Internal Combustion Engine &Parts
0引言
防抱死制动系统（Anti -lock Brake System ，简称ABS ），是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统，已经成为现代汽车必备的重要安全装置。众所周知，在车辆遇到紧急情况时，90%以上的驾驶员习惯性一脚踩到底，试图让汽车紧急停车，这时由于车轮容易因制动力超过轮胎与地面的摩擦力而抱死不转动，从而使汽车处于危险的工况，若车辆前轮抱死则会使汽车失去转弯能力，若后轮抱死则容易发生甩尾、甚至掉头等危险事故，安装ABS 可以有效的解决汽车制动时时车轮抱死的问题。防抱死制动系统就是保证不论道路情况如何，汽车在紧急制动时，能够有效防止车轮抱死，避免制动过程中的侧滑、跑偏和转向操纵能力丧失等，获得最佳制动效果。
1汽车防抱死制动系统
1.1汽车制动时车轮运动分析汽车在正常行驶过程中，实际车速和车轮的转速应该是相同的，当驾驶员踩下制动踏板时，在制动器摩擦力矩的作用下，车轮角速度减小，车速和车轮转速就会产生一个速度差，轮胎与地面之间就会产生滑移，通常用滑移率S （见式（1））描述制动过程中的滑移程度。当v=v R 时，有S=0，这时车轮处于自由滚动状态；当v R =0，有S=1，这时车轮将处于完全抱死的状态作纯滑动；当v>v R ，则0<S<1，这时车轮既有滚动又有滑动。滑移率值越大，表明滑移越严重。
（1）
S —制动滑移率；v —车辆行驶速度；v R —车轮圆
周速度。
汽车在制动过程中，除了制动系统的制动力外，还受到轮胎-道路附着力影响，当汽车制动系统具有足够的制动力，同时路面又可以供给较大的附着力时，汽车就能获得良好的制动效果；而当制动系统的制动力大于轮胎-道路附着力时，汽车车轮就会出现抱死滑移的现象，威胁的汽车安全运行。其中，纵向附着力影响汽车的制动距离，横向附着力影响汽车的方向稳定性和转向操纵能力。研究表明，汽车地面的附着系数对滑移率有很大影响，附着系数会随着滑移率的变化而变化，当滑移率在20%左右时，纵向附着系数达到最大，这时的制动效果最理想，此刻的滑移率被称为理想（最佳）滑移率，当滑移率大于理想滑移率时，纵向的附着系数就会减小，制动距离会增长。而横向附着系数越大，汽车制动过程中的方向稳定性和转向控制能力就会越强。伴随着车轮滑移率S 的增加，横向的附着系数随之渐渐变小，当汽车车轮处于抱死状态时，横向附着系数几乎为0，危害非常大，车辆将失去方向稳定性和转向的控制能力。因此，有效的控制车轮滑移率使其能够很好的保持在20%左右，不仅可以使纵向附着系数接近峰值，还能有效的降低横向附着系数对汽车行驶稳定性的影响，从而保证车辆能够获得最佳的制动效果、提高方向稳定性、增强转向控制能力，减少交通事故的发生。
1.2防抱死制动系统的工作原理
汽车防抱死制动系统主要由轮速传感器、电子控制单元ECU 、制动压力调节器等组成，构成一个闭环制动系统。防抱死制动系统的工作原理：轮速传感器不断的测取车轮的转速，对汽车运行状态的实时监控，ABS 电子控制单元ECU 接收来自轮速传感器的信号，并对这些信号进行分析和处理，进而计算出汽车的车轮速度、减速度和参考滑移率，并指示执行器工作，执行器根据防抱死制动系——————————————————————
—作者简介：梁燕（1983-），女，河南驻马店人，讲师，硕士研究生，研
究方向为汽车电器、
电子科学技术及自动化装置。
图1
汽车防抱死制动系统的技术研究
梁燕
（广州科技职业技术学院汽车工程学院，广州510550）
摘要：防抱死制动系统能够防止车辆在常规制动过程中由于车轮抱死而出现的后轮侧滑、前轮丧失转向能力等现象，是一种有效
的安全制动装置。本文对防抱死制动系统的技术应用原理进行了详细介绍，分析了目前所使用的控制算法的优点及不足，并指出了汽车防抱死制动系统的发展方向，为进一步的研究提供一定的借鉴参考价值。
关键词：防抱死制动系统；安全制动装置；控制算法
量的机械装置，在系统内部存储的能量可以保持旋转方向
垂直的轴产生相应的转矩，用于控制平衡，并能根据外部应激情况通过旋进电机来调节整体系统的平衡状态，通过系统主动调节以达到控制系统平衡。最终解决前后两轮封闭式车辆在运动过程中依靠机械式陀螺仪和电子陀螺仪的完美结合来达到根据车身倾斜情况来自动调节平衡的
问题。
参考文献:
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统ECU的指令调节控制车轮上的制动压力，使车轮的滑移率始终可以保持在20%左右的最佳范围内，阻止车轮抱死，进而保证在制动过程中轮胎-道路附着力最大，制动距离缩减，较好的保证制动过程中车轮的方向稳定性和转向控制能力，避免了车祸的发生，增强了汽车安全性能。
2防抱死制动系统的控制方法
汽车行驶环境复杂多变，在制动时，由于轮胎和地面的摩擦情况比较复杂，致使汽车防抱死制动系统具有明显的非线性、很强的时变性和不确定性等特点，给防抱死制动系统带来了很多困难，探索一种有效的控制算法，使滑移率能够保持或者无限接近最佳滑移率点，是防抱死控制系统发展的关键，也是研究的热点。目前，防抱死控制系统正朝着多元化的方向发展，主要有研究算法有以下5种。
2.1逻辑门限值控制
逻辑门限值控制是应用最普遍的一种算法，其工作原理是在控制器中设置一个门限值，通过实测参数与该门限值对比，判断车轮是否趋于抱死，然后通过电控单元ECU 发出指令，调节制动压力，进而调节车轮速度，，使车轮速度控制在一定的范围内而不会抱死，通过对比实时制动参数与该门限值的差距判断车轮是否趋于抱死。通常选取车轮角加、减速度门限值进行控制。逻辑门限控制不涉及数学模型，控制简单，计算量比较小，便于实现，但是控制系统中的各种门限及保压时间需要通过反复试验得出，产品开发周期长，而且这种控制方式车型的互换性效果不好。
2.2滑模变结构控制
滑模变结构控制是一类特殊的非线性控制，这种控制方法的主要特点是系统的结构是不固定的，可以在动态过程中，根据系统当前的状态有目的地不断变化，迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹滑向控制目标。在防抱死制动控制系统中，以滑移率为控制对象，制动力矩为控制变量，设计滑模变结构控制器，滑模变结构控制具有较强的鲁棒性和适用性，但是会产生抖动现象。常采用模糊控制、神经网络控制，遗传算法优化控制等方法削弱抖动，但该控制方法的模型的状态方程误差较大，对制动效果影响较大。
2.3最优控制
最优控制是一种基于状态空间法，针对具体模型的进行分析的现代控制方法。通常选择车轮角速度及角加速度作为状态参数，以滑移率为控制优化目标，以峰值附着系数处的车轮速度作为系统的期望输出值，使预定的目标函数达到最小值。该控制方法在理论层面比较成熟，而且是在时间域内对ABS进行研究，充分考虑了状态变化对控制过程的影响，仿真出来的效果较好，但是该控制方法需要建立精确的数学模型，才能达到较好的控制效果，由于汽车制动系统具有非线性以及随时间变化的特性，建立的数学模型很难与实际工况保持完全一致，因而很难把握控制质量的准确度，在实际应用中难度较大。
2.4PID控制
PID控制的算法和控制方法都比较简单，而且鲁棒性好，便于工程应用。通过对比例、积分和微分系数这这三个参数的调整，使系统达到预期控制效果。PID控制算法在防抱死制动控制系统的应用如图2所示，选取滑移率期望值S T与实际值S之间的差值e S为优化目标，作为PID控制器的输入信号，根据在线或离线专家经验法对ABS控
制器的参数进行整定，算出较优制动压力p，反馈给制动系统，进行闭环控制。PID控制算法的核心是参数的整定，只要参数选择合适，就会得到满意的控制效果。但是常规的PID控制器并不能够满足复杂的行车情况。因此，很多研究者把蚁算法、免疫算法等智能控制算法和PID控制方法结合起来调节PID参数的。
2.5模糊控制
模糊控制是一种基于专家经验的控制方法，以基于滑移率的模糊控制策略为例，其工作原理是建立一个模糊控制器，选取滑移率误差与滑移率误差变化率作为模糊控制器输入量，通过相应的模糊规则经过隶属度函数输出制动压力，作为模糊控制器的输出量，对车轮进行控制，从而实现车轮的防抱死。模糊控制不需要被控对象的数学模型就能够实现较好的控制，鲁棒性强，控制规则灵活性强，但是确定的计算方法，需要设计者的根据经验反复调试，而且对较小误差的控制难以达到较高的控制精度。
单一的控制算法在某些方面取得了一些好的效果，但整体性能还是不够理想。因此，后续的研究者有采用模糊控制与PID控制相结合的模糊PID控制方法，或者在滑模变控制中加入模糊规则的方法进行优化。总之，防抱死制动系统发展方向是优化协调控制算法，将智能化的控制方法引入到防抱死制动控制系统中，提升系统的制动性能。
3防抱死制动系统的优缺点
防抱死制动系统作为汽车安全性的重要装置，得到了广泛应用，主要优点有：①充分发挥制动器的效能，缩短了汽车的制动距离；②保障了汽车制动的过程中方向的稳定性和转向的控制能力，防止紧急制动时车辆侧滑和甩尾；
③降低了车轮在制动过程中的磨损，提高了轮胎的使用寿命；④降低了制动事故的发生率。但是也存在一定的缺点，防抱死制动系统的制动效果对汽车的整体性能依赖很大；而且若超出车轮在路面上承受的制动效果时，就不能获得良好的制动。
4结语
随着汽车行业的快速发展，不断的提高和改善汽车防抱死制动系统性能，提高汽车的运行安全性显得至关重要，随着新理论、新技术、新材料的不断应用，运用现代控制理论和方法优化防抱死制动系统技术性能，提高其可靠性和自适应能力，同时不断提高系统的集成度、轻量化，使汽车制动的稳定性与安全性得到进一步的改善和提高。
参考文献院
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01.
图2PID控制系统图