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汽车ABS技术的应用论文
郑州交通职业学院
毕业论文（设计）
论文（设计）题目：
汽车ABS技术的应用
所属系别汽车运用工程
专业班级汽车运用技术
姓 名孙岩奇
学 号200908010010549
指导教师杨洪振
撰写日期2012年5月
摘要
ABS是一种新型的汽车电子控制产品，在当今汽车工业中得到了越来越广泛的应用，它可以显著提高或改善汽车紧急制动时的操控性和稳定性，缩短了制动距离，。
文章以轿车为研究对象，展开了对汽车ABS的研究。
主要完成了以下的工作：
通过对单个车轮时的受力分析确定了影响车轮附着系数的主要因素；通过比较电磁感应式轮速传感器和霍尔效应传感器的性能优缺点，采用并设计了霍尔效应式轮速传感器；通过对控制结构的分析设计了以INTEL公司生产的80C196KC单片机为核心的实时控制系统，包括信号输入电路、控制输出电路、驱动电路等硬件部分。
经比较各种控制方案，确定了“逻辑门限制法”作为控制方案，并选用加速度和滑移率的组合作为控制参数。
采用事件门限来计算车轮的转速。
文章在设计过程中对汽车制动理论和制动装置有了较为深入的了解，巩固了以往所学知识，拓展了知识面，对我今后的学习、生活将起到积极地引导作用。
关键词：
防抱死系统，门限值，轮速传感器
Abstract
ABSisanewtypeofautomotiveelectroniccontrolproducts,intoday'sautomotiveindustryhasbeenmoreandmorewidely,itcansignificantlyimproveautomobileemergencybrakecontrolandstability,shortenbrakingdistance,.Thearticlewiththecarastheresearchobject,launchedonABSresearch.Mainlycompletedthefollowingwork:
throughasinglewheelforceanalysisdeterminedtheeffectofwheeladhesioncoefficientarethemainfactors;bycomparingtheelectromagneticinductiontypewheelspeedsensorandtheHolzereffectsensorperformanceadvantagesanddisadvantages,anddesignbyHolzereffectofwheelspeedsensor;thecontrolstructureanalysisbasedonINTELthecompanyproductionof80C196KCMCUasthecoreofthereal-timecontrolsystem,comprisesasignalinputcircuit,acontroloutputcircuit,drivingcircuitandotherhardwarecomponents.Throughthecomparisonofvariouscontrolschemes,todeterminethe"logicthresholdmethod"asthecontrolscheme,andthechoiceofaccelerationandsliprateofthecombinationasacontrolparameter.Usingeventthresholdtocalculatethespeedofawheel.Thearticleinthedesignprocessofautomobilebrakingtheoryandthebrakingdevicehasmorein-depthunderstanding,consolidatetheknowledge,expandtheaspectofknowledge,formyfuturelearning,lifewillplayapositiverole.
Kyewords:
ABSelectroniccontrol，slippagegate，rotatespeedsensor
目录
1引言1
2ABS的基本理论知识1
2.1ABS的定义1
2.2ABS的功用2
2.3其工作原理为2
2.4ABS的分类2
3防抱死制动系统的发展历史4
4防抱死制动系统的发展趋势5
3ABS的使用常识5
3.1走出ABS误区5
3.2ABS使用常识6
3.3四要6
3.4七不要6
4总结7
参考文献9
致谢10
1引言
“ABS”中文译为“防锁死刹车系统”.它是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统。
ABS是常规刹车装置基础上的改进型技术，可分机械式和电子式两种。
现代汽车上大量安装防抱死制动系统，ABS既有普通制动系统的制动功能，又能防止车轮锁死，使汽车在制动状态下仍能转向，保证汽车的制动方向稳定性，防止产生侧滑和跑偏，是目前汽车上最先进、制动效果最佳的制动装置。
国内外在此领域内的差距还是比较大的，国外ABS技术早已成熟，目前主要集中在ESP及电子制动领域的研究方面。
国内还主要集中在ABS方面的研究，一些高校已开始介入ESP等领域的研究，但仅仅偏重于理论，缺少实用化方面的工作。
国内外在这方面另一大不同是，国外在ABS领域的研发是以企业为主进行的，主要发表的论文也是以企业为主，高校仅是做一些理论研究工作。
而国内几乎是高校来做研发，企业只是待产品成熟后再来生产，企业缺少自己的开发能力。
而高校由于有较好的人力资源及国家政策的支持，往往能很好地进行研发，但又缺少产业化生产基础与能力，导致我们的技术进步缓慢。
围绕着汽车安全产品，除大家熟知的ABS安全气囊外。
近几年在ABS基础扩展的系统有ESP稳定系统、EBS电子制动系统、ACC自动巡航系统、抗倾翻系统、自动防撞系统，这些都与ABS有关。
另外还有轮胎压力监测系统TMPS、夜视系统。
这些系统绝大部分都已进入商业化及批量生产阶段。
但ABS可以说是一个最基础的系统，如果ABS不能开发成功，其他更高级的系统则无法进入，要么不完善。
但有些系统与ABS关系小些，如TMPS（汽车轮胎气压报警技术），由于它比较简单，目前国内很多企业都在开发和生产TMPS系统，然而这也并不一定是件好事。
2ABS的基本理论知识
2.1ABS的定义
ABS的全名是Anti-lockBrakeSystem（防锁死制动系统）或Anti-skidBrakingSystem（防滑移制动系统），[10]它能有效控制车轮保持在转动状态，提高制动时汽车的稳定性及较差路面条件下的汽车制动性能。
[1]ABS通过安装在各车轮或传动轴上的转速传感器不断检测各车轮的转速，由计算机算出当时的车轮滑移率，并与理想的滑移率相比较，做出增大或减小制动器制动压力的决定，命令执行机构及时调整制动压力，以保持车轮处于理想制动状态。
2.2ABS的功用
制动性能是汽车主要性能之一，它关系到行车安全性。
评价一辆汽车的制动性能最基本的指标是制动加速度、制动距离、制动时间及制动时方向的稳定性。
[2]
制动时方向的稳定性，是指汽车制动时仍能按指定的方向的轨迹行驶。
如果因为汽车的紧急制动（尤其是高速行驶时）而使车轮完全抱死，那是非常危险的。
若前轮抱死，将使汽车失去转向能力；若后轮抱死，将会出现甩尾或调头（跑偏、侧滑）尤其在路面湿滑的情况下，对行车安全造成极大的危害。
汽车的制动力取决于制动器的摩擦力，但能使汽车制动减速的制动力，还受地面附着系数的制约。
当制动器产生的制动力增大到一定值时，汽车轮胎将在地面上出现滑移。
其滑移率
δ＝（Vt-Va）/Vt×100％
式中：
δ--滑移率；
Vt--汽车的理论速度；
Va--汽车的实际速度。
据试验证实，当车轮滑移率δ＝15％一20％时附着系数达到最大值，因此，为了取得最佳的制动效果，一定要控制其滑移率在15％一20％范围内。
ABS的功能即在车轮将要抱死时，降低制动力，而当车轮不会抱死时又增加制动力，如此反复动作，使制动效果最佳。
2.3其工作原理为
ABS的工作原理就是紧急制动时，依靠装在各车轮上高灵敏度的车轮转速传感器，一旦发现某个车轮抱死，计算机立即控制压力调节器使该轮的制动分泵泄压，使车轮恢复转动，用点放形式来制动，既可急剧降低轮速，又可保持轮胎与地面的附着力，以达到防止车轮抱死的目的。
ABS的工作过程实际上是“抱死—松开—抱死—松开”的循环工作过程，使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态，有效克服紧急制动时由车轮抱死产生的车辆跑偏现象，防止车身失控等情况的发生。
有效提高行车安全。
2.4ABS的分类
ABS的种类可分机械式和电子式两种。
1、电子式ABS是根据不同的车型所设计的，它的安装需要专业的技术力量，如果换装至另一辆车就必须改变它的线路设计和电瓶容量[4]，没有通用性；机械式ABS的通用性强，只要是液压刹车装置的车辆都可使用，可以从一辆车换装到另一辆车上，而且安装只要30分钟。
2、电子式ABS的体积大，而成品车不一定有足够的空间安装电子ABS，相比之下，机械式的ABS的体积较小，占用空间少。
3、电子式ABS是在车轮锁死的刹那开始作用，每秒钟作用6~12次；机械式ABS在踩刹车时就开始工作，根据不同的车速，每秒钟可作用60~120次。
机械式ABS的适用特性需要事先设定，在积水路面、冰雪路面、沙石路面、沥青路面上，轮胎的摩擦系数不同，车速不同，需要的制动力也不相同。
[5]没有即时的测量回馈系统，只依靠预先设定的阕值，适用范围较窄，制动效果会有所降低。
在选购机械式ABS防抱死系统时应非常小心。
仿造的ABS产品在外观上与真品大同小异，结构也一样，但劣质产品却难以长期承受刹车油的腐蚀与高压，时间一长橡胶还会老化变形，丧失应有的性能。
真品的橡胶阀囊浸泡在刹车油中可承受每平方英寸11000磅的高压且长期不会发生变形。
进口机械式ABS的价格在2000元左右，国产的只要200多元。
机械式ABS结构简单，主要利用其自身内部结构达到简单调节制动力的效果。
该装置工作原理简单，没有传感器来反馈路面摩擦力和轮速等信号，完全依靠预先设定的数据来工作，不管是积水路面、结冰路面或是泥泞路面和良好的水泥沥青路面，它的工作方式都是一样的。
严格地说，这种ABS只能叫做“高级制动系统（AdvancedBrakeSystem）”[9]。
目前，国内只有一些低端的皮卡等车型仍在使用机械式ABS。
机械式ABS只是用部件的物理特性去机械的动作，而电子式ABS是运用电脑对各种数据进行分析运算从而得出结果的。
电子式ABS由轮速传感器、线束、电脑、ABS液压泵、指示灯等部件构成。
能根据每个车轮的轮速传感器的信号，电脑对每个车轮分别施加不同的制动力，从而达到科学合理分配制动力的效果。
[6]
最早的ABS系统为二轮系统。
所谓二轮系统就是将ABS装在汽车的两个后轮上。
由于两后轮公用一条制动液压管路和一个控制阀，所以又称做“单通道控制系统”。
这种系统是根据两个后车轮中附着力较小的车轮状态来选定制动压力，这被称为“低选原则”。
也就是说，采用低选原则的ABS车辆的一个后轮有抱死趋势时，系统只能给两个后轮同时泄压。
又由于前轮没有防抱死功能，因而，二轮系统难以达到最佳制动效果。
随着相关技术的发展，后来出现了“三通道控制系统”，该系统是在二轮系统基础上，将两前轮由两条单独的管路独立控制。
虽然后轮还是采用“低选原则”，但由于实现了紧急制动时的转向功能及防止后轴侧滑的功能，所以这种系统具备了现代ABS的主要特点。
至今，市面上还有车辆采用这种三通道控制的ABS系统。
目前，装备在车辆上最常见的是四传感器四通道ABS系统，每个车轮都由独立的液压管路和电磁阀控制，可以对单个车轮实现独立控制。
这种结构能实现良好的防抱死功能。
3防抱死制动系统的发展历史
1906年ABS首次被授予专利，1936年博世注册了一项防止机动车辆车轮抱死的“机械”专利。
所有的早期设计都有着同样的问题：
因过于复杂而容易导致失败，并且它们运作太慢。
1947年世界上第一套ABS系统首次应用于B-47轰炸机上。
Teldix公司在1964年开始研究这个项目，其ABS研究很快被博世全部接管。
两年内，首批ABS测试车辆已具有缩短制动距离的功能。
转弯时车辆转向性和稳定性也被保证，但当时应用的大约1000个模拟部件和安全开关，这意味着被称为ABS1系统的电子控制单元的可靠性和耐久性还不能够满足大规模生产的要求，需要改进。
博世在电子发动机管理的发展过程中获得的技术，数字技术和集成电路（ICs）的到来使电子部件的数量降低到140个。
1968年ABS开始研究应用于汽车上。
1975年由于美国联邦机动车安全标准121款的通过，许多重型卡车和公共汽车装备了ABS，但由于制动系统的许多技术问题和卡车行业的反对，在1978年撤消了这一标准。
同年博世作为世界上首家推出电子控制功能的ABS系统的公司，将这套ABS2的系统开始安装作为选配配置，并装配在梅赛德斯-奔驰S级车上，然后很快又配备在了宝马7系列豪华轿车上。
在这一时期之后美国对ABS的进一步研究和设计工作减少了，可是欧洲和日本的制造厂家继续精心研制ABS。
进入20世纪80年代以后，由于进口美国的汽车装备有ABS，美国汽车制造厂对美国汽车市场上的ABS显示出新的兴趣。
随着微电子技术的飞速发展和人们对汽车行车安全的强烈要求，ABS装置在世界汽车行业进一步得到广泛应用。
1987年美国大约3%的汽车装备有非常可靠的ABS。
在随后的时间里，研发者集中于简化系统。
在1989年，博世的工程师成功地将一个混合的控制单元直接附在了液压模块上。
这样他们就无需连接控制单元和液压模块的线束，也无需接插件，所以显著地减轻了ABS2E的整体重量。
[7]
博世的工程师在1993年，使用新的电磁阀创造了ABS5.0，并且在后来的几年研发了5.3和5.7版。
新一代的ABS8的主要特性是再次极大地减轻了重量、减少了体积、增大了内存，同时增加了更多功能，如电子分配制动压力，从而取代了减轻后轴制动压力的机械机构。
当年有些汽车工业分析专家预言得到了证实：
到20世纪90年代中期以后，世界市场上的大多数汽车和卡车将装备ABS。
4防抱死制动系统的发展趋势
最早的ABS系统为二轮系统。
所谓二轮系统就是将ABS装在汽车的两个后轮上。
由于两后轮公用一条制动液压管路和一个控制阀，所以又称做“单通道控制系统”。
这种系统是根据两个后车轮中附着力较小的车轮状态来选定制动压力，这被称为“低选原则”。
[8]也就是说，采用低选原则的ABS车辆的一个后轮有抱死趋势时，系统只能给两个后轮同时泄压。
又由于前轮没有防抱死功能，因而，二轮系统难以达到最佳制动效果。
随着相关技术的发展，后来出现了“三通道控制系统”，该系统是在二轮系统基础上，将两前轮由两条单独的管路独立控制。
虽然后轮还是采用“低选原则”，但由于实现了紧急制动时的转向功能及防止后轴侧滑的功能，所以这种系统具备了现代ABS的主要特点。
至今，市面上还有车辆采用这种三通道控制的ABS系统。
目前，装备在车辆上最常见的是四传感器四通道ABS系统，每个车轮都由独立的液压管路和电磁阀控制，可以对单个车轮实现独立控制。
这种结构能实现良好的防抱死功能。
3ABS的使用常识
3.1走出ABS误区
开篇中那些对ABS的误解，需要解释一下。
如果汽车车轮在制动时抱死，汽车能得到的侧向附着力是最小的。
这时，由于路面附着系数的不平衡、汽车本身制动力的不平衡、悬架的不平衡、汽车轮胎气压、路面弯度、颠簸或坡度等因素都可能会使汽车发生侧滑、甩尾或失控。
另外，由于车辆前轮抱死，汽车会失去转向能力。
一个性能优良的汽车防抱死制动系统，在制动时能够将汽车车轮的滑移率控制在20%～30%之间，车轮在这种状态下，能兼顾相对最大的纵向制动力和横向抓地力，有效地保证车辆不会发生失控状况。
另外，在前轮不抱死的情况下，由于有一定的抓地力，汽车还可以按照驾驶员的意愿进行转向，从而控制车辆。
为了将车轮滑移率控制在理想状态下，追求车辆的稳定性，可能会牺牲一些纵向的制动力。
所以，ABS起作用时，不是在所有路面上制动距离都会缩短。
[10]
在冰雪路面上，由于地面提供的附着力比一般路面要小很多。
ABS只能在这种附着力的基础上调节汽车的制动力，不会产生外加的制动因素。
所以，在冰雪路面上的制动距离只能说比车轮抱死时短一些，比在一般路面上的制动距离还是长很多。
实际道路其实是很复杂的，诸如：
路面附着系数不平衡、道路弯度或路面横向坡度、甚至汽车轮胎气压等汽车自身的原因，有很多因素能使汽车在制动时产生侧滑的运动趋势，这些因素都不是ABS本身能够克服的。
所以，如果在冰雪路面上车速过快时紧急制动，遇到上述因素之一，当车辆离心力大于地面能够提供的最大侧向力时，就会使车辆形成失控趋势，这是非常危险的。
总之，任何装备都不是万能的，驾驶员必须通过自己的主观能动性实现安全驾驶。
即使是性能优良的ABS在工作状态下稳定车辆的效果也是有限的，尤其是行驶在砂石路或冰雪路面上，更应保持充分的车距，减速慢行，不要完全依赖ABS系统。
3.2ABS使用常识
现在基本上所有的乘用车都加装了ABS系统，对提升车辆的主动安全性能起到了很大的作用，但若使用不当，效果也会大打折扣。
在这里，我们对ABS的使用原则归纳为“四要、七不要”。
3.3四要
1.要始终踩住制动踏板不放松，这样才能保证足够和持续的制动力，使ABS有效地发挥作用。
2.要保持足够的安全车距。
一般情况下，最小车距不应低于50m，当车速超过50km/h时，最小车距与车速数值相同，如100km/h时最小车距为100m，120km/h时，最小车距为120m。
3.要事先熟悉ABS，使自己对ABS工作时的制动踏板抖动有准备和适应能力。
4.要事先阅读汽车驾驶员手册，从而进一步地理解安装ABS的汽车生产厂提供的各种操作说明。
3.4七不要
1.不要认为有了ABS就可以随心所欲地驾驶。
ABS也不是绝对保险的，在车速过高和转弯过急的情况下，若车辆制动得过急过猛，则汽车仍然会产生侧滑。
因此，即使你的汽车装有ABS，你也仍然需要谨慎驾驶。
2.不要采用“点刹”制动。
未装有ABS的车辆在湿滑路面及车速较高情况下实施制动时，需要采用“点刹”的办法达到安全制动的目的。
而装上ABS后，由于ABS能自动调整制动力，因此在实施紧急制动时，可一脚将踏板踩到底而不松开，不要担心车轮抱死打滑，否则将大大延长制动距离。
3.不要被ABS的抖动吓住。
ABS在起作用时，会听到它发出的噪音，该噪音是由液压控制系统中的电磁阀和液压泵工作时产生的，不要以为制动系统出了毛病而惊慌失措，更不可将脚从制动踏板上移开，这时仍然要将制动踏板踩死而不去管它。
4.不可忽视ABS指示灯的检查。
正常情况下，按通点火开关后，此灯应亮；大约3秒后自动熄灭。
这一过程，实质上是电子控制装置在按自检程序对车轮传感器、液压调节器的控制阀进行通电检查，若此灯一直不亮，说明ABS有故障。
5.ABS指示灯不熄灭时不必恐慌。
当行车中ABS出现故障时，防抱死制动系统自动将原制动系统的油路接通，汽车上的原制动系统仍然工作，只是没有了ABS，注意检修就可以了。
6.不可私自拆换ABS的电脑单元。
如果电脑发现故障，应更换整个ABS单元。
7.对于装配了ABS,但是希望改装的车辆，请勿拆装制动管路与ABS单元连接的螺母。
4总结
目前ABS的控制技术主要采用逻辑门限值控制方法，但随着车速传感器技术的发展，基于车轮滑动率的各种控制算法将被广泛的重视和采用。
另外,由于汽车市场的吸引，各种先进的电子技术、生物技术、信息技术以及各种智能技术才会陆续应用到汽车制动控制系统中来。
实现资源共享和综合控制，并朝着多目标综合控制，以提高系统性能成本比的方向发展。
总之，现代汽车制动控制技术正朝着电子制动控制方向发展。
全电制动控制因其巨大的优越性，将取代传统的以液压为主的传统制动控制系统而占据下一代制动控制系统统治地位。
汽车电子制动控制系统将与其他汽车电子系统如汽车电子悬架系统、汽车主动式方向摆动稳定系统、电子导航系统、无人驾驶系统等融合在一起成为综合的汽车电子控制系统，未来的汽车中就不存在孤立的制动控制系统，各种控制单元集中在较少的ECU中，并将逐渐代替常规的控制系统，实现车辆控制的智能化。
所以现代汽车制动技术将在不断的挑战与变革中不断完善，为汽车工业的发展保驾护航。
参考文献
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致谢
本文是在杨洪振老师的悉心指导下完成的。
导师渊博的知识、扎实的理论功底、高深的学术造诣、严谨的治学态度和胸怀宽宏的高尚品质，让我受益匪浅。
通过本次毕业论文的撰写，使我深入巩固了以往所学的专业知识。
并得以借鉴众多专家学者的宝贵经验，掌握了学术研究的方法，同时也使我懂得了许多待人接物，为人处事之道。
本文从题目的选择、课题的研究和论证、再到论文的编写、修改，都得到了导师的鼎力相助。
在此，谨向我的导师、辅导员、专业课老师，以及三年来的照顾和帮助我解决难题的同学们致以最崇高的敬意和衷心的感谢。
由于实践能力和个人经验有限，论文中对现代汽车制动技术ABS的应用与发展的阐述与分析难免有许多疏漏和不足，在此欢迎各位老师和专家学者们指正。
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