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汽車制動性能的好壞,主要從以下3方面進行評價: 1)制動效能,即制動距離與制動減速度; 2)制動效能的恒定性,即抗熱或水衰退性能; 3)制動時汽車的方向穩定性,即制動時汽車不發生跑偏、側滑以及失去轉向能力的性能。 通常,汽車在制動過程中存在著兩種力:一種是制動器摩擦片與制動鼓或制動盤之間產生的摩擦阻力,這種阻力稱為制動系統的阻力,由于它提供制動時的制動力, 因此也稱為制動系制動力;另一種力是輪胎與道路表面之間產生的摩擦阻力,也稱為輪胎- 道路附著力。如果制動系制動力小于輪胎- 道路附著力,則汽車制動時會保持穩定狀態;反之,如果制動系制動力大于輪胎- 道路附著力,則汽車制動時會出現車輪抱死。如果前輪抱死,汽車基本上沿直線向前行駛,汽車處于穩定狀態,但汽車失去轉向控制能力,這樣駕駛員制動過程中躲避障礙物、行人以及在彎道上所應采取的必要的轉向操縱控制等就無法實現。如果后輪抱死,汽車的制動方向穩定性變差,在很小的側向干擾力下,汽車就會發生甩尾,甚至調頭等危險現象。尤其是在某些惡劣路況下,諸如路面濕滑或有冰雪,車輪抱死將難以保證汽車的行車安全。另外,由于制動時車輪抱死,從而導致局部急劇摩擦,將會大大降低輪胎的使用壽命。 1 ABS工作原理 汽車防抱死制動系統ABS （Anti - Lock BrakingSystem）是指在制動過程中,通過控制作用于車輪制動分泵上的制動管路壓力,自動調節車輪制動力,防止車輪抱死以取得最佳制動效能的電子裝置,ABS是目前世界上普遍公認的提高汽車制動安全性的有效措施之一。 2 基于MC9S12DP256芯片的液壓ABS系統 液壓ABS系統主要應用于轎車、微型車與輕型車制動系統。與氣動ABS系統不同,大部分液壓ABS系統的控制器與調節器是一個集成的系統,盡管制造難度較大,但由于近年國內轎車市場的發展和對交通安全的要求的提高,液壓ABS系統越來越受到廠家的關注,許多廠家紛紛開始進行液壓ABS系統的開發。 飛思卡爾半導體公司(原摩托羅拉半導體部)的MC9S12DP256芯片是以速度很高的CPU12內核（Star Core）為核心的單片機,總線速度達25MHz.MC9S12DP256單片機由標準片上外圍設備組成,包括一個16 位中央處理器（HCS12CPU） 、256K字節的Flash, 4K的EEPROM 、12K字節的RAM。5路CAN總線,溫度適用范圍為- 40～125 ℃,采用5 V供電,主要用于工業控制,特別適合用在汽車上。基于MC9S12DP256控制的液壓ABS系統配置框圖如圖1所示。 由于MC9S12DP256 芯片的總線內置,抗干擾能力特別強,使用自動編程/擦除算法,提高了性能,而擴展的指令集和尋址模式提高了編碼效率,背景調試模式模塊（Background DebuggingMode, BDM）能夠允許全速在線仿真。另外,利用CodeWarrior集成開發環境（Integrated Development Environment,IDE）,通過后臺調試方式（Background debug mode, BDM） ,下載控制程序和修改相關參數,在不干擾目標程序運行情況下,實時監測各寄存器和存儲器,實現了控制程序的板上在線調試,從而提高了集成系統的開發效率和試驗的方便性,可以大大縮短試驗周期。 3 液壓控制原理 液壓ABS系統采用一體化的結構即控制器與調節器集成為一體,可以使系統結構簡單, 節省線束。同時,由于采用了MC9S12DP256芯片,足以滿足ABS的計算、實時控制和診斷等方面的要求。液壓控制部分主要是利用三位三通電磁閥的特點。其調壓方式與工作原理如下: （1）正常制動（ABS不工作） 正常制動時制動力較小, 車輪尚未抱死滑移,ABS不起作用, 三位電磁控制閥處于第1種狀態,即三位電磁閥的左位。來自制動主缸的制動液經3個電磁控制閥直接進入4個輪缸, 產生制動作用。放松制動踏板解除制動時, 輪缸中的油液仍經電磁控制閥流回主缸。此時, 由于ECU （ABS電子控制單元） 未發出指令, 故電動油泵處于不工作狀態。 （2）降壓狀態當汽車制動使車輪處于即將抱死狀態時, ECU根據傳感器的信號發出指令,給三位電磁閥的線圈通以較大的電流,使三位電磁閥處于第3種狀態,即圖中三位電磁閥處于右位工作,通往主缸的油路被關閉,而4個輪缸與儲壓器相通, 輪缸內的高壓油液經電磁閥流入儲壓器,制動壓力降低,防止了車輪抱死,與此同時,受ECU的指令,電動油泵工作,把流入儲壓器的油液加壓后輸送回主缸,為下一次制動作好準備。 （3）保壓狀態當制動分 泵減壓（或增壓）到最佳制動狀態時,根據輪速傳感器發出的信號, ECU 發出相應指令,給線圈通以較小的電流,此時,三位電磁閥處于第2種狀態,即圖中三位電磁閥處于中位工作,各閥口關閉,保持輪缸中的油壓處于最佳制動狀態。 （4）升壓狀態當制動力不足時,輪速傳感器發出信號, ECU停止向線圈供電,三位電磁閥回到第1種狀態,主缸和輪缸再次相通,主缸中的高壓制動液經三位電磁閥進入輪缸使制動力迅速上升。 ABS控制上述降壓、保壓、升壓各狀態,使之相互交替進行, 從而保證汽車獲得最佳制動效果。ABS系統液壓回路如圖2所示。 4 仿真試驗結果 SIMUL INK 是一個用來對動態系統進行建模、仿真和分析的軟件包,它支持線性和非線性系統,連續的和離散的時間模型,或是兩者的混合。SIMU2L INK已經在工業控制等領域得到了廣泛的應用。汽車的實際制動過程是一個非常復雜的過程,所以要完全精確地描述制動過程幾乎是不可能的,在仿真之前,可以對汽車的制動過程做適當的簡化和假設,經過簡化和假設后的汽車實際上成為一個二自由度做直線運動的模型。 制動時車身運動方程式為: 文中采用MATLAB /SIMUL INK軟件進行仿真研究,仿真采用五階變步長Runge - Kutta法進行,最小仿真步長為0. 001 s, 最大仿真步長為0. 01 s。以某型轎車為仿真試驗對象,該車的主要參數為:滿載質量1 795 kg;軸距2 800 mm;重心距地面高度 655 mm;重心距前軸距離1 430 mm;重心距后軸距離1370 mm;風阻系數0. 4;風阻中心高度965mm;迎風面積1 736 × 1 490 mm2 ;制動初速度80 km /h;路面為普通水泥路面。仿真結果如圖3、圖4所示。 5 結論 （1）由仿真結果可以看出,基于飛思卡爾芯片的液壓ABS系統在制動過程中,能夠使滑移率保持在0.1～0.3之間,有效地防止了車輪的抱死,保證了汽車具有良好的制動性能。 （2）通常采用工業級普通芯片作為ABS控制芯片時,在溫度適應性及系統穩定性上都有不盡人意之處,該系統由于采用Motorola公司的專用汽車芯片MC9S12DP256,使系統更加可靠、穩定,為液壓ABS系統的開發提供了一種新的選擇方案。 |
