1ABS发展历程

　　汽车ABS可以说是汽车安全历史上最重要的三大发明之一（另外两个是安全气囊与安全带），ABS也是其他安全装置（如ESP行车动态稳定系统与EBD刹车力分配系统）的基础。精于汽车电子技术的德国博世（Bosch）公司研发ABS系统的起源要追溯到1936年，当年博世申请了机动车辆防止刹车抱死装置的专利。1964年（集成电路诞生）博世公司再度开始ABS的研发，最后有了通过电子装置控制来防止车轮抱死是可行的结论，这是ABS名词在历史上第一次出现。世界上第一具ABS原型机于1966年出现，向世人证明缩短刹车距离并非不可能。因为投入的资金过于庞大，ABS初期的应用仅限于铁路车辆或航空器。

　　70年代后期，数字式电子技术和大规模集成电路的迅速发展，为ABS系统向实用化发展奠定了基础。博世公司在1978年首先推出了采用数字式电子控制装置的制动防抱系统博世ABS2，并且装置在奔驰轿车上，由此揭开了现代ABS系统发展的序幕。尽管博世ABS2的电子控制装置是由分离元件组成的，但由于数字式电子控制装置与模拟式电子控制装置相比，其反应速度、控制精度和可靠性都显著提高，因此，博世ABS2的控制效果已相当理想。从此以后，欧、美、日的许多制动器专业公司和汽车公司相继研制了形式多样的ABS系统。据统计，目前全世界已有超过60的新车装有ABS装置。

　　2ABS工作原理

　　汽车制动时由于车轮速度与车身速度之间存在着差异，会导致车轮与路面之间产生滑移，当车轮以纯滚动方式与路面接触时，滑移率为零，而车轮抱死时其滑移率为100.当滑移率在1030之间时，传递最大的制动力。制动防抱死系统的基本原理就是依据上述研究成果，通过控制调节制动力，在制动过程中，把车轮滑移率控制在合适的范围内，取得最佳的制动效果。ABS系统硬件构成主要由轮速传感器、电子控制装置、制动压力调节器3大部分组成，构成一个以滑移率为控制目标的闭环控制系统。传感器测量车轮转速并将这一数据传送至电子控制装置上。控制装置是一个微处理器，根据车轮转速传感器信号来计算车速。在制动过程中，减速度与控制装置中预先编制的理想减速度的特性曲线相比较。如果控制装置判断出车轮减速度太大和车轮即将抱死时，就发出信号给液压调节器，液压调节器就根据控制装置的信号对制动轮缸的油压进行控制（升压、保压或降压）。制动压力调节循环的频率可达.

　　3ABS控制策略

　　ABS技术的一个核心问题就是控制算法的研究。汽车ABS的控制是一个复杂的、本质非线性的控制问题。近年来，国内外学者对ABS的控制算法进行了很多理论研究，主要有以下几种控制方法。

　　31逻辑门限值控制

　　目前汽车ABS系统绝大多数产品都是采用加、减速度门限值控制，并附加一些辅助的门限值，并不涉及具体的数学模型。门限控制是对非线性系统的一种有效控制方法。在制动过程中，可以预选一个角速度门限值，当实际的角速度超过此门限值时，控制器发出指令，开始释放制动压力使车轮得以加速旋转；再选一个角加速度门限值，当车轮的角速度达到此门限值时，控制器又发出指令，使控制力矩增大，车轮作减速运动。可以采用一个车轮角速度传感器作为单轮信号，同时在电子控制器中设置合理的加、减速度门限值，就可以实现防抱制动的循环。逻辑门限控制的缺点在于控制系统中的各种门限及保压时间都是从反复试验中得出的经验数据，而无充分的理论依据，系统的稳定性等品质难以评价。

　　32最优控制

　　最优控制方法是基于状态空间法的现代控制理论方法。它可以根据车辆地面系统的数学模型，采用状态空间的概念，在时间域内研究汽车防抱死制动系统。最优控制方法和门限值控制方法不同，它是一种基于模型分析的控制方法。其思路是根据防抱死制动系统的各项控制要求，按照最优化的原理来求得制动防抱死系统的最优控制目标。这种控制方法的优点是考虑了控制过程中状态变化的历程而使控制过程平稳；缺点是控制效果的优劣主要依赖于系统的数学模型，控制质量难以准确把握。

　　33PID控制

　　经典PID控制的参数整定是建立在试凑基础上的，只要现场整定PID参数合适，就会得到较好的控制效果。在ABS中定义期望的滑移率S与实际滑移率之差为PID的输入，由PID控制算法算出控制气压值反馈给制动系统，构成典型的反馈控制。其缺点是控制效果的好坏依赖于参数整定的准确度。

　　34模糊控制

　　模糊控制是基于经验规则的控制，具有不依赖对象的数学模型，便于利用人的经验知识，具有鲁棒性强和简单实用等优点。控制规则符合人的思维规律。缺点是没有有效通用的计算方法，只能依靠设计者的经验和反复调试。

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　　35滑模变结构控制

　　由汽车防抱死制动的基本原理可知，其制动过程的本质问题是把车轮的滑移率控制在附着系数的峰值点Sk，则滑动模态变结构根据系统当时的状态、偏差及其导数值，在不同的控制区域，以理想开关的方式切换控制量的大小和符号，以保证系统在滑动区域很小的范围内，状态轨迹S沿滑动换节曲线滑向控制目标（Sk，0）。通常取制动力矩为控制变量U，切换条件为：U=M-b>0M b<0其中M-b、M b分别是代表由调节系统所决定的制动力矩减少、增加两种不同的状态。e c1e（c1>0）为切换函数，e=S-Sk为实际滑移率相对目标点的偏差。

　　36耗散功率控制

　　清华大学宋健等根据汽车制动过程的物理本质在国际上首次提出了一种以制动器耗散功率最大为目标的控制方法。考虑到汽车减速制动的过程，实际上是将汽车的平均动能转化为其他形式能量的耗散过程。

　　据此推理，如果取制动器的摩擦功率（或称耗散功率）最大为ABS的控制目标，则有可能兼顾制动稳定性和制动效能。该方法较之门限值方法具有制动稳定性好、效能高、对路面适应性强和控制特征明显等特点。研究表明，这种控制方法会有良好的应用前景。

　　4ABS的未来发展趋势

　　41ABS和驱动防滑系统ASR的集成

　　驱动防滑系统（简称ASR）是对ABS的完善和补充。ASR系统是能提高汽车在易滑路面上的稳定性和加速性的电子装置。其作用主要是通过控制发动机扭矩和汽车的制动系统等手段来控制驱动力，防止车轮空转打滑，保持最佳驱动力。ABS保证了汽车制动过程中方向的稳定性，ASR则保证了汽车行驶过程中（起步、加速时）的方向稳定性和操纵性。现代的很多轿车中，ABS电子控制装置设有与ASR电子控制装置交换信号的接口。并且ASR和ABS的主要部件（如电子控制器、轮速传感器、制动压力调节器）可以通用或共用，装有ABS的汽车在装用ASR系统时，只需加装差速制动阀、发动机控制阀和发动机控制缸即可。由此可见，ABS与ASR结合使用，可以充分利用有关部件，并且汽车的主动安全性将更有保证。

　　42ABS/ASR和车辆稳定性控制装置的结合

　　车辆稳定性控制装置（简称VSC）利用两个传感器分别感测汽车横摆角速度和汽车侧向加速度，并将转向角与实际方向进行比较。当它发现汽车并不按驾车人的意图行驶时，就立即向ASR和ABS发出修正信号，指示它们采取措施使汽车驶向正确的方向。这些系统尽管功能和结构各异，但工作过程很相似，都是传感器拾取信号，ECU进行计算处理，执行机构采取相应动作。在这些系统组成中，传感器拾取信号的准确程度直接影响ECU的计算结果，另外，轮速传感器大多数是安装在车轮附近，环境恶劣，特别是对耐热性、耐振性、防磁性、耐腐蚀性有很高的要求，对传感器这些方面性能的改进十分重要。

　　43ABS与各种电控装置组合使用

　　ABS与电子油门控制系统、电子全控式（或半控式）悬挂、电子控制四轮转向、电子控制液压转向、电子控制自动变速器、巡航控制系统、全球定位系统等各种电子控制系统的组合使用，可以使汽车的运动始终保持在最佳状态。

　　44总线技术的应用

　　随着电控单元在汽车中的应用越来越多，车载电子设备间的数据通信变得越来越重要，以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是很有必要的。大量数据的快速交换、高可靠性及廉价性是对汽车电子网络系统的要求。在该网络系统中，各处理机独立运行，控制改善汽车某一方面的性能，同时在其他处理机需要时提供数据服务。汽车内部网络的构成主要依靠总线传输技术。汽车总线传输是通过某种通讯协议将汽车中各种电控单元（发动机、ABS、自动变速器等）、智能传感器、智能仪表等联接起来，从而构成的汽车内部网络。其优点有：减少了线束的数量和线束的容积，提高了电子系统的可靠性和可维护性；采用通用传感器，达到数据共享的目的；改善了系统的灵活性，即通过系统的软件可以实现系统功能的变化。

　　5结论

　　汽车ABS技术已经得到了全球的公认，ABS改善了汽车的制动效能，缩短了制动距离。避免了车轮抱死，从而避免了汽车丧失转向能力、失去方向稳定性的现象发生。可以预计，近期各种车辆都必将装备这种技术。当然，ABS技术仍有缺陷，比如系统的稳定性还需提高，控制算法还需进一步的研究和改善。