制策略依赖于车辆的数学模型,无法对多体动力学模型进行控制。
1.3 PID控制
PID控制策略是基于滑移率的控制,系统将实际滑移率控制在最佳滑移率点。这种系统从理论上讲是最好的,但它实施难度大,特别是不易确定最佳滑移率点,而且基本上依靠试凑法来取控制参数,缺乏理论依据,所以进行这方面的理论研究及模拟工作比较多,不能被广泛用于现有实际系统的控制。
1.4 模糊控制
模糊控制是一种基于经验规则的、并列型的开关控制,可较好地适应动态变化工况非线性时变系统(车辆控制过程)。利用模糊逻辑控制的ABS在制动过程中,利用制动时车辆的运动特征与路面特性间的关系估计路面状况,以确定不同路面的最佳滑移率,根据滑移率和滑移率误差的变化量确定ABS制动压力调节器的调节压力。
2 制动防抱死系统的控制策略研究和仿真
2.1 基于逻辑门限值控制方法的仿真模型建立
通常用单论模型对车辆的运动状态及受力情况进行分析,建立车辆的单轮模型可以大大简化复杂的动力学模拟过程,易于描述制动过程。车轮在制动时的受力情况如图1所示。
由上图可建立单轮模型的动力学方程:
方程式中的G是汽车质量,μ是附着系数,F是地面的支撑力,R是汽车轮胎半径,M是汽车制动时的制动力矩,F是地面附着力,v是汽车速度,ω是轮胎角速度,I是车轮等效转动惯量。
路面模型选择干沥青路面,附着系数与滑移率的关系为:
制动系统可简化成一个一阶惯性环节,在制动时系统进入压力稳定阶段后,可认为制动压力与力矩成线性关系,比例因子为Kf。
在Simulink中搭建的ABS仿真模型如图2所示。
模型中先设置期望滑移率,并在预先设置的一维查表模块输入干沥青路面下滑移率和附着系数的关系,根据滑移率定义式和式(2)计算出相对滑移率,然后将计算值输入到比较模块,借助sign函数控制器,控制轮压的增减,以达到反馈控制轮角速度的目的。
2.2 基于模糊控制方法的仿真模型建立
模糊控制方法的核心部分是模糊控制器的设计。模糊控制器在工作过程中首先将输入量进行模糊化处理,然后进行模糊推理,再清晰化处理推理得出的模糊量,最终将清晰控制量输出。对ABS仿真中,把理想滑移率和实际滑移率之差作为模糊控制器输入量。模糊控制方法原理如图3所示。
Simulink中有专为模糊控制策略仿真所定制的模糊控制箱工具,利用该工具可方便的对ABS模糊控制器进行设计。ABS的模糊控制系统对输入量滑移率误差E和滑移率误差变化率Ec进行模糊化处理;输出量为制动压力变化量U。当设定的初始最佳滑移率为0.2时,则滑移率误差的变化范围为(-0.2,0.8),滑移率误差的变化率Ec的变化范围取为(-6,6),制动压力变化量U的取值范围为(-6,6)。分别设计输入量滑移率误差E、滑移率误差变化率Ec和制动压力变化量U的隶属度函数如图4所示,以使制动压力变化量U对应快速减压(NB),中速减压(NM),慢速减压(NS),保压(ZE),慢速增压(PM),中速增压(PM),快速增压(PB)7个状态。设置时要保证论域的不对称性。
设置完隶属度函数后,需要编辑模糊规则,通过”If E is()and Ec is()then U is()”语句建立滑移率误差及其微分输入量和压力变化输出量的逻辑关系,以满足ABS工作中压力变化的7个状态,建立好的49条规则如表1所示,并在模糊逻辑编辑器中输入表中的逻辑关系。
输出控制规则三维曲面如图5所示。
搭建的基于模糊控制策略的仿真模型如图6所示。
模型中,E和Ec的比例因子分别设置为1和0.4,以达到最快的仿真效果。和逻辑门仿真模型不同的是,因为模糊控制器输出的是轮缸压力变化速率的变化值,需经过两次积分获得轮缸压力。模型中还采用零阶保持器以加快仿真速率。
2.3 仿真结果分析
2.3.1 基于不同控制策略的ABS制动效果比较
由图7中可以看出,无ABS的车辆,制动后不久就达到抱死状态。而有ABS的车辆,无论用哪种控制策略,都没有在车辆停止前抱死拖滑,验证了ABS具有预防车轮抱死的效果。基于逻辑门限值控制策略的车辆滑移率在理想值0.2附近反复波动;而模糊控制策略仿真的滑移率曲线平缓接近0.2,这是因为模糊控制器中拟定的制动压力变化规律受到滑移率误差和其变化率的影响,不会出现很大的波动,仿真曲线和控制规律相一致。
由图8所示,比较其制动距离曲线可以看出,有ABS的车辆制动距离较短,这是因为制动曲线在理想值附近,充分利用了路面附着力的缘故,所以装载ABS的车辆制动性能也较好。上图中还可以发现,采用逻辑门控制的ABS制动距离要比模糊控制的ABS制动距离更短,效果更好。
2.3.2 基于不同附着系数路面的ABS制动效果比较
将干沥青路面模型换为疏松积雪路面。附着系数和滑移率的关系为:
在逻辑门控制下的ABS制动效果曲线比较如图9和图10所示。
由仿真结果可知,因为疏松积雪路面的附着力比干沥青路面低,因此更容易打滑,滑移率曲线的波动较大,制动距离较长,所以即使安装了ABS的车辆,在冰面、雪地等低附着路面行驶时,驾驶员需要注意行车安全,低速行驶。
3 结论
ABS是提高汽车主动安全性能的重要装置,虽然ABS有极其成熟的市场,但份额基本被国外公司垄断,国内对于ABS的研究还处在起步阶段,在ABS的结构和控制策略的设计上还需不断的深入。本文主要介绍了目前应用于ABS的不同的控制策略,分析了ABS制动过程中的动力学模型,使用Matlab中的Simulink模块分别对基于逻辑门限值控制策略和模糊控制策略的ABS进行了建模仿真,从滑移率和制动距离入手讨论了不同控制策略对车辆制动性能的影响,以及不同路面下ABS性能的差异。从而得到了ABS系统的工作规律,为深入开展汽车ABS的研究提供了有价值的参考和指导意义。
防抱死控制系统 篇2
汽车防抱死制动系统三种控制算法制动性能比较
控制算法是Ans的`核心.鉴于控制算法的多样性,在建立汽车制动系统仿真模型的基础之上,本文从仿真的角度,对比BangBang、PID和逻辑门限值三种控制算法的ABS制动性能.仿真结果表明:控制效果最好的是PID控制,逻辑门限值较差.
作 者：冷雪 李文娟 王旭东 高小丽 LENG Xue LI Wen-juan WANG Xu-dong GAO Xiao-li 作者单位：哈尔滨理工大学,电气与电子工程学院,黑龙江,哈尔滨,150040刊 名：自动化技术与应用英文刊名：TECHNIQUES OF AUTOMATION AND APPLICATIONS年，卷(期)：200928(2)分类号：U463.526关键词：ABS Bang-Bang PID 逻辑门限值
防抱死控制系统 篇3
关键词：ABS系统；道路试验；评价指标
中图分类号：U463.5 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2011）05-0059-04
Test Study and Analysis on Anti-lock Braking System
GU Su-qin1，RUAN Ting-chuan2
（1.China Automotive Engineering Redearch Institute，Chongqing 400039，China；
2.Inner Mongolia North Hauler Joint Stock Co.，Ltd，Baotou 014030，China）
Abstract:It is a serious problem that if an Anti-lock Braking system can meet a vehicle request. So in order to optimize the ABS testing method，many tests under different road adhesion coefficient， different vehicle speed and vehicle load. can be done.At last，to validate if the testing method is suitable for evaluating ABS behavior basing on measured vehicle deceleration and wheel angle speed. This paper also introduces two new evaluating index:yaw angle and yaw angle speed to evaluate ABS behavior.
Key words:anti-lock braking system；road testing；evaluating index
汽车防抱死制动系统( Anti-lock Braking System ) 简称ABS，是基于汽车轮胎与路面之间的附着性能随滑移率改变的基本原理而开发的电子控制制动系统，它从防止制动过程中车轮“抱死”的机理出发，避免汽车后轮侧滑和前轮丧失转向能力，以达到提高汽车行驶稳定性、操纵性和制动安全性的目的［1］。
统计资料表明汽车发生事故时，有51.59%是因为制动时发生车轮抱死，随之发生侧滑的也占事故车总数的21.34%［2］。采用ABS后，由于避免了汽车后轮侧滑和前轮丧失转向能力，进而提高了汽车行驶稳定性、操纵性和制动安全性，可有效地避免或者减轻事故造成的损失。我国也对汽车的制动系统性能制定了相关国家标准。GB 12676-1999《汽车制动系统结构性能和试验方法》规定从2003年10月起，M3类旅游客车，N3类载货汽车和O4类挂车必须装用防抱死制动装置，2003年颁布了具体的防抱制动系统试验方法GB/T13594-2003《机动车和挂车防抱制动性能和试验方法》，2004年又具体规定了必须安装的车型和时间(见GB 7258—2004《机动车运行安全技术条件》)，同时交通部规定高速公路营运客车必须装备ABS系统［3］。
目前国内汽车制造商在应用ABS系统时遇到一些问题，即ABS系统与车辆的匹配问题，即验证某一特定车辆安装ABS制动系统后，其制动性能是否达到了国家标准和相关的规定，这需要通过整车道路试验验证是否满足国家标准的要求。
1 ABS的工作原理
汽车在制动过程中，车轮与路面会产生相对滑移，滑移成份在车辆纵向运动中所占比例称为滑移率，定义见公式（1）［4］。
=×100%（1）
式中：为车辆行驶速度，m/s; r为车轮半径，m；为车轮转速，rad/s。
试验发现，在硬实的路面上，弹性轮胎与路面间的附着系数μ和滑移率?姿存在如图1所示的一般性关系。
图 1 附着系数与滑移率的一般关系
从图1中可以看出：当车轮的滑移率处于峰值附着系数μp的附近范围内时，侧向附着系数μs约为最大纵向附着系数的50%~75%。如果能够将车轮的滑移率控制在这一范围时，车轮的纵向附着系数最大，同时车轮的侧向附着系数也较大，从而保证获得充分的制动力和足够防止侧向滑移所遇的侧向附着力。
ABS系统正是利用道路与轮胎之间的这种关系，在制动过程中利用车轮轮速传感器测得车轮的角速度，根据角速度及角速度的变化率估计整车速度，并按公式（1）计算滑移率。通过压力调节器控制制动力的大小，使滑移率保持在μp附近，使路面附着性能得到充分的发挥，从而达到最佳的制动效果。
2 装备ABS系统车辆的道路试验结果及分析
ABS必须与汽车制动系统匹配，否则不可能得到良好的制动性能。单独评价ABS的性能没有实际意义，ABS的性能最终应体现在装用该ABS的车辆的制动性及制动稳定性上，因此必须用安装ABS的汽车进行道路试验，对整车试验结果进行分析评价才有实用价值。
下面是一次具体的ABS道路试验结果：依据GB/T 13594-2003《机动车和挂车防抱制动性能和试验方法》，对某客车在ABS专用性能试验道路上进行的试验。
2．1 试验结果
ABS系统失效时车辆剩余制动效能试验结果如表1所示。
表 1 ABS系统失效时车辆剩余制动效能试验结果
2．2 计算结果
附着系数利用率ε测量计算结果如表2所示。
表2 附着系数利用率测量结果
2．3 对接路面试验
对接路面试验主要用于评价ABS系统控制逻辑中路面识别功能的优劣性，反应灵敏性。
试验客车采用空载和满载两种工况，从高附着系数路面驶入低附着系数路面进行试验，试验时分别以初速度40 km/h和80 km/h急促全力制动（试验曲线见图2），15 km/h以上车速时均未发生车轮抱死现象，保证方向稳定性、转向操纵性。
图2 高附到低附试验的车速及车轮转速曲线
试验客车采用空载和满载两种工况，从低附着系数路面驶入高附着系数路面进行试验，试验时以初速度50 km/h急促全力制动（试验曲线见图3），ABS反应灵敏，能在短时间内达到适应于高附着系数路面的最大的减速度，保证制动效能的要求。
由图2可知，可以明显看到路面跳跃点。车速曲线的斜率在路面转换点有明显的拐点，其斜率由陡变缓。高附路面制动时制动系统有较高的制动压力，当车辆跳变到低附着系数后，ABS系统降低制动压力，使其制动压力与路面附着系数相适应。在过渡处有一个较大波动，尤其是低速制动时在过渡处存在短暂抱死，这是由于压力降低没有变换的过程快。
由图3可知，车速曲线的斜率在路面转换点也存在拐点，其斜率由缓变陡。低附着路面制动时制动系统压力低，制动循环比较大，当车辆跳变到高附着系数后，ABS系统压力持续升高，使其制动压力与路面附着系数相适应，接近系统最大制动压力。
图3 低附到高附试验的车速及车轮转速曲线
2.4 对开路面试验
对开路面制动因左右侧车轮制动力不等造成横摆现象，通过试验对ABS的控制逻辑和控制驱动方式的优劣性作出评价。
试验客车采用空载和满载两种工况，左右车轮分别位于高附着系数和低附着系数路面进行试验，试验时以初速度50km/h急促全力制动（试验曲线见图4），均未发生车轮抱死现象，制动过程中方向盘轻微转动修正行驶方向保证了方向稳定性。
图4 左侧附着系数高的道路试验
由图5可知，ABS系统对车轮抱死现象进行了很好地控制，无论高速还是低速，附着系数高的路面一侧轮制动过程中控制循环比较少，制动力较大，减速度稳定，速度波动小；附着系数低的路面一侧车轮制动控制循环比较多，控制循环比较大且有短暂抱死现象。
图5 右侧附着系数高的道路试验
3 结论
试验结果表明：该样车符合GB/T 13594-2003《机动车和挂车防抱制动系统性能和试验方法》要求，但没有对整车制动稳定性和方向操纵能力做出定量的要求。同样，通过对其它ABS法规分析可知：附着系数利用率ε作为评价指标侧重于制动效能的评价，没有兼顾ABS工作时整车的制动稳定性和方向操纵能力。实际上我们在进行整车ABS道路试验时，经常遇到车辆激转、严重侧滑甚至翻车等事故，这说明：对ABS性能的评价必须通过在整车上进行道路试验才能得到认定，我国现行的GB/T 13594-2003《机动车和挂车防抱制动系统性能和试验方法》标准，对ABS工作时整车的制动稳定性和方向操纵能力缺乏定量的要求，评价指标的完整性和科学性有待进一步提高。
参考文献:
［1］ 赵津，王婷. ABS技术及其在轿车的实现［J］.贵州工业大学学报（自然科学版），2001，30（4）：97~99.
［2］ 丁传龙.交通事故再现中ABS汽车制动痕迹的研究与应用［D］.哈尔滨:哈尔滨工业大学.2005.
［3］ 张明.军用汽车ABS试验方法与测试系统研究［D］.南京:南京理工大学.2008.
防抱死控制系统 篇4
1 ABS的组成
ABS主要由传感器、ECU和执行器三部分组成, 其功能见表1。
2 ABS控制原理
汽车在制动过程中, 车轮抱死时危害较大, 但滑移率在20%左右时车轮与路面间的纵向附着系数最大, 可获得最大地面制动力, 能最大程度地缩短制动距离;同时车轮与路面间横向附着系数也较大, 使汽车制动时能较好地保持方向稳定性和转向控制能力。
汽车制动过程中, ABS能自动调节车轮制动力, 将滑移率控制在20%左右, 防止车轮抱死, 从而获得最佳制动性能。ECU接收轮速传感器等输入的信号, 分析判断后输出控制指令, 控制制动压力调节器进行压力调节, 实现增压、保压和减压控制过程。
2.1 常规制动过程, 见图1。
电磁阀不通电, 衔铁在图示位置, 主缸和轮缸管路相通, 主缸可随时控制制动压力的增减。此时液压泵不工作。1-主缸;2、5、11-单向阀;3-液压泵和电动机总成;4-ECU;6-储液器;7-前轮轮速传感器;8-轮缸;9-回位弹簧;10-磁化线圈;12-三位电磁换向阀
2.2 减压过程, 见图2。
当ECU对电磁阀提供较大电流时, 柱塞移至上端, 主缸和轮缸的通路被截断, 轮缸和储液器接通, 其制动液流入储液器, 制动压力降低。与此同时, 电动机带动液压泵工作, 将流回储液器的制动液加压后送回主缸。
2.3 保压过程, 见图3。
当轮缸中的制动管路压力降低 (或在升压过程中压力升高) , 使车速达到预定值时, 车速传感器给ECU传送相应信号, ECU控制磁化线圈通入较小的电流, 磁化线圈产生的磁力将相应减小, 三位电磁换向阀阀芯在回位弹簧的作用下移至中间位置。B孔和C孔都关闭, 同时单向阀也都关闭, 所以轮缸中的制动液被封闭, 压力得以保持。
2.4 增压过程, 见图4。
只有轮缸中的制动液压力升高时, 才能产生更大的制动力, 从而使车速尽快降低。ECU使磁化线圈断电, 三位电磁换向阀被回位弹簧拉下, 此时B孔打开, C孔关闭, 主缸中的制动液经B孔和A孔流至车轮轮缸中, 从而使轮缸中的制动液压力升高, 制动力增大。
当制动力增大到一定程度时, 车轮又会出现即将抱死的状态, 这时又需对轮缸降压, 从而开始下一个降压-保压-升压循环。制动防抱死装置是以脉冲的形式 (脉冲频率为4Hz到10Hz) 对制动压力进行调节, 始终将车轮的滑移率控制在10%~30%的范围内, 防止车轮抱死拖滑, 最大限度地保证了制动时汽车的稳定性, 缩短了制动距离。
结束语
ABS在传统制动系统的基础上, 增加了一套防止车轮制动抱死的控制系统, 能使汽车获得最佳制动性能, 制动时防止车轮抱死, 并将车轮滑移率控制在理想滑移率附近的狭小范围内。ABS在汽车制动时能保持方向稳定性和转向控制能力, 缩短制动距离, 减少轮胎磨损。ABS与ASR (牵引力控制系统) 相结合, 会使汽车性能大大提高。
参考文献
[1]崔世林.轿车防抱死制动系统的维护[J].世界汽车, 2002, (04)
[2]贺吉凡.防抱死制动系统 (ABS) 的使用维护注意事项[J].北京汽车, 2006, (03)
[3]朱杰, 叶兴成, 聂文龙.ABS技术及其发展趋势[J].汽车运用, 2005, (04)
[4]赵双, 孙仁云, 宁凡坤.汽车ABS控制算法的研究[J].机械设计与制造, 2005, (09)
[5]谢莉.防抱死制动系统 (ABS) 应用原理分析与探讨[J].内蒙古科技与经济, 2005, (08)
防抱死控制系统 篇5
关键词：抱死故障；原因分析；处理措施
1 抱死简介
1.1 抱死的定义 轮轨间纵向滑动有两种情况：一种是牵引状态下发生的，轮周牵引力超过了限制，车轮飞快地转动而车速很慢、甚至根本不动，这称为“空转”；另一种是制动状态下发生的，制动力超过了粘着限制，车轮转速急剧降低甚至停转而车速降得很慢，这称为"滑行"或"抱死”。
1.2 抱死的危害 动车组列车运行时如果车轮抱死，动车组将会在钢轨上滑行，使制动距离延长，同时造成车轮与钢轨的磨损。动车组列车静止时拖车出现抱死，同样会造成车轮与钢轨磨损；动车出现抱死故障，还会导致牵引传动机构损坏。
出现抱死故障会严重影响列车运行安全稳定性，而列车高速运行时一旦发生滑行，轮对踏面会出现擦伤。擦伤车轮将使轮轨接触界面产生一种特殊类型的间歇性脉冲激源。当车轮在钢轨上滚动至擦伤处，轮轨之间便形成突发冲击，从而引起整个车辆、轨道系统产生耦合振动，对轮对轴承造成扭伤。轮对踏面擦伤导致的振动，不但破坏线路，破坏车辆运行的平稳性，损坏车辆零、配件，而且易导致滚动轴承故障、热轴或切轴，进而威胁车辆的安全运行。
2 故障现象及原因分析
2.1 故障现象 动车组在运行过程中，MON跳出相对应车抱死1（151）、抱死2（152）。同时，司机操纵台故障显示灯“转向架”灯点亮。
2.2 原因分析 BCU通过速度传感器检测轮对的运行状态，当BCU检测轮对处于抱死状态，通过FxR1、2继电器将抱死状态传输给终端装置，并显示在MON和故障显示灯上，如下图所示：
抱死检测条件：①滑行轴的轴速度在5km/h以下的状态继续5秒时。②牵引指令ON并且断线轴没有的情况时最大轴速度在10km/h以上，该轴在3km/h以下的状态继续2秒以上时。
2.3 故障可能原因 ①轮对、制动夹钳机械卡死；速度传感器断线；PCIS防滑阀故障；BCU装置内部故障；终端装置DIS2板故障。②轮对、制动夹钳机械卡死；速度传感器断线；PCIS防滑阀故障；BCU装置内部故障；终端装置DIS2板故障。
2.4 故障调查
2.4.1 司机室MON监视屏检查 在一般模式下，查看故障一栏、滑行次数、配电盘信息界面，确认故障车辆信息，拍照记录。
在检修模式下，查看故障记录，确认故障详细信息，拍照记录。与抱死相关的故障信息可能如表1：
2.4.2 终端装置配电盘内检查 检查故障车厢内终端装置DIS2板工作状态。有电状态时，对故障车终端装置相关QE连接器（CN-M2、CN-M4）进行检查，确认在连接良好状态时，可以摇晃QE连接器线缆、轻微震颤QE连接器，查看是否使故障再次出现。
2.4.3 速度传感器检测 仔细检查速度传感器表面及线缆外观有无明显异物击打碰撞痕迹、连接线有无开裂老化现象、连接器有无松动现象。重点查看管卡固定位置是否有磨损破坏，轻微适度摇晃是否会报再次报出故障；重点查看连接器是否有松脱迹象。
2.4.4 BCU数据下载 SS、PG速度传感器连接器侧固定 PG、SS速度传感器电机侧固定。BCU数据由主机厂服务人员进行下载及分析，通过故障数据判断故障原因，然后对相关部件进一步检查测量。
X车BCU下载故障数据显示为07：51：34分X车报出“断线检测”，此时需要重点查看故障数据，分析断线检测具体情况。
2.4.5 PCIS防滑阀检查 对防滑阀连接线缆外观状态进行检查，确认连接线连接正常、外皮无击打痕迹。同时进行防滑阀自检试验，拨动BCU 上拨码开关，使SW1=4、SW2=0，SW6 向上，实行滑行防止阀输出回路自行检测。判定：1 至4 轴防滑阀应依次排风，闸片动作，共循环动作两个周期。若防滑自检试验不通过，重点检查防滑阀连接状态。
3 故障对策措施
①技术改造，由于现在动作的防滑阀结构形式在车子运行会晃动引起扩孔形成接触不良从而抱死，建议防滑阀插子结构进行改造。对防滑阀软件进行改造，由于线路及天气因素，导致动车组制动系统偏多，防滑阀频繁的动作引起抱死，需对BCU软件进行升级，降低在单位时间内动车组滑行次数，从源头上遏制故障事故的发生。
②加强电机维护，定期进行维修保养。牵引电机是一个不断运动的事物，在其运动过程中肯定会发生一些磨损或是部件松动这样的问题，因此，我们在提高质量的前提还应该加强日常维护，定期对牵引电机进行检测保养，从而保障其可以正常的工作。
③加强技术人员培训，提高技术操作能力和操作水平。日常操作的疏忽大意也是导致问题发生的重要原因之一，为了能够有效的保障我们的动车安全平稳的运行，我们的技术人员一定要提高责任心和责任意识，同时我们还应该对技术人员进行定期的培训，以不断的提高他们的理论水平和操作能力。
④针对速度传感器的故障现象及排查处理结果统计，初步判定牵引电机返厂修过程的传感器检修、安装未到位，针对此类情况，采取如下措施来最大化避免其故障的造成。一是督促牵引电机专业厂家加强PG/SS传感器的拆装，尤其是安装过程中的质量检查和控制。二是专业厂家严格落实传感器阻值及绝缘测试项目，加强质量卡控。三是加强牵引电机返厂完毕后检修基地项目组同专业厂家的质量交接及确认。四是严格落实三级修静态调试前的速度传感器阻值测量项目，并做好阻值数据记录。
参考文献：
[1]刘云飞.CRH2型动车组抱死故障的原因分析及建议[J].青年科学，2014.
防抱死控制系统 篇6
关键词：防抱死制动系统,PID,仿真
0 引言
汽车防抱死制动系统是提高车辆行驶安全的重要装置[1]。它能防止车辆在制动时车轮抱死滑移, 保障车辆的行驶稳定性和转向操纵性, 同时能有效地缩短制动距离, 减少交通事故的发生。
防抱死制动系统中最重要的部件是防抱死制动控制器, 它决定了防抱死制动系统系统的性能, 而控制器的核心是控制算法的选择。目前大部分车辆上采用的是基于经验的逻辑门限控制方法, 它的方法简单实用, 但调试比较困难, 采用经验的方法, 不同的车辆需要不同的匹配技术, 需要比较多的道路试验加以验证, 算法实施复杂而且鲁棒性不强。PID控制算法原理简单, 使用方便;适应性强;鲁棒性强。因此, 应用PID控制理论, 在SIMULINK中仿真研究防抱死制动系统的控制策略及其控制效果。
1 系统模型建立
1.1 单轮车辆模型
为简化研究问题, 采用单轮车辆系统模型如图1 所示, 忽略空气阻力和车轮滚动阻力;车辆质量均匀分布在每个车轮上, 轮胎的机械特性相同;车辆在水平公路上行驶[2]。
根据图1, 得到车辆动力学方程:
车辆运动方程:
车轮旋转方程:
车轮纵向附着力:
式 (1) ~ (3) 中:m为1/4 车辆质量;v为车辆纵向速度;Fx为车轮纵向附着力;I为车轮转动惯量;ω 为车轮转动角速度;R为车轮半径;Tb为制动力矩;μ 为车轮与地面间的附着系数;Fz为地面对车轮支撑力。
1.2 车轮轮胎模型
轮胎模型是指车辆在制动过程中, 附着系数和各相关参数之间的函数关系[3]。轮胎的附着系数受多种因素影响, 除了滑移率, 还有轮胎的花纹、材料及路面的状况等。在实际情况下, 人们在建立轮胎模型时很难将所有的影响因素都考虑进去, 只考虑了对附着系数影响大的因素。目前, 人们常用的轮胎模型有魔术公式轮胎 (经验公式模型) 和双线性公式模型 (半经验公式模型) 两种[4]。
采用双线性公式模型, 其拟合精度较高, 计算方便, 比较适合用于模拟仿真研究。
表达式如下:
式 (4) 中:μ 为附着系数;S为车轮滑移率;μh为峰值附着系数;μg为车轮抱死时的附着系数;Sopt为最佳滑移率。
不同路面的实验参数如表1[5]。
滑移率的表达式如下:
滑移率常用来衡量制动时车轮的滑移程度, 车轮在纯滚动时滑移率为0;车轮抱死在纯滑动时滑移率为100%;车轮边滚动边滑动时滑移率在0~100%之间。实验证明, 滑移率在15%~20%时附着系数最大, 制动效果最佳。
1.3 车辆制动系统模型
制动系统模型包括传动机构模型和制动器模型两部分。采用液压传动机构, 为简化模型, 忽略压力传送的延迟因素和电磁阀环节, 液压传动系统简化为一阶惯性环节和一个积分环节[6]。由于电磁阀的响应时间通常小于等于10 ms, 所以液压传动系统的一阶惯性环节的传递函数为:
制动器模型指的是制动器力矩和制动液压之间的关系的模型, 建模前假定制动器为理想的元件, 理解为其非线性特性比较弱且不计其滞后所产生的影响。制动器表达式如下:
式 (7) 中, kp为制动器制动因子;p为制动压力。
2 PID控制器设计
PID控制器是一种线性控制器, 是根据设定值与实际输出值的偏差作为控制器的输入信号。PID的控制算法如下式:
式 (8) 中, Kp为比例放大系数, 比例系数增大, 控制系统的余差减小, 但振荡加剧;Ki为积分系数, 其数值过大, 降低控制系统的稳定性;Kd为微分系数, 其数值增大, 减小系统的超调量, 减小调节时间, 但过强会导致系统稳定性降低。
设计的PID控制器是以车轮滑移率为控制目标, 通过传感器采集汽车行驶过程中的车速和轮速信息, 计算出车轮的实际滑移率。车轮的实际滑移率与期望滑移率之间的差值即为PID控制器的输入, 输出为制动器压力。控制策略如图2 所示。
比例系数、积分系数和微分系数的参数选择决定了PID控制器的控制效果。按照先比例, 再积分, 最后微分的顺序进行参数的设定。经多次调试后的PID控制器的参数为Kp=230, Ki=200, Kd=3。期望滑移率为0.2。根据上述控制策略和参数, 设计PID控制器仿真模块如图3 所示。
3 控制系统仿真
根据上述车辆模型数学表达式及设计的PID控制器, 在SIMULINK软件中建立防抱死制动控制系统仿真模型, 模型如图4 所示。
选取某轿车为研究对象, 主要仿真参数如下:1/4 车辆质量=390kg;车轮半径R=0.268m;车轮转动惯量I=1.4852kg·m2;初始车速v=20m/s;路面参数选择高附着系数。求解器选取变步长模式ode45s, 仿真时间设定为3 秒。
4 仿真结果与分析
制动系统的性能评定指标有:制动距离、制动时间、车轮滑移率、制动减速以及制动时地面的附着系数等。
在仿真结果中选取车轮滑移率与时间关系曲线;制动减速度与时间关系曲线;地面附着系数与时间关系曲线;车速& 轮速与时间关系曲线以及制动距离。对比普通制动系统与有PID控制的防抱死制动系统的仿真结果, 如图5~9 所示。
从图5~9 可以看出, 在没有防抱死制动控制的普通制动情况下, 车速从20m/s到车辆完全停止经过了2.97 秒, 而轮速经过0.22 秒后就下降到0, 同时滑移率为1, 车轮出现抱死状况。制动距离为30.29m, 制动减速度在6.85 左右, 同时地面的附着系数为0.7。加入PID防抱死制动控制环节后, 车辆由初始速度20m/s到车辆停止用时为2.65秒, 整个制动过程中, 车轮转速没有迅速下降到0, 而是随着车速一起变为0, 车轮没有出现抱死状况, 并且车轮滑移率始终在期望值0.2 附近。制度距离为27.45m, 制动减速度在7.85 左右, 同时地面的附着系数为0.8。由此可见PID控制下的防抱死制动系统具有良好的控制效果, 与常规制动相比, 制动时间缩短了10.7%, 制动距离减少了9.4%, 同时滑移率在期望值附近, 并且在整个过程中无较大波动情况, 稳定性较好。
5 结语
在制动系统车辆模型的基础上, 运用PID控制理论, 基于SIMULNK平台研究以滑移率为控制目标的车辆防抱死制动系统。通过仿真对比分析, PID控制的防抱死制动系统能有效的提高车辆制动时的方向操纵性和制动效能。
参考文献
[1]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社, 2000.
[2]喻凡.车辆动力学及其控制[M].北京:人民交通出版社, 2004.
[3]程军.汽车防抱死制动系统的理论与实践[M].北京:北京理工大学出版社, 1999.
[4]叶磊, 尹作发.基于Matlab/Simulink的车辆制动过程分析[J].公路与汽运, 2006 (6) :5-7.
[5]M.Gavas, M.Izciler.Deep drawing with anti-braking system (ABS) [J].Mechanism and Machine Theory, 2006, Vol41 (12) :1467-1476.
制动防抱死系统的检修要领 篇7
目前轿车装备的ABS系统分为博世型、戴维斯Mark型和德尔科型等3种型号。大多数车型ABS系统的信息通过数据总线传输。
一、ABS性能的简便检测方法
1.选择一个比较安全的区域进行紧急制动试验, 如果在汽车减速的过程中感觉车轮有几次“停顿”或“加速”, 并且地面上的轮胎拖印是间断的, 说明ABS系统基本正常;若相反, 说明ABS系统存在故障。
2.ABS系统起作用时, 驾驶人最直接的感受是“顶脚” (制动踏板上有脉冲式抖动) , 对于这种现象需要做以下具体分析:
(1) 如果在低速行驶时, 制动踏板出现“顶脚”现象, 其产生原因, 一是制动盘不平, 二是轮速传感器工作不良, 如气隙不当、信号盘开裂或晃动、端子接触不良等。
(2) 在车辆滑行过程中, 如果实施紧急制动或重踩制动踏板时出现“顶脚”现象, 可以脱开ABS控制单元的插接器试车, 以判断是ABS系统的问题还是机械系统或液压系统的问题。如果脱开ABS控制单元的插接器试车感觉制动正常, 无异响, 有拖印, 说明ABS控制单元正常, 问题出在ABS的压力调节器上。
3.在试车中踩制动踏板, 如果有踩海绵样的感觉, 而且制动踏板有反弹现象, 说明制动系统内有空气。排放液压制动系统空气的基本顺序是:由高位到低位, 同一高度则由远到近。
4.对于前桥驱动型汽车, 有时左后轮轮速传感器的信号失常, 控制单元会误认为同一制动管路中右前轮的轮速传感器信号不对。因此, 当出现某个轮速传感器短路或断路的故障码, 检查该轮速传感器证实没有故障时, 应当检查同一制动管路上另外一个轮速传感器是否失常。
二、通过警告灯判别制动系统故障
对于装备制动防抱死系统 (ABS) 的汽车, ABS控制单元不断监测自身和其他防抱死制动部件的工作状况, 如果发生异常, 将点亮警告灯, 以提醒驾驶人。
1. 制动系统的两种警告灯
(1) 黄色 (或琥珀色) ABS警告灯。其图案是一个圆圈, 内有“ABS”字样。将点火开关转至“ON”位, 仪表盘上的ABS警告灯点亮3～6s, 这是ABS系统的自检过程, 自检时从回流泵和继电器处能够听到元件动作的声音, 并且在制动踏板上感觉到振动, 属于正常现象。自检过程一结束, 警告灯就会熄灭。如果该灯不点亮或者不熄灭, 则为不正常, 应当检查ABS系统或者ABS警告灯的电路。在车辆行驶过程中, 如果ABS警告灯点亮, 说明ABS控制单元检测到有不利于制动防抱死系统正常运行的硬故障, 应该停车检修。
(2) 红色制动警告灯。其图案也是一个圆圈, 内有“!”符号。如果红色制动警告灯点亮, 说明系统存在下列情况之一: (1) 制动器的摩擦片磨损严重; (2) 制动液液面过低; (3) 驻车制动装置被拉紧; (4) 制动开关损坏; (5) 若ABS警告灯同时亮起, 说明ABS有故障, 或者EBV (电子制动力分配系统) 关闭, 在这种情况下, 应该避免紧急制动, 否则制动时驱动轮可能被抱死。
1辆三菱速跑3.0越野汽车, ABS故障警告灯点亮, 车主以为是一个大故障, 急忙送厂修理。经过检查, 发现是制动液的液面低于警戒线。按程序补充制动液后, ABS故障警告灯不再点亮。
2. 制动系统正常时警告灯的显示状态
在正常情况下, 当点火开关接通时, ABS警告灯点亮约2～4s。在发动机起动期间, ABS警告灯和红色制动装置警告灯都应亮。在点火开关回到RUN (运转) 位置时, 此灯继续点亮, 约4s后熄灭。上述情况说明ABS系统处于正常状态。
如果ABS控制单元未接收到4个车轮中任何一轮的轮速传感器信号、液压系统不正常或者车辆行驶超过30s还未放松驻车制动手柄等, ABS警告灯会闪亮。
在一般情况下, 如果红色制动器警告灯点亮, ABS警告灯也会同时亮起。因为在常规制动系统存在故障的情况下, ABS系统也无法正常发挥作用。另外, 由于电子差速锁 (EDL) 与ABS系统协同工作, EDL的工作状况由ABS警告灯监测, 若EDL发生故障, ABS警告灯也会闪亮。若制动器警告灯和ABS警告灯同时亮起, 说明电子制动力分配系统失灵。
当汽车有几小时未曾使用时, 由于系统压力降低的时间比较长, ABS警告灯和制动器警告灯通常会保持点亮状态达40s以上, 这是一种正常现象, 因为ABS液压泵及其电动机需要使储压器内的油液恢复到正常压力, ABS系统才能正常工作。
在下列情况下, 即使系统工作正常, 警告灯也会点亮: (1) 升举轿车进行各挡空载试验, 由于部分车轮没有转速, 所以此时ABS警告灯点亮属正常; (2) 1只驱动轮被卡滞; (3) 车轮打滑; (4) ABS长时间工作; (5) 轮速传感器受电子信号干扰; (6) 蓄电池亏电。
3. 故障诊断
(1) ABS警告灯异常点亮的形态及其可能的故障原因见表1。
(2) 故障排查实例。
1辆奥迪A6 2.4L轿车, 行驶中ABS警告灯点亮, 随即仪表盘上所有的警告灯熄灭, 发动机熄火, 无法再起动。进行跳火试验, 没有高压电火花, 但是用试灯检查, 表明点火线圈中有低压电, 说明点火系统的控制电路有问题。将示波器与1只喷油器的控制线路连接好, 起动发动机, 发现喷油器控制信号的波形不正常。发动机无火、无油, 说明电控系统有问题, 于是连接故障诊断仪V.A.G1551, 在发动机系统读到以下故障信息:CAN缺少来自ABS的信息;CAN有故障;发动机ECU锁止;电子节气门警告灯 (K132) 有故障。在变速器系统读到以下信息:CAN缺少来自ABS的信息;CAN有故障。在仪表系统读到以下故障信息:发动机ECU锁止;CAN数据总线损坏, 发动机ECU没有通信, 变速器ECU没有通信。在ABS系统读到以下信息:CAN有故障。该车的CAN-H线为红/黑色, CAN-L线为红/灰色。自动变速器ECU的端子58及端子60、仪表ECU的端子29及端子30、ABS ECU的端子19及端子18分别连接在CAN-H线和CAN-L线上。在正常情况下, 端子60、端子30和端子18是相通的, 而端子58、端子29和端子19是相通的。但是用万用表检测结果, 端子60、端子30和端子18不相通。接下来查找线路不相通的原因, 发现位于发动机ECU后面的红色CAN数据总线连接器松动。将其连接牢固, 清除故障码, 然后试车, 故障被排除。
三、ABS控制单元的编码
现代汽车的制动系统有多种配置方式, 其技术含量各不相同, 有的ABS系统与驱动防滑系统 (ASR) 集成在一起, 有的ABS系统不带ASR/EDS功能。以捷达轿车为例, 该车装用的ABS控制单元有2种, 在2002年9月1日以前使用的是MK20-Ⅰ型, 在2002年9月1日以后使用的是MK20-Ⅰ/E+型。后者的制动效能更高, 制动稳定性和转向稳定性更好 (见表2) 。对于ABS系统不同配置和不同结构的组合情况, 可以通过查询控制单元的编码来了解 (见表3) , 在维修时需要加以区分。如果在维修中出错, 将造成ABS系统工作不正常。
在运用ABS系统控制单元编码时, 应当注意以下2个问题:
1. 在更换了液压控制单元或ABS控制单元后, 必须重新编码
如桑塔纳“时代超人”轿车, 采用的是MK20-Ⅰ型ABS系统, 在一般情况下, 原装ABS电子控制单元在车辆出厂时已经编过码 (04505) 。但是在维修站作为配件供应的ABS控制单元则是没有编过码的。因此, 当更换了液压控制单元或ABS控制单元后, 必须借助故障诊断仪 (进入03-07) , 按照发动机和变速器的配置情况, 对ABS控制单元重新编码。
2. 奥迪A4轿车在进行ABS编码操作时, 应当先输入激活码
奥迪A4 1.8T和2.4轿车ABS的激活码是 (编码的“登录码”) 09399, 编码号04499;奥迪A4 3.0轿车ABS的登录码是09397, 编码号04497。
四、ABS系统归零操作
汽车制动防抱死系统的检测与维修 篇8
1 ABS电控系统故障检测与诊断的一般思路
1.1 初步检查
初步检查是在ABS系统出现明显故障而不能正常工作时首先采取的检查方法, 例如ABS故障指示灯亮着不熄, 系统不能工作。检查方法如下:1) 检查驻车制动 (手刹) 是否完全释放;2) 检查制动液液面是否在规定的范围之内;3) 检查ABS电控单元导线插头、插座的连线是否良好, 连接器及导线是否损坏;4) 检查导线连接器 (插头与插座) 和导线的连接或接触是否良好;5) 检查所有的继电器、熔断丝是否完好, 插接是否牢固;6) 检查蓄电池容量和电压是否在规定的范围内;检查蓄电池正、负极导线的连接是否牢靠, 连接处是否清洁;7) 检查ABS电控单元、液压控制装置等搭铁端的接触是否良好;8) 检查车轮胎面纹槽的深度是否符合规定。
如果用上述方法不能确定故障位置, 就可转入使用故障自诊断。
1.2 ABS故障代码的读取方法
1) 跨接自诊断电路读取故障代码;2) 借助专用诊断测试仪读取故障代码;3) 利用汽车仪表板上的信息显示系统读取故障代码。
2 ABS系统故障征兆模拟测试方法
在ABS系统故障检测与诊断中, 若是单纯的元件不良, 可运用电路检测方式诊断。如果属于间歇性故障或是相关的机械性问题, 则需要进行模拟测试以及动态测试。
2.1 模拟测试方法
1) 将汽车顶起, 使4个车轮均悬空;2) 起动发动机;3) 将换档操纵手柄拨到前进档 (D) 位置, 观察仪表板上ABS故障指示灯是否点亮, 若ABS故障指示灯亮, 表示后轮差速器的车速传感器不良;4) 如果ABS故障指示灯不亮, 则转动左前轮。此时ABS故障指示灯若点亮, 则表示左前轮车速传感器正常;反之, ABS故障指示灯若不亮, 即表示左前轮车速传感器不良;5) 右前轮车速传感器测试方法与左前轮车速传感器测试方法相同。
该模拟测试系根据ABS ECU中逻辑电路的车速信号差以及警示电路特性, 便于检测车速传感器的故障而设置的。
2.2 动态测试方法
1) 使汽车在道路上行驶至少12km/h以上;2) 测试车辆转弯 (左转或右转) 时, ABS故障指示灯是否会点亮。若某一方向故障指示灯会亮, 则表示该方向的轮胎气压不足, 也可能是轴承不良、转向拉杆球头磨损, 减震器不良或车速传感器脉冲齿轮不良;3) 将汽车驶回, 在ABS ECU侧的“ABS电源”和“电磁阀继电器”端子间接上测试线和万用表 (置于电压档) ;4) 再进行道路行使, 在制动时注意观察“ABS电源”端和搭铁间的电压, 应在11.7～13.5V之间, 而电磁继电器端子与搭铁间的电压, 亦应在10.8V以上。前者主要是观察蓄电池电源供应情况, 后者主要是观察电磁阀继电器的接点好坏。
3 ABS系统修理步骤
1) 泄去ABS系统中的压力;2) 对故障部位进行调整、拆卸、修理或换件, 最后进行安装, 这一切必须按相应的规定进行;3) 按规定步骤进行放气。
4 ABS维修中应注意的问题
1) 维修时, 在点火开关处于接通状态下, 不可拆装系统中的电器元件和连接线, 以免损坏电子控制装置。在拆修液压调节器时应将搭铁线从蓄电池的负极线柱上拆下。
2) 制动防抱死系统的电子控制装置故障一般不是电子元器件本身的问题, 而是线路连接不良或部件脏污所致。如故障代码提示是传感器故障, 应首先检查传感器各个连接点接触是否良好、有无锈蚀等。
3) 对于具有蓄能器的制动防抱死系统, 在对其液压系统进行维修时应首先对蓄能器卸压, 以免高压制动液喷出伤人。卸压方法:先将点火开关断开, 然后反复地踩下、放松制动踏板, 直到制动踏板变为很硬时为止。另外, 在液压制动系统完全装好之前, 不能接通点火开关, 以免电动泵工作。不同车型的制动防抱死系统, 车轮转速传感器的安装位置不同, 在维修时要留心车轮转速传感器的安装位置, 防止在作业中碰伤车轮转速传感器及其齿圈。在拆卸电子控制装置和车轮转速传感器时严禁用硬物敲击, 否则极易损坏电子控制元件, 导致车轮转速传感器发生消磁现象, 影响系统的正常工作。
4) 由于制动防抱死系统的正常工作必须以原制动系统的完好为基础, 因此对原制动系统的维修应正常进行。在维修中要特别注意的是:有的车轮转速传感器齿圈装在制动盘上, 与不带齿圈的制动盘外观几乎没有区别, 在更换制动盘时不能马虎地换上无制动齿圈的制动盘, 否则就等于拆除了制动防抱死系统;更换制动衬块时, 在压回活塞之前应先拧开制动钳的放气螺钉, 否则油缸中的积垢可能使电子控制装置得到错误的信息, 使制动防抱死系统实施保护而关闭;更换制动液时要选用原车制造厂所规定的制动液, 并应定期检查储液室中制动液的液位。在维修或使用过程中, 如需要对液压制动系统进行排气时, 应遵循本车型以及制动防抱死系统使用说明的规定程序进行, 因为装有制动防抱死系统与普通的制动系统的放气程序有些不同, 不能盲目照搬原车型制动系统的放气程序。
另外, 更换轮胎时, 首选原车所用型号轮胎。特殊情况下换用其它型号的轮胎时, 应选用与原车轮胎外径、附着性能相近的轮胎, 否则会影响ABS的制动效果。
5 结论
汽车防抱死系统是车上非常重要的系统, 我们只有对所修车辆的ABS系统的结构和原理非常熟悉, 才能有助于我们快速诊断故障并进行维修。总之, 电子控制防抱死制动系统检测有一定规律可循。应本着先易后难、先常规制动后ABS系统、先外围部件 (传感器等) 后控制元件 (电磁阀、油泵、控制单元等) 的程序, 对照配线图、配管图和测量参数循序渐进加以判断和排除, 就一定能将故障逐一查清、一网打尽。
摘要：ABS系统是汽车上的一种主动安全装置, 目前已成为现代汽车的标准装备。它由专门的车载电子电路控制器 (ECU) 自动控制制动力, 具有很高的工作可靠性。但是, 如果使用不当或维护修理方法不正确, 将会导致ABS系统效能降低或丧失, 以至发生行车事故。文章就其故障的诊断和维修进行了分析总结。
关键词：ABS防抱死系统,故障诊断,维修分析
参考文献
[1]刘艳莉.捷达轿车ABS系统故障的快速诊断[J].汽车维修, 2005 (6) .
[2]孟继申, 李丽娜.汽车制动防抱死系统 (ABS) 的使用和检修要点[J].辽宁科技学院学报, 2005 (1) .
[3]朱杰, 叶兴成, 聂文龙.ABS技术及其发展趋势[J].汽车运用, 2005 (4) .
[4]王润琪, 蒋科军.ABS汽车制动距离分析与计算[J].中南林学院学报, 2005 (2) .
[5]朱华.ABS系统的使用与维护中应注意的问题[J].城市车辆, 2005 (1) .
汽车防抱死制动系统建模与仿真 篇9
汽车常规制动系统在制动时, 随着制动力的逐步加大会导致车轮抱死, 即失去转动而只在地面上滑动, 使车辆失去了方向操纵性, 导致交通事故。同时, 车轮的抱死也降低了制动性能, 增长了制动距离和制动时间。汽车防抱死制动系统 (ABS) 是一种主动安全装置。它从防止制动过程中车轮抱死的角度出发, 避免车辆后轮侧滑和前轮丧失转向能力, 提高车辆对地面附着能力的利用率, 从而达到改善车辆制动稳定性、操纵性和缩短制动距离等目的[1]。
本文分别对常规制动系统和汽车防抱死制动系统进行了建模和仿真, 得出了仿真曲线, 通过对仿真曲线的比较分析, 得出了汽车防抱死制动系统具有优良的方向操纵性和制动效能。
2 汽车防抱死制动系统的组成和工作原理
汽车防抱死制动系统通常由传感器、电控单元 (ECU) 和执行器 (压力调节器) 三部分组成, 并通过线路连接成一个有机体, 形成一个以控制滑移率在15%—25%为目标的自动控制系统, 如图1所示。
汽车制动的理想目标是保持制动时车轮滑移率始终在15%—25%的范围, 从而获得维持转向能力和方向稳定性所需要的充分大的侧向力, 并产生最大地面制动力。这一控制目标是通过制动力不断调节来实现的。
汽车防抱死制动系统正是在制动过程中不断地计算滑移率来控制制动力, 从而保证实际滑移率始终为理想滑移率, 达到最佳的方向稳定性和制动效能。
通过传感器实时检测制动车轮的转速, 根据车辆行驶的速度计算出车轮的滑移率, 与设定的最佳滑移率相比, 依据相比的结果调节制动力的大小, 对车辆进行制动, 获得理想的方向稳定性和制动效能。
3 汽车防抱死制动系统的建模
汽车防抱死制动系统的数学模型由车辆动力学模型、轮胎模型、制动系统模型和控制系统模型四部分组成。
3.1 车辆动力学模型
目前, 常采用的车辆模型主要有一般车辆模型、四轮车辆模型、双轮车辆模型以及单轮车辆模型。
本文选用的车轮动力学模型为单轮车辆模型, 因为此模型主要描述的是制动性能, 适合于汽车防抱死制动系统进行制动性能的分析, 同时也可简化问题。车辆受力分析如图2所示。
由图2可得车辆动力学方程如下
式中M为四分之一车辆的质量 (kg) , v为车辆行驶速度 (m/s) , F为纵向摩擦力 (N) , I为车轮的转动惯量 (kggm2) , ω为车轮角速度 (rad s) , R为车轮行驶半径 (m) , Tb为制动器制动力矩 (Ngm) , µ为纵向附着系数, N为地面支持力 (N) 。
根据车辆的运动方程 (1) 、 (2) 和 (3) 建立SIMULINK仿真模型, 输入为制动力和纵向附着系数, 输出为车辆速度、车轮转速及制动距离, 仿真模型如图3所示。
3.2 轮胎模型
轮胎模型是指制动过程中轮胎附着力和其它各种参数之间的函数关系式, 通常用轮胎附着系数与各种参数的函数关系式来表示。本文采用魔术公式来描述轮胎模型。魔术公式是由Pacejka等人提出并发展起来的, 它是用三角函数的组合公式拟合试验轮胎数据, 用一套形式相同的公式就可以完整地表达纵向力、横向力、回正力矩以及纵向力、横向力的联合作用等工况, 故称为魔术公式。用魔术公式模型[2]来模拟制动时车轮纵向附着系数和车轮滑移率之间的关系为
式中µ为纵向附着系数, f为轮胎的静摩擦系数, D为峰值因子, C为曲线形状因子, B为刚度因子, E为曲线曲率因子, S为滑移率。
f相当于车轮在纯滚动时附着系数, 一般情况下设为0, D、C、B、E都是与路面有关的常数, 通过改变这些参数可模拟不同路面的附着系数, 根据式 (4) 建立的轮胎仿真模型如图4所示, 如图5所示为干混凝土和湿沥青路面制动时轮胎与地面间的纵向附着系数与滑移率关系的仿真曲线。
从仿真曲线可以看出无论干混凝土路面或是湿沥青路面, 最佳的纵向附着系数均处于滑移率为2 0%处, 所以为了保证车轮在制动时获得最佳的纵向附着系数, 滑移率应控制在2 0%左右。
3.3 制动系统模型
制动系统包括传动机构和制动器两部分。制动系统的建模也应该包括传动机构建模和制动器建模两部分。本文中的传动机构建模主要是指液压传动系统的建模, 液压传动系统建模主要是考虑制动力调节器的制动压力如何随电磁阀电流变化的关系, 为简化系统, 忽略了电磁阀弹簧的非线性因素及压力传送的延迟, 将液压传动系统简化为一个电磁阀环节和一个积分环节。传递函数为[3]
电磁阀的响应时间一般小于或等于10ms, 故惯性环节的参数T取0.01, 同时K取100。
制动器模型指制动器力矩与制动系气液压力之间的关系模型。为了便于对控制过程的仿真研究, 在进行仿真时假设制动器为理想元件, 认为其非线性特性较弱并忽略了其滞后带来的影响。因此, 制动器方程为
式中Tb为制动器制动力矩, kp为制动器制动因数, p为液压传动系统输出压力。
根据式 (5) 和 (6) 建立的制动系统的仿真模型如图6所示。
3.4 滑移率的计算模型
汽车制动时, 如果车轮线速度ωR低于汽车行驶速度v时, 轮胎和路面之间将产生滑移, 此时滑移的程度常用滑移率表示, 其计算公式为
根据式 (7) 用SIMULINK计算模块建立的滑移率的仿真模型如图7所示。
3.5 控制器模型
P.ID控制即比例积分微分控制, 是连续系统中技术成熟、应用广泛的一种控制方式。其最大优点是可以不了解被控对象的数学模型, 根据经验进行参数调整, 并且实施容易, 控制效果良好。本文的仿真分析选用的控制器为经典的PID控制器, 其仿真模型如图8所示。
4 汽车防抱死制动系统的仿真
4.1 无防抱死的制动系统仿真
为比较分析防抱死制动系统的制动过程, 首先根据以上的各部分的模型, 构建无防抱死的制动系统的仿真模型, 如图9所示为其仿真模型。以捷达轿车为例, 取初始速度25 m s (90km h) , 四分之一质量M=388kg, 车轮转动惯量I=0.87kggm2, 车轮半径R=0.289m, 在干混凝土路面进行仿真, 得到的车辆速度、车轮转速、制动距离和滑移率的变化曲线如图10所示。
从仿真曲线可以看出, 无防抱死的制动系统整个制动距离为41.67m, 制动时间为3.333s, 在制动开始后的0.1333s后, 车轮的转速为零, 即进入车轮抱死状态, 此时的滑移率为1, 车辆失去了操纵性。
4.2 防抱死制动系统仿真
对无防抱死的制动系统引入控制器模型, 即对滑移率进行反馈控制, 来调节制动器的制动力, 从而保证滑移率实时处于理想值。控制器将实际的滑移率与理想值进行比较, 然后将差值输入到制动器模型中, 制动力调节器输出相应的制动力给车轮, 使其滑移率处于理想值, 保证车辆获得最佳的制动性能和方向操纵性。防抱死制动系统的仿真模型如图11所示, 仿真曲线如图12所示。
从仿真曲线可以看出, 防抱死制动系统的制动距离35.96m, 制动时间2.828s, 车轮无抱死现象, 滑移率均处于理想值附近。
5 结束语
通过对比分析仿真曲线可得:
(1) 在混凝土路面, 初始速度为25m s (90 km h) 的条件下, 防抱死制动系统比常规制动系统的制动距离缩短了5.71m, 制动时间减少了0.505s;
(2) 防抱死制动系统在整个制动过程中, 无车轮抱死现象发生, 滑移率始终处于理想值附近, 反映出其具有优良的方向操纵稳定性。
参考文献
[1]JEREMYBROUGHTON, CHRIS BAUGHAN.The effeetiveness of anti-lock braking systems in reducing accidents in GreatBritain[J].AceidentAnalysisandPrevention, 2002 (34) :347-355
[2]王纪森, 付卫强, 余洋, 岳小杰.防抱制动系统自寻优控制的半物理仿真研究[J].系统仿真学报, 2005, 17 (12) :299-301
汽车防抱死制动系统的维护与检修 篇10
1. ABS的日常检查与维护
(1) 脉冲环的检查与维护。脉冲环与车轮旋转件之间应装配牢靠, 不得有松动。脉冲环若磁化严重, 应进行退磁处理或更换。脉冲环形似齿圈, 但并不发挥齿轮功能, 只有分度功能。脉冲环与传感器采用无接触式配合, 因此, 脉冲环不会有磨损, 但要防止氧化 (脉冲环材质一般为导磁率高的铁) 。为防止氧化, 可在其表面涂上一层润滑油, 但绝不能涂润滑脂, 以免吸附杂质。
(2) 传感器的检查与维护。传感器上有永久磁铁, 它可能吸附制动器摩擦副的摩擦生成物中的铁质, 必须注意及时清除。传感器与安装套之间不得有轴向位移, 传感器在安装套中也不得有径向松动。传感器导线不得有任何损伤。导线的布局不仅要稳固, 而且要适应车架与车轴之间相互的位置变化。汽车维护时, 应对传感器的空气间隙进行检查及调节;车轮轴承松旷或松动, 会导致传感器的空气间隙周期性或无规律地变动。因此, 一旦发现车轮偏摆量过大时, 应及时修复。
(3) 控制器 (ECU) 的维护。控制器是ABS的核心部件。出于技术保密的考虑, 控制器又是不可修复件。有的控制器只要打开就会损坏。因此日常对控制器的维护就显得十分重要。要特别注意的是:装夹牢靠;避免碰撞;避免高、低温冲击;避免雨水、灰尘侵蚀;插座与插头联系牢固。
(4) 储能器的拆装及检查。泄压 (方法同上) , 断开蓄电池搭电线;从油泵上折下储能器;去掉储能器的○形密封圈。安装时, 清洁○形密封圈, 一般用纯净的制动液用清洁剂;将○形密封圈装到储能器上, 再将储能器装到油泵上。预紧力矩为23N·m, 接好蓄电池导线。检查时, 向储油室加足制动液后, 检查是否有泄漏。点火开关闭合后, 在电器系统无故障的情况下, ABS警灯及制动灯应有规定的正常显示 (车型不同, 规定不同, 一般为二灯亮后60s内应熄灭) 。储能器的预压力应为4～10MPa。当ABS不工作时, 油泵运行 (不长于60s) , 储能器的压力应在16.2～19.3MPa。
(5) 油泵的拆装与检查。拆卸时, 泄压后拆下与之相连的管路;拆下电线连接;从油泵上拆了储能器;松开油泵固定螺栓, 拆下油泵 (有定位销, 拆时要注意) 。安装时, 检查油泵隔音套是否损坏, 如损坏应更换;与拆卸相反的程序安装油泵。油泵固定螺栓的预紧力矩为8N·m。高压油管接头螺栓的预紧力矩为20N·m。检查时向储油室加足制动液, 制动系统不能有泄漏;对制动系统进行排气;油泵功能检查程序如下:断开点火开关, 给储能器泄压。闭合点火开关, 油泵电机运转, 且运转时间不超过60s。如果电机运转时间超过60s, 可能是如下原因所致:油泵电机继电器不良、储能器预置压力不当、制动系统泄漏、储液室液量少或制动管路阻塞等。检查电源电压, 检查电机导线及联结是否完好, 检查油泵电机线圈的电阻值等。
(6) 储液室的拆装及检查。拆卸时拆下蓄电池搭铁线后, 对储能器进行泄压 (方法同前述) ;拆开连接管路, 将制动液放入容器中, 并堵塞油道孔口;拆开导线连接;拆下储液室与支架的连接螺栓, 小心撬动并拆下储液室。再取出○形密封圈。安装时, 安装程序与拆卸程序正好相反。要注意的是:检查○形密封圈是否完好。将良好的密封圈用制动液清洁并涂抹后置入安装位置。用制动液涂抹储液室在阀体上的插口。检查时向储液室加注制动液, 注意液位;制动管路不得有泄漏;对制动系进行排气。
(7) 调压器系统功能检查重点。储能器预置压力为4.0～10.0MPa, 可通过车用压力表去观察;油泵运行时间不长于60ms, 使储能器压力升到16.2～19.3MPa。汽车静止, 闭合点火开关, 多次实施全行程制动, 使储能器压力降低, 在油泵运行前压力表读数应为9.7～11.7MPa。
(8) ABS导线的检查维护。ABS的导线及其联络要保证ABS有良好的抗外界电磁场干扰的能力, 为了便于使用, ABS的导线颜色也有严格的区分之规定。因此, 导线不可随意更改, 特别是控制器与传感器间的导线要有一定的屏蔽作用, 更不可随意更改。导线联结松动, 会使ABS出现故障。ABS导线不得松脱、碰伤。因此要常查常维护, 以保证ABS功能的正常。
(9) 液压元件泄漏检查。检查液压元件泄漏时, 接通点火开关, 直至液压油泵停止运转, 接着再等3min, 使整个液压系统处于稳定状态, 查看压力表, 若5min内系统压力下降, 表明液压系统有泄漏之处, 再检查是液压元件本身泄漏, 还是其外部系统泄漏, 分别予以修复, 必要时更换磨损部件或总成。
(10) 清理磁头并更换滑油。ABS的电气故障大都是连接不良或脏污引起的, 并非元件失效所致。若故障代码提示是传感器故障, 应首先检查传感器的各接点处是否良好、有无锈蚀, 必要时应予清理并涂防护油, 重新接好再行测试, 并不一定非得更换新件。若传感器安装在变速器中, 润滑油中的铁屑易被磁头吸附后, 也会引起传感器故障, 必要时清理磁头并更换润滑油。
2. 制动液的检查、更换与补充
汽车装用ABS后, 制动液更换周期较不装用ABS的汽车缩短50%。对制动液的选型, 厂家均有严格规定。要严格执行, 不能更改。除了采用变容积式液压调压器的ABS, 一般汽车 (液压制动) 采用的ABS的调压器总成中均有储能器。储能器中存有制动液, 且液量是变化的, 这就使制动液的更换、补充、检查有别于不装用ABS的汽车。
ABS一般都推荐选用DOT3或DOT4制动液, 不推荐选用DOT5制动液, 因为会损坏橡胶件。DOT3或DOT4制动液一般经过12个月的使用后, 其中含水量平均为2%, 经过18个月的使用以后, 其中的含水量平均可达3%, 因此, 建议ABS每隔12个月更换一次制动液。
针对具有液压动力或助力的ABS, 由于蓄能器中可能蓄积有制动液, 因此, 在更换或补充制动液时应按如下程序进行:先将新制动液加至储液室的最高液位标记处;如果需要对ABS中的空气进行排除, 应按规定的程序排除空气;将点火开关置于点火位置, 反复地踩下和放松制动踏板, 直到电动泵开始运转为止。待电动泵停止运转后, 再对储液室中的液位进行检查, 如果液位高于液位标记以上, 先不要放出过多的制动液, 而应重复以上过程;如果液位在最高液位标记以下, 应向储液室再次补充新的制动液, 使储液室中的制动液液位达到最高标记处。但切不可将制动液加注到超过储液室的最高液位标记, 否则, 当蓄能器中的制动液排出时, 制动液可能会溢出储液室。
ABS电控单元通常根据液位开关输入的信号对储液室的制动液液位进行监测, 当制动液液位过低时, ABS将会自动关闭, 因此, 应定期对储液室中的制动液液位进行检查并及时补充。
3. ABS的空气排除
ABS中有空气侵入时, 就会感到制动踏板无力, 制动踏板形成过长, 致使制动不足, 甚至制动失灵。因此, ABS修理后, 必须对其进行空气排除。ABS中的空气要完全排除比较困难, 特别是当制动压力调节装置中有空气存留时, 往往需要依照特定的程序并借助于专用的工具或仪器才能将其中的空气完全排除。
ABS空气排除注意事项:在进行ABS空气排除前, 应先排除ABS故障, 并检查ABS管路及接头, 如发现管路破裂或接头松动, 应进行修理。另外, 在进行ABS空气排除以前, 还应检查储液室中的液位情况, 如果发现液位过低, 应先向储液室补充制动液。
对整体式ABS, 其储压器储存着供加力器和制动器调节用的压力, 在维修时彻底泄放储压器中的压力。而在进行制动器放气时, 不一定要泄去系统的压力, 实际上往往用储压器中的压力来代替压力放气器推动管道中的制动液。但由于储压力高达186MPa, 故必须戴上护目镜, 并在打开的放气螺钉上接一软管, 否则千万不要踩制动踏板。
大部分装有ABS的汽车在定期维修时, 常可使用助力放气器、真空放气器或按手动放气法放气, 但若空气在制动压力调节器内部或更换了制动压力调节器总成, 则需按特殊规程放气。若ABS故障指示灯亮, 则应在ABS放气前先诊断和排除故障, 否则在排除故障中更换液压部件或打开某一管道, 就不得不进行二次放气。有些ABS在放气时, 需用检测仪轮流接通ABS制动压力调节器中的电磁阀, 否则很难将制动压力调节器的空气放尽。
4. 液压调压器的维护
以典型的戴维斯MarkⅡ型ABS为例介绍液压调压器的维护。
拆下电线束泄压 (在点火开关断开时进行) 。泄压的方法是:在汽车静止状态下, 连续施行25次以下的全行程制动, 直到使储能器中的全部制动液排出为止, 以防拆装时制动液外流及不安全事故发生。拆下电线束时, 应作好记号 (一般讲ABS的导线颜色是规定好的) , 并先要断开蓄电池的搭铁线, 以防油泵运转, 制动液流动。拆下调压器与制动主缸、储能器、油泵等之间的联结管路并堵住出油口。分开制动踏板臂与推杆后, 拆下防尘罩。拆下调压器总成。
安装次序与拆卸顺序相反。调压器总成固定螺栓的预紧力矩为50N·m。调压器安装好后, 应向储液室加足制动液, 检查是否有泄漏, 然后对制动系统实施排气。
出油阀及进油阀各有3个, 且均为二位二通的电磁阀, 电磁阀线圈的阻值为3～5Ω。调压器功能检查:将汽车顶高地面10cm左右, 并支撑牢靠, 将变速器置于空挡位置;闭合点火开关, 踩下制动踏板, 由助手搬动车轮, 车轮应处于抱死状态;从控制器上拆下线束插头, 再给个别制动轮缸的进油阀和出油阀供电, 踩下制动踏板后, 该车轮不得抱死。
5. 典型轿车ABS的拆检
桑塔纳2000GSi轿车ABS拆检方法如下。
(1) 系统元件的拆检。在制动系统出现故障时, 首先要确定故障是在ABS还是在常规制动系统。一般容易出故障的是控制线路、连接件和轮速传感器。桑塔纳2000GSi型轿车的MK20-I型ABS/EBD的检修:可用万用表来检测故障, 万用表的内阻应大于10kΩ, 最好使用数字万用表。制动液每年要更换一次, 更换时应根据说明书选择相应型号的制动液。不同规格轮胎或磨损过甚的轮胎, 有可能影响防抱死制动效果。
桑塔纳2000GSi型轿车的MK20-I型ABS零部件拆装检修时应注意以下几点:将故障诊断仪接自诊断插座, 记下故障代码, 查手册初步确定故障所在部位和原因;欲拆卸的零部件外部要擦拭干净, 拆下后要摆放整齐。拆开零件并清洁后, 应按顺序摆放。不要分离油泵电动机和HCU。总成零件要注意将进、出口封堵, 以防进入异物;需要更换的ABS零部件, 必须是同型号的备件;需要对安装的零件浸湿时, 只能使用制动液。拆卸前应断开电源。拆卸HECU总成时, 踩住制动踏板 (行程不小于60mm) , 依次拆开制动液连接管路, 注意堵上拆开的接口。ECU或HCU出故障, 最好整体更换HECU。
检修前轮轮速传感器时, 要检查传感器间隙和齿圈的轴向摆差, 轴向摆差不大于0.3mm。轴向摆差过大, 齿圈变形或齿数残缺, 应更换轴承和齿圈。左、右前轮轮速传感器零件不同, 不能互换。检修后轮轮速传感器时, 要检查传感器间隙和齿圈的径向跳动量, 径向跳动量应不大于0.05mm。后轮齿圈径向跳动量过大, 可调整锥轴承的间隙。如调整不了, 则应更换锥轴承。左、右后轮轮速传感器零件相同, 可以互换。回装零部件时, 有转矩要求的要按要求拧紧。MK20-I型HECU安装固定支架上的拧紧力矩为20～24N·m, 制动液管安装到总泵上的M10×1接头的拧紧力矩为12～16N·m, M12×1接头的拧紧力矩为15～18N·m, ECU和HCU间固定螺钉的拧紧力矩为3～4N·m。前轮和后轮轮速传感器内六角螺栓的拧紧力矩均为10N·m。加注制动液到规定刻度线, 并排出系统内空气。打开点火开关, ABS故障警告灯发亮1.7s后熄灭为正常, 清除故障代码, 用故障诊断仪测试, 确认系统无故障后试车, 如制动踏板有反弹感觉, 说明ABS工作正常。
(2) 系统元件的安装位置。桑塔纳2000GSi车选装MK20-ⅠABS制动系统, 它是四传感器三通道的ABS控制系统。系统元件的安装位置如图1所示。在维修ABS时, 拔下ABS电气插头之前, 应先关闭点火开关, 并从蓄电池上拆下接地线, 拆卸前应清理连接件和支承面, 拆下的元件应放置在干净地方, 通道接口应盖好, 或用塞子封闭, 拆装时注意不要让制动液流到线束插头内。
(3) 控制器的拆检。桑塔纳2000GSi车MK2O-lABS控制器由液压泵、液压控制阀体和ECU三部分组成一体。液压控制阀体中有四个电磁阀, 将液压控制阀体和ECU分开后, 可以见到里面的电磁阀保护套, 在分解ECU与液压控制阀体时, 可用专用套筒扳手拆下连接两者的螺栓, 拆下ECU时, 要直拉, 小心不要碰坏阀体, 并对分解后的总成注意放好和保洁。
(4) 控制器与控制系统连接及安装。桑塔纳2000GSi车ABS中ECU与控制系统的连接, 在从系统中拆下ABS控制器时, 在切断电源后, 拔下ECU接线插头, 并踩下制动踏板, 并用踏板支架定位, 然后进行制动总泵和各制动分泵油管的拆卸, 先拆制动总泵到控制器的制动油管A和B, 并作上记号, 用密封塞将开口塞住, 在这之后就可以将控制器从支架上拆下来。