制動(dòng)抱死系統(tǒng)

因此ABS主控單元必須符合下列要求：

(1)具有高速處理傳感器信號(hào)的能力

由于一些比較低端的傳感器只有信號(hào)傳輸能力而本身沒有計(jì)算能力，所以傳感器的信號(hào)處理工作往往由主控單元來(lái)完成。在車輛速度較高的情況下，從傳感器端輸入信號(hào)的速度也會(huì)提高，而且一般的系統(tǒng)需要同時(shí)處理至少四個(gè)輪速信號(hào)。為了及時(shí)處理這些信號(hào)信息，主控單元必須有較強(qiáng)的信號(hào)處理能力。

(2)高速計(jì)算的能力

ABS的主控單元肩負(fù)著執(zhí)行預(yù)定算法的能力。它需要根據(jù)車輪的速度信息計(jì)算出汽車的各種狀態(tài)信息，如車速、車加速度、滑移率等等，并根據(jù)此信息搜尋算法中的與之相符的狀態(tài)，然后根據(jù)此狀態(tài)預(yù)設(shè)的算法計(jì)算出應(yīng)采取的各種動(dòng)作和參數(shù)。這一切都需要在極短的時(shí)間內(nèi)完成，所以要求主控單元有較強(qiáng)的計(jì)算能力。通常會(huì)在此單元上采用至少一顆16位微控制器。

(3)快速有效執(zhí)行的能力

ABS必須在車輛高速的狀態(tài)下也能起到相應(yīng)的作用，也就是要不斷完成加壓、保壓、減壓這個(gè)過(guò)程以控制車輛的行駛狀態(tài)，所以執(zhí)行器件也必須快速有效。

(4)處理大電流的能力

由于ABS要控制多達(dá)八個(gè)閥門的運(yùn)動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)的峰值電流會(huì)達(dá)到一個(gè)較高的值，所以主控單元必須要有處理大電流的能力，比如器件要能通過(guò)較大的容量，器件和系統(tǒng)要有較強(qiáng)的散熱能力。

(5)與其它系統(tǒng)通訊的能力

ABS的輪速信息經(jīng)常要被其他系統(tǒng)所利用，所以ABS和其他系統(tǒng)之間經(jīng)常需要交換信息。另外，當(dāng)ABS被擴(kuò)展成牽引力控制系統(tǒng)(TCS)或者電子穩(wěn)定系統(tǒng)(有ESC/ESP/VSC/DSC等不同名稱，下文中將采用ESC這一名稱)時(shí)，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，所以需要與發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(EMS)間的通訊。因此，ABS主控單元應(yīng)該包括CAN或LIN接口。

(6)系統(tǒng)診斷監(jiān)控和失效保護(hù)性能

ABS是汽車最重要的安全系統(tǒng)之一，它的性能往往關(guān)系著車內(nèi)乘員的生命安全。所以它必須能對(duì)自身進(jìn)行診斷和監(jiān)控，即使在失效時(shí)也能提供緊急的替代和保護(hù)措施，以保證車輛不會(huì)失控。

上面已經(jīng)提及，ABS是車輛制動(dòng)系統(tǒng)智能化的基本形式，如在此基礎(chǔ)上增加一些額外的設(shè)備和功能，它可以擴(kuò)展成其他的系統(tǒng)，在此將簡(jiǎn)單介紹一下汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ESC)。與ABS只在制動(dòng)時(shí)起作用不同，ESC可以實(shí)時(shí)地監(jiān)控車輛的行駛狀態(tài)并在車輛出現(xiàn)失控可能之前通過(guò)調(diào)節(jié)相應(yīng)車輪上的制動(dòng)力和發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力來(lái)及時(shí)糾正行車狀態(tài)，做到防范于未然。所以ESC系統(tǒng)需要更多的傳感器，除了輪速傳感器外通常還包括橫擺角傳感器、橫向加速度傳感器和方向盤轉(zhuǎn)角傳感器。另外，ESC還需要增加4個(gè)閥門以控制相同回路中液壓液的流向。由于ESC系統(tǒng)要實(shí)時(shí)處理復(fù)雜的行車狀況，它的軟件系統(tǒng)也更加龐大和復(fù)雜，這就要求它要有更快信號(hào)處理和計(jì)算能力，以及更快的響應(yīng)速度。

針對(duì)ABS/ESC的這些要求，作為一個(gè)能提供完整產(chǎn)品鏈的芯片供應(yīng)商，英飛凌公司結(jié)合了與世界各主要ABS/ESC供應(yīng)商幾十年合作開發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)推出了自己的參考解決方案。

2006年3月15日下午，南京地鐵一列列車制動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致一號(hào)線運(yùn)營(yíng)受影響長(zhǎng)達(dá)1個(gè)多小時(shí)。

據(jù)了解，這是自2005年12月1日以來(lái)，南京地鐵出現(xiàn)的第三次故障，其中兩次都和制動(dòng)系統(tǒng)有關(guān)。那么，究竟是什么原因造成制動(dòng)系統(tǒng)容易出現(xiàn)故障呢？南京地鐵建設(shè)指揮部一位不愿意透露姓名的專家告訴記者，所謂的故障實(shí)際是制動(dòng)系統(tǒng)自檢出車輛其他部分出現(xiàn)問(wèn)題，保護(hù)性的反應(yīng)。

南京地鐵總公司運(yùn)營(yíng)部門的專家介紹，南京地鐵在設(shè)計(jì)時(shí)擁有一套非常先進(jìn)的綜合信息故障診斷系統(tǒng)，只要地鐵自檢到任何一個(gè)部件出現(xiàn)問(wèn)題可能影響安全，都會(huì)通過(guò)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)反饋給制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)隨之將車輪抱死，停下列車。

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)汽車的需求正日益加強(qiáng)，與之相應(yīng)，汽車的消費(fèi)群體也變得越來(lái)越成熟，主要表現(xiàn)在消費(fèi)者除了關(guān)注汽車的外型外還越來(lái)越重視汽車的內(nèi)在品質(zhì)，其中，汽車的安全特性逐漸成為用戶考慮的首要選購(gòu)條件。由此，作為主要的安全系統(tǒng)之一的汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)正引起越來(lái)越多的關(guān)注。

在這個(gè)系統(tǒng)中，與ABS相關(guān)的部件主要是：輪速傳感器、ABS主控單元、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置和ABS警報(bào)燈。其中輪速傳感器主要用于測(cè)量車輪的轉(zhuǎn)速，并將其信號(hào)經(jīng)過(guò)初步處理后輸入到ABS主控單元中去。在主控單元中一般含有一到兩個(gè)微控制器，在ABS作用時(shí)，它們接收來(lái)自傳感器的信息，解析出輪速，在此基礎(chǔ)上計(jì)算出輪加速度、參考車速和滑移率等參數(shù)，并根據(jù)設(shè)定的算法推算出汽車所應(yīng)采取的相應(yīng)動(dòng)作，然后向同樣位于主控單元上的執(zhí)行器件發(fā)出相應(yīng)的指令。制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置則接收此執(zhí)行器件的發(fā)出的指令調(diào)節(jié)各車輪上的制動(dòng)壓力，以使車輪處于附著系數(shù)最大狀態(tài)并防止車輪被抱死而出現(xiàn)純滑動(dòng)摩擦。在此過(guò)程中，輪速傳感器是信號(hào)輸入裝置，而主要的控制部分是由ABS主控單元完成的。

目前有三種常用的ABS控制策略用于控制車輪制動(dòng)壓力，分別是單輪控制、低選控制和高選控制。具體介紹如下。

制動(dòng)防抱死系統(tǒng)單輪控制

要使車輛實(shí)現(xiàn)最大的制動(dòng)強(qiáng)度，首先需保證每個(gè)車輪都最大程度地利用了可用的附著系數(shù)。針對(duì)每個(gè)車輪的獨(dú)立控制策略可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。為此，每個(gè)車輪都有一套傳感器用于信號(hào)測(cè)量及其參數(shù)計(jì)算，都有各自的制動(dòng)管路以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)車輪制動(dòng)壓力的獨(dú)立控制，而與其他車輪的工作情況無(wú)關(guān)。

缺點(diǎn)：在左右車輪附著系數(shù)岸不同的路面上，如單側(cè)光滑的路面，由于左右制動(dòng)力差別較大，會(huì)產(chǎn)生很大的橫擺力矩，使車輛運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定，一定程度上使得單輪獨(dú)立控制可獲得最大制動(dòng)強(qiáng)度的優(yōu)勢(shì)被削減。

制動(dòng)防抱死系統(tǒng)低選控制

所謂低選控制就是對(duì)同一車軸兩側(cè)車輪同時(shí)施加制動(dòng)壓力控制，大小由附著系數(shù)低的那側(cè)車輪來(lái)決定。

這種控制策略可以通過(guò)安裝于每個(gè)車輪上的傳感器或安裝于差速器驅(qū)動(dòng)齒輪上的傳感器完成。

采用低選控制策略，雖不能充分發(fā)揮行駛于高附著系數(shù)路面上的那側(cè)車輪的附著能力，但卻能獲得較大的轉(zhuǎn)彎側(cè)向力。并且由于左右車輪的制動(dòng)力相差不多，車輛不會(huì)產(chǎn)生橫擺，保證了車輛的穩(wěn)定性。由于上述優(yōu)點(diǎn)，低選控制廣泛適用于后軸車輪的制動(dòng)控制。

制動(dòng)防抱死系統(tǒng)高選控制

高選控制是由高附著系數(shù)路面上的那側(cè)車輪來(lái)決定車橋兩側(cè)車輪的制動(dòng)壓力，因此每個(gè)車輪上均需分別安裝傳感器。

優(yōu)點(diǎn)：與低選控制相比，高選控制可獲得更高的制動(dòng)強(qiáng)度。

缺點(diǎn):低附著路面上的那個(gè)車輪可能會(huì)抱死，因而導(dǎo)致車輛喪失轉(zhuǎn)向能力。由于作用于兩側(cè)的制動(dòng)力不等，還會(huì)產(chǎn)生橫擺力矩。但因高選控制能獲得較高的制動(dòng)強(qiáng)度，這種控制方式通常用于前軸車輪的制動(dòng)控制。

防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）的控制方法有多種，比如PID控制方法、最優(yōu)控制方法、滑模變結(jié)構(gòu)控制方法、模糊控制方法、魯棒控制方法等。

有文獻(xiàn)研究了其中的4中控制方法，對(duì)比發(fā)現(xiàn)單一的控制系統(tǒng)很難兼顧魯棒性和控制精度，同時(shí)從實(shí)施的角度，難易也各不相同。模糊控制可實(shí)施性好，魯棒性強(qiáng)，但控制精度略差?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)與模糊控制相類似，精度有所提高，但是以系統(tǒng)的高速切換為代價(jià)，對(duì)作動(dòng)系統(tǒng)的要求較高。PID簡(jiǎn)單實(shí)用，精度較好，但魯棒性要差些，實(shí)施成本也高些。傳統(tǒng)邏輯門限控制需要較多的經(jīng)驗(yàn)摸索，算法實(shí)施復(fù)雜，但硬件成本低。

所以適當(dāng)結(jié)合不同的控制方法應(yīng)該可以得到比較好的控制效果，如模糊 PID，結(jié)合模糊的魯棒性和PID的控制精度等。