汽车ABS检测的现状

【专家解说】：国内ABS发展现状 大约从20世纪60年代开始，电子技术的进步成为汽车工业发展的最大动力。现代汽车的控制系统几乎全由电子控制装置实现，在提高经济性、动力性、可靠性、舒适性和排放控制系统方面起到明显的作用。因此，电子产品在汽车上的应用比例，已成为评价其品质、性能指标的重要依据。 　　汽车防抱死制动系统(ABS)是国家十五规划中重点发展的汽车电子产品，它的主要作用就是在汽车紧急制动时，防止车轮抱死，提高汽车紧急制动的稳定性和方向可控性，缩短制动距离，延长轮胎的使用寿命。 　　汽车防抱死制动系统(ABS)是一种非线性控制系统，这项技术的最大难点在于控制的非线性和参数难以准确测量的特点。由于飞机上安装了昂贵的测速装置，以及飞机在降落时机场路面的单一性，所以飞机上安装的防抱死制动系统的性能十分稳定；与此相反，汽车上只安装了测量轮速的传感器，没有安装测量车速的传感器，而汽车行驶的路面却复杂多变。所以，与飞机防抱死制动系统相比，汽车的防抱死控制的难度很大，不易达到理想的效果。 　　1 防抱死控制基本原理 　　汽车制动过程中，车速和轮速之间存在着速度差，也就是车轮与地面之间有滑移现象，滑移的程度用滑移率(驱动过程中称为滑转率，滑转率和滑移率统称为滑动率)表示: S=[(Vv-Vw)/ Vv]×100% 式中：S——滑移率；Vv——车速；Vw——轮速。 　　滑移的程度与制动的距离、制动时的方向可控性和制动的平稳性密切相关。其原因在于滑移率与汽车和地面间的纵向附着系统μB和侧向附着系数μS的关系呈一定的非线性曲线关系。 　　纵向附着系数μB的大小与制动距离的长短直接相关；侧向附着系数μS的大小直接决定汽车防侧滑的能力的大小。综合考虑纵向和侧向附着系数，最佳滑移率一般在20%左右。经实践证明，不同路况下，最佳滑移率是不同的，但相差不太远，最大不超过30%，最小不小于10%。 　　要把滑移率控制在20%左右，主要有两大难点。 　　其一，要知道制动过程中每时刻的轮速和车速，然而能精确测量具体车速的传感器如多普勒测速仪十分昂贵，一般车辆都只安装轮速传感器，测出轮速，再通过轮速估计出车速。这个估计出来的车速称为参考车速。这个估计的环节就增加了很大成分的不确定性。这个估计的环节也是汽车防抱死制动系统(ABS)设计开发的最大难点之一。目前国内开发ABS常用的估计参考车速的方法有最大轮速法、斜率法和季节调整法。最大轮速法就是在防抱死制动每一循环测到的几个轮速中选轮速最大值作为参考车速；斜率法就是假设车速按一定斜率下降，哪一点最大轮速大于假设车速时，就用它作为参考车速，否则，就用假设车速作为参考车速；季节调整法就是运用经济学中的季节调整法从轮速数据中提取参考车速。参考车速估计的准确与否就一定程度上决定了控制结果的优劣。 　　其二，要把滑移率控制在20%左右，就要把轮速控制在一定范围内，就必须通过ECU反复调节制动压力。如何合理地增压(包括快增和慢增)、保压和减压(包括快减和慢减)，才能使滑移率更稳定地保持在20%左右。其中保压很重要，因为保压多，会使制动更平稳。对气压制动来说，保压尤其重要，因为增减压用得太频繁会使储气囊中储存的气压下降非常快，不利于长距离制动，比如在高车速下制动或在低附着系数路面制动。这个控制压力的环节也是汽车防抱死制动系统(ABS)设计开发的最大难点之一。 　　近几年，针对汽车防抱死制动系统(ABS)，国际上流行的控制方法有逻辑门限值控制、PID控制、滑模变结构控制、最优控制、模糊控制和神经网络控制等控制方法。目前国内开发ABS用的控制方法还主要是最基本的逻辑门限值控制方法。 　　2 国内ABS理论研究现状 　　目前，国内研究ABS的院校及机构很多，具代表性的有以下几个。 　　2.1 以郭孔辉院士为代表的吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 　　郭孔辉院士是中国工程院首批院士，其实验室致力于汽车操纵稳定性、汽车操纵动力学、汽车轮胎模型、汽车轮胎稳态和非稳态侧偏特性的研究，在轮胎力学模型、汽车操纵稳定性以及人—车闭环操纵运动仿真等方面的研究成果均达到世界先进水平。目前，该实验室也已经投入到ABS开发的理论和实验研究，在汽车ABS混合仿真试验台的开发与研究中也颇有成就。该实验室研究成果很多，其大部分成果对国内其他ABS研究机构、ABS开发厂家有很大的指导意义和可借鉴性。 　　2.2 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室 　　清华大学汽车安全与节能重点实验室有宋健等多名博导、教授，有很强的科技实力，他们还配套有一批先进的仪器设备，如汽车力学参数综合试验台、汽车弹射式碰撞试验台及翻转试验台、模拟人及标定试验台、Kodak高速图像运动分析系统、电液振动台、直流电力测功机、发动机排放分析仪、发动机电控系统开发装置及工况模拟器、计算机工作站及ADAMS、IDEAS软件、非接触式速度仪、噪声测试系统、转鼓试验台、电动车蓄电池试验台、电机及其控制系统试验台等。该实验室针对ABS做了多方面的研究，其中，在ABS控制量、轮速信号抗干扰处理、轮迷信号异点剔除、防抱死电磁阀动作响应研究等方面的研究处于国内领先地位。很多开发商都希望能够和该实验室合作，将该实验室的成果产品化。 　　2.3 华南理工交通学院汽车系 　　以吴诰硅教授为代表从事汽车安全与电子技术及汽车结构设计计算的研究，在ABS技术方面有独到之处，能够建立制动压力函数，通过车轮地面制动力和整车动力学方程计算出汽车制动的平均减速度和车速；还可以通过轮缸等效压力函数计算防抱死制动时的滑移率。另外，在滑移率和附着系数之间的关系、汽车整车技术条件和试验方法方面也有独到见解。 　　2.4 济南程军电子科技公司 　　以ABS专家程军为代表的济南程军电子科技公司对ABS控制算法研究颇深，著有《汽车防抱死制动系统的理论与实践》等专著几本，专门讲述ABS控制算法，是国内ABS开发人员的必备资料之一。另外，他们在基于MATLAB仿真环境实现防抱死控制逻辑、基于VB开发环境进行车辆操纵仿真和车辆动力学控制的模拟研究等方面也颇有研究。 　　3 国内有代表性的ABS产品公司 　　国内生产ABS的公司不少，但大多数公司是和国外著名ABS公司合作生产，其产品并非自主研制开发出来的。完全自主开发ABS的国内公司比较有代表性的有：重庆聚能汽车技术有限责任公司和西安博华机电股份有限公司。 　　3.1 重庆聚能汽车技术有限责任公司 　　重庆聚能公司产品包括汽车、摩托车系列JNlllFB气制动电子式单通道、JNl44FB气制动电子式四通道和JN244FB液压电子式四通道等类型ABS装置及其相关零部件30多个品种，其ABS产品已通过国家汽车质量监督检测中心和国家客车质量监督检测中心的认定，获得国家实用新技术专利，并正式被列为国家火炬项目计划。聚能公司还与重庆卡福公司等签订了合作协议，继续扩大国内影响。 　　3.2 西安博华机电股份有限公司 　　西安博华公司主要产品是适用于大中型客车和货车的气压四通道ABS和适用于中型面包车的液压三通道ABS及其相关零部件。其中BHl203-FB型ABS和BHll01-FB型ABS已通过陕西省科委科技成果鉴定和陕西省机械工业局新产品鉴定，认为该项技术已达到国内领先水平。西安博华公司即将建成年产2万～5万辆车装ABS部件的批量生产线，产品系列也将进一步扩大。 　　4 国内ABS发展的趋势和方向 　　ABS在国外从20世纪80年代开始得到广泛的应用，90年代初发展到牵引力控制系统(Traction Control System，简称TCS)，近两年发展到车辆行驶动力学调整系统(Vehicle Dynamic Control，简称VDC)，到目前已是一种较成熟的技术。国内此项技术发展起步较晚，在软硬件方面都与国外有一定差距，在发展方向上首先就是要缩小差距，但总的发展趋势和方向与国外相同。 　　4.1 齐全ABS的种类 　　国内开发的ABS的种类还不全，比如一通道、二通道和四通道ABS国内目前已开发，但随着使用逐步完善，六通道等多通道ABS国内还没有相应产品，这个空白急需填补。 　　4.2 开发TCS和VDC 　　发展ABS的同时，着手开发TCS乃至VDC，追赶世界先进技术潮流。 　　4.3 提高硬件技术 　　在传感器技术方面，可在原来基础上开发和改进传感器，如零频率响应轮速传感器、横摆动角速度传感器等；在电磁阀方面，应进一步提高电磁阀的响应速度，并防止卡阀现象的出现。 　　4.4 提高软件技术 　　进一步开发适应复杂情况的控制软件，能够对汽车瞬态运动状况进行精确定量分析、计算和控制。 　　4.5 提高集成度 　　随着微电子技术的发展，采用16位CPU或32位芯片，并使整个电子控制系统从分散到集成，减少控制系统的体积和质量。 　　5 结束语 　　我国加入世界贸易组织，将促使我国经济生活的方方面面发生深刻的变化，它为我国经济持续稳定发展提供了良好的机遇。但在加入初期，将对经济发展的某些薄弱环节形成冲击。具体到汽车电子技术，乃至汽车工业来讲，短期内冲击将大于机遇。由于国内ABS整体竞争力较为低下，要抵御外来的竞争压力，还需要大力发展和提高。