汽车ABS材料研究报告 2017 2022年中国汽车ABS材料行业运行模式...

赵家豪

[摘 要]文章阐述了汽车ABS应用的意义，对汽车制动过程的性能进行了分析。从控制原理、ABS的基本组成与功能、布置方式三个方面，介绍了汽车ABS的工作原理。在模糊控制基本理论的基础上，通过建立模糊控制系统、进行仿真预测分析、以及系统硬件与软件的控制，探讨了汽车ABS模糊预测控制的方法。

[关键词]汽车ABS；模糊控制；仿真预测

中图分类号：U463.526 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）21-0298-01

1.概述

随着近年来科学技术的迅速发展，人们的物质生活水平也有了显著的提升，汽车也逐步走进了千家万户。与此同时，对于汽车安全性的要求也越来越高，尤其体现在制动安全性能方面。当汽车制动时，对于制动的效能与操纵的稳定性，都有着较高的要求。车轮抱死后，轮胎还将在地面上持续一段距离的滑移，不可避免的会造成一定的磨损，同时还增加了制动的距离。一旦出现汽车车轮抱死，容易引起侧滑、甩尾、方向跑偏等现象，带来巨大的安全隐患。引入ABS汽车防抱死制动系统，在车轮制动的过程，能够保证其处于非抱死状态，避免产生车辆侧滑甩尾，有助于方向的稳定和制动距离的缩短。

2.汽车制动过程的性能分析

车轮制动时，受到汽车作用在车轮上的重力、汽车作用在车轮轴上的惯性推力、地面对车轮的法向支持力、以及地面制动力的作用。其中，地面制动力不仅受到制动器内部零件摩擦力的影响，还受到地面附着力的影响。在较低的制动器踏板力作用下，所产生的制动器摩擦力矩不大也较小，此时的地面制动力即为地面与轮胎之间的摩擦力，车轮处于滚动的状态。制动器踏板力增加时，制动器制动力会逐步增加，导致地面制动力增大。达到临界点时，车轮会出现抱死不转进而产生拖滑的现象[1]。

汽车制动时的减速，依靠地面与轮胎之间所产生的摩擦力。在车速与轮速之间，存在着一定的速度差，进而产生了滑移现象，常用滑移率来表示。一般来说，滑移率越大，制动的距离越短。同时，车轮的材料、结构，道路的材料、表面的形状等因素，都会对汽车的制动过程产生影响。汽车制动车轮抱死时，容易出现侧滑、甩尾、方向跑偏等现象，极易发生危险。为了提高汽车方向的稳定性，应采取有效措施防止出现任何形式的车轮抱死，保证前后轮都处于滚动的状态，保障汽车的安全行驶。

3.汽车ABS工作原理

3.1 控制原理

进行汽车ABS控制，是在保持汽车的可操纵性的同时，获得最大的时实制动力矩，并避免制动力矩过大而产生车轮滑移现象。ABS控制原理不仅涉及到车轮加、减速度门限，还包括了参考滑移率等。在ABS控制系统中，采用连续控制的方式，通过控制车轮滑移率，能够获得最佳的控制效果。制动附着系数与侧向附着系数越大，相应的制动力也就越大，制定效果越好。一般来说，车轮滑移率的最佳范围是7%～25%，此时的制动性能最佳[2]。

3.2 ABS的基本组成与功能

汽车ABS系统，主要由三个部分组成，即车轮速度传感器、电子控制器、以及压力调节器。其中轮速传感器用于车轮速度的检测，轮速以脉冲信号的形式被传送至控制单元，ABS控制器根据信号变化的发射时间，对车轮的回转速度进行计算。作为ABS系统的控制中心，电子控制器能够接收来自于轮速传感器的电信号，进而对车轮的运动状态进行计算和判断。所发出的控制指令，作用于制动压力调节器，并对其它部件实施监控。制动压力调节器的功能是执行器，所接受的指令来自于控制器，对产生制动压力的部件进行调节。

3.3 布置方式

ABS布置方式的不同，对性能有着截然不同的影响。根据控制通道与传感器的数量的不同，如表1所示，布置方式大体可以分为四种形式。

4.模糊控制基本理论

模糊控制起源于上个世纪七十年代，所面对的控制对象往往较为复杂，且非线性特征极强，难以用数学模型加以描述。但对于熟练的操作人员来说，能够通过自己的知识与经验的积累，解决不确定性系统的控制，实现了良好的控制。不仅能够解决复杂系统的控制问题，还适合于一般控制问题。模糊控制系统的数学基础包括了模糊集合、模糊语言变量、以及模糊逻辑推理，采用了先进的计算机数字控制系统，从而实现自动化控制。模糊控制系统主要由四个部分组成，即模糊控制器、传感器、A/D和D/A转换装置、以及被控对象与执行机构。其核心是模糊控制器，直接决定了模糊控制系统的性能优劣。

5.汽车ABS的模糊预测控制方法

5.1 建立模糊控制系统

滑移率是汽车ABS系统的主要控制量，不同的路面情况，所对应的最佳滑移率与最大附着系数是不同的，表2显示了不同路面情况的最佳滑移率与最大附着系数。在不同的路面条件下，保证ABS的正常工作，应对其最大附着系数进行充分的利用。对路面进行辨识，可以对滑移率的设定值实现在线修正，以及对滑移率的最优控制，有助于ABS制动性能的提高。在整个制动过程中，路面识别系统始终处于工作的状态。根据路面情况的变化，自动调整模糊控制器的控制参数[3]。

5.2 进行仿真预测分析

仿真分析是需要借助于专业化的软件，运用单轮车辆模型、轮胎模型、制动系统模型、以及ABS模糊控制器，建立模糊控制的ABS仿真模型。其主要参数包括了汽车质量、重力加速度常数、汽车轮胎半径、汽车轮胎转动惯量、制动迟滞时间与制动初始速度，较为典型的仿真路面情况为干沥青、湿沥青和雪路面，能够得出相应的滑移率、制动压力、制动时间与制动距离，进而对ABS的控制效果进行对比分析。

5.3 系统硬件与软件的控制

作为ABS系统的核心部分，电子控制单元负责外来信号的采集与处理，并对各种数据进行分析。结合一定的控制算法，对车轮速度、滑移率等进行计算并做出判断，所产生的控制信号可对执行机构直接控制，并监控其它部件的功能。软件的结构包括了数据采集与处理模块、控制功能模块、以及故障检测。数据的采集与处理，是通过传感器采集模拟信号，并将其转换成数字信号。而控制功能则是由路面识别与模糊控制组成，对轮速、滑移率等进行计算，对当前路面进行识别。运用模糊控制算法，对电磁阀、泵电机的驱控输出控制信号。而故障检测能够及时发现系统内部和外部的故障信号，便于有针对性的采取保护措施，提高汽车ABS模糊预测控制的水平。

参考文献：

[1] 陈虹.汽车控制的研究现状与展望[J].自动化学报.2013（14）.

[2] 蒋科军.气压制动系统ABS双模糊控制仿真分析[J].机床与液压.2011（03）.

[3] 倪泉.汽车制动系统可靠性预测的模糊神经网络研究[J].自动化仪表.2016（01）.