汪海洪

摘 要：汽车防抱死制动系统作为汽车构成系统中必不可少的一部分，在汽车制动时通过对制动力的控制，使汽车车轮处于边滚边滑状态，防止车轮抱死使汽车正常制动，减少交通事故。本文首先阐述了汽车防抱死制动系统结构与部件、汽车防抱死制动系统工作原理，进一步对汽车防抱死制动系统控制技术展开了探讨，旨在为汽车防抱死制动系统开发人员及驾驶人员带来一些启示。

关键词：汽车;防抱死制动系统;原理;控制技术

1 引言

现代汽车的行驶速度不断加快，对制动性能提出了越来越严格的要求。尤其是在一些小附着系数或干湿混合的路面上，制动时车轮极易出现打滑情况，使得汽车失去方向稳定性。所以，防抱死制动系统对于汽车安全而言尤为关键。汽车防抱死制动系统（ABS）作为汽车上的一种主动安全装置，用以汽车制动时可避免车轮抱死拖滑，进一步可增强汽车制动时的转向控制能力、方向稳定性以及缩短制动距离，有效实现汽车的制动效能。随着电子技术的不断发展，数字电子技术、大规模集成电路的推广，使汽车防抱死制动系统控制技术得以不断发展完善，成本不断降低，再凭借其质量轻、体积小、控制精度高等优势，使得其在现如今各种汽车中得到全面普及。

2 汽车防抱死制动系统

2.1 汽车防抱死制动系统结构与部件

汽车防抱死制动系统主要由基本制动系统和制动力调节系统两部分组成，其中，基本制动系统（普通制动系统）包括制动主缸、制动轮缸、制动管路等部分，可作用于汽车的常规制动;制动力调节系统（压力调节控制系统）则包括轮速传感器、电子控制器、执行器等部分，在制动时可确保汽车车轮始终不会抱死，车轮滑移率始终在合理范围，汽车防抱死制动系统结构，如图1所示。

现如今，汽车的防抱死制动系统中均装置有电磁感应式轮速传感器，其可装置于车轮上，也可装置于主减速器、变速器上。轮速传感器包括永久磁铁、磁极、齿圈、线圈等部分，当齿圈在磁场中旋转，齿圈齿顶与电极的间隙便保持恒定的速度转变，并使磁路中的磁阻发生转变，以此会进一步造成磁通量有序转变，在线圈两端形成与磁通量转变速度呈正相关关系的感应电压，同时将这一电压信号传输至电子控制器。作为防抱死制动系统的控制中心，电子控制器可作用于接收源于转速传感器的感应信号，计算出车轮速度，并与参考车速展开比较，进而获取滑动率和加减速度，并对该部分信号进行处理，向压力调节器下达指令。除此之外，如果防抱死制动系统中有相关部件出现有异常，电子控制器还可实现有效监控，及时发出警报信号。制动压力调节器主要作用于接收电子控制器发出的指示，进而实现对制动压力的或增加或减小的调节。由于防抱死制动系统是在原本常规制动系统基础上设置的控制系统，所以其也是在常规制动过程的基础上开展运行的。在制动过程中，倘若未出现车轮抱死的倾向，制动过程与常规制动过程是相一致的。唯有车轮出现抱死倾向，防抱死制动系统才会对车轮制动压力进行控制。现阶段的防抱死制动系统，普遍会对系统运行状况进行监控，可实现实效保护和自我诊断功能，倘若引发不利于防抱死制动系统有序运行的故障时，会执行关闭防抱死制动系统，返回至常规的制动装填，并向驾驶员发出警示信号，提醒驾驶员及时处理。

2.2 汽车防抱死制动系统工作原理

对于汽车防抱死制动系统工作原理而言，首先第一步通过轮速传感器获取与制动车轮转速呈正相关关系的交流电压信号，然后将这一信号传输至电子控制器，并通过电子控制器计算得出车轮速度、滑动率以及车轮增减速度，接着电子控制器中的控制单元再对该部分信号开展比较处理，并向制动压力调节器发出调节指令，促使制动压力调节器中的电磁阀实现对制动压力的有效调节，进而控制制动力矩，使其符合地面附着状态，防止车轮抱死。

3 汽车防抱死制动系统的控制技术

汽车防抱死制动系统控制效果受其所应用的控制技术很大程度影响，所以，汽车防抱死制动系统的发展实则是控制技术的发展，而为实现控制技术的有效发展，不仅可拓宽控制范围，增强控制功能，还要引入更理想的控制方法。随着车辆动力学、电子技术的不断发展，现如今汽车防抱死制动系统所采用的控制技术，主要包括有逻辑门限值控制、模糊控制、滑膜控制以及PID控制等。

3.1 逻辑门限值控制

逻辑门限值控制包含各式各样形式，但工作原理大多大同小异，即为首先对相关控制参数设置相应的控制极限值，汽车制动过程中，汽车防抱死制动系统电控单元结合计算的实时参数值与相关控制极限值大小关系，以评定车轮的运行状态，进一步控制调节制动压力，以得到尽可能大的制动强度及可靠的方向稳定性[1]。该项控制技术中常用作汽车防抱死制动系统控制参数的包括车轮滑移率、车轮加减速度以及车轮加减速度变化率等反映车轮运动状况或动力学状态的参数。倘若只选取一项控制参数，势必无法保障汽车防抱死制动系统在各式各样行驶状况下均获取良好的性能，所以，现阶段该项控制技术往往将车轮加减速度用作主要控制参数，并将车轮滑移率用作辅助控制参数。需要注意的是，滑移率是结合各轮速信号依据相应规律确定汽车的参考速度后，计算获取的参考滑移率，因此与实际滑移率存在有一定的不同。

3.2 模糊控制

针对以汽车滑移率为调节对象的防抱死制动系统，其输入量为期望滑移率與车轮实际滑移率的偏差（E）及偏差的变化率（EC），输出量为制动管路油压。选取带修正因子的模糊控制器，将以模糊推理算法为指导的控制表概述如下公式：U=α×E+（l-α）EC，其中，α代表修正因子，α值的大小反映了对偏差及偏差变化率的加权水平[2]。通过控制α，便可实现对控制规则的有效调节。若α偏大时，则表示对偏差的加权大，阶跃响应速度快，可通过调节能量以缩减偏差，不过也容易引发超调;若α偏小时，调节的目的则在于缩减超调，不过响应速度偏慢。一般选取带两个α值的修正因子表达式便可符合性能要求，也就是，当E偏小时，u=α1E+（1-α1）EC;当E偏大时，u=α2E+（1-α2）EC。其中，两个修正因子∈（0，1），并且α1<α2，汽车防抱死制动系统通过对E值大小的评定后，便可选择对应的控制规则表达式。

3.3 滑膜控制

结合汽车防抱死制动系统的工作而言，其制动过程本质上即为将车轮的滑移率调节于附着系数的峰值（Sk），因此滑膜控制结构结合系统对应的运行状态、偏差及其导数值，在各个控制区域，以最佳开关的方式转变控制量的大小、符号，进而保证系统在滑移区域尽可能小的范围内，状态轨迹朝滑动转换曲线滑向控制目标[3]。一般情况下，将制动力矩（Mb）作为控制变量，转换前提为，当S>0时，Mb=Mb-;当S<0时，Mb=Mb+;其中，Mb-、Mb+对应的是由控制系统所决定的制动力矩增减的两种状态。

3.4 PID控制

PID控制，亦可称之为比例积分微分控制，其包含有数字式PID控制、增量式PID控制以及自适应PID控制等一系列形式。不过总的而言，倘若将控制误差（e）界定为期望滑移率（S0）与实际滑移率（S）之差，则对于PID的控制可界定为：U（s）=（Kp+Ki/s+Kds）E（s），其中，U（s）、E（s）指的是系统控制量（u）和偏差（E）的拉氏变换;另外，Kp、Ki、Kd则分别代表比例系数、积分系数以及微分系数。所以，对于汽车防抱死制动系统的设计可界定为，结合汽车防抱死制动系统动态系统，获取一组理想的参数Kp、Ki、Kd，确保汽车车轮滑移率可以尽可能快的方式贴近期望滑移率（S0）。PID控制通常适用于线性或非线性不严重的系统，不过对于其控制参数的调节存在一定难度，因此不易于实现对制动系统的有效控制[4]。

4 结束语

总而言之，汽车防抱死制动系统是在传统制动系统基础上，引入一套防止车轮制动抱死的控制系统，其主要由轮速传感器、电子控制器、执行器组成，这些组成部分在汽车制动过程中可发挥各自的优势，保持汽车方向的稳定性及转向控制能力，将汽车车轮滑移率切实控制在预期滑移率附近的狭小范围之内，使得汽车获取理想的制动性能，减少轮胎磨损，减少交通事故的引发。

参考文献：

[1]吴浩，严运兵，方圆，等.汽车防抱死制动系统H∞控制与PID控制的比较研究[J]. 汽车科技，2012，09（05）：14-18.

[2]付杰.电动汽车防抱死制动系统控制策略现状研究[J].科技创新與应用，2017，17（03）：150-150.

[3]潘开广，唐梦柔.汽车防抱死制动系统控制技术[J].汽车工程师，2009，23（05）：43-46.

[4]王甜甜，王曌，马权铄.基于PID控制的防抱死制动系统的仿真研究[J].2017，08（04）：148-150.