引言   

        汽車製動性能的好壞,主要從以下3方麵進行評價: 1)製動效能,即製動距離與製動減速度; 2)製動效能的恒定性,即抗熱或水衰退性能; 3)製動時汽車的方向穩定性,即製動時汽車不發生跑偏、側滑以及失去轉向能力的性能。

       通常,汽車在製動過程中存在著兩種力:一種是製動器摩擦片與製動鼓或製動盤之間產生的摩擦阻力,這種阻力稱為製動係統的阻力,由於它提供製動時的製動力,因此也稱為製動係製動力;另一種力是輪胎與道路表麵之間產生的摩擦阻力,也稱為輪胎- 道路附著力。如果製動係製動力小於輪胎- 道路附著力,則汽車製動時會保持穩定狀態;反之,如果製動係製動力大於輪胎- 道路附著力,則汽車製動時會出現車輪抱死。如果前輪抱死,汽車基本上沿直線向前行駛,汽車處於穩定狀態,但汽車失去轉向控製能力,這樣駕駛員製動過程中躲避障礙物、行人以及在彎道上所應采取的必要的轉向操縱控製等就無法實現。如果後輪抱死,汽車的製動方向穩定性變差,在很小的側向幹擾力下,汽車就會發生甩尾,甚至調頭等危險現象。尤其是在某些惡劣路況下,諸如路麵濕滑或有冰雪,車輪抱死將難以保證汽車的行車安全。另外,由於製動時車輪抱死,從而導致局部急劇摩擦,將會大大降低輪胎的使用壽命。

    1 ABS工作原理  

        汽車防抱死製動係統ABS （Anti - Lock BrakingSystem）是指在製動過程中,通過控製作用於車輪製動分泵上的製動管路壓力,自動調節車輪製動力,防止車輪抱死以取得最佳製動效能的電子裝置,ABS是目前世界上普遍公認的提高汽車製動安全性的有效措施之一。

    2 基於MC9S12DP256芯片的液壓ABS係統  

       液壓ABS係統主要應用於轎車、微型車與輕型車製動係統。與氣動ABS係統不同,大部分液壓ABS係統的控製器與調節器是一個集成的係統,盡管製造難度較大,但由於近年國內轎車市場的發展和對交通安全的要求的提高,液壓ABS係統越來越受到廠家的關注,許多廠家紛紛開始進行液壓ABS係統的開發。

       飞思卡尔半導體公司(原摩托羅拉半導體部)的MC9S12DP256芯片是以速度很高的CPU12內核（Star Core）為核心的單片機,總線速度達25MHz.MC9S12DP256單片機由標準片上外圍設備組成,包括一個16 位中央處理器（HCS12CPU） 、256K字節的Flash, 4K的EEPROM 、12K字節的RAM。5路CAN總線,溫度適用範圍為- 40～125 ℃,采用5 V供電,主要用於工業控製,特別適合用在汽車上。基於MC9S12DP256控製的液壓ABS係統配置框圖如圖1所示。

       由於MC9S12DP256 芯片的總線內置,抗幹擾能力特別強,使用自動編程/擦除算法,提高了性能,而擴展的指令集和尋址模式提高了編碼效率,背景調試模式模塊（Background DebuggingMode, BDM）能夠允許全速在線仿真。另外,利用CodeWarrior集成開發環境（Integrated Development Environment,IDE）,通過後台調試方式（Background debug mode,BDM） ,下載控製程序和修改相關參數,在不幹擾目標程序運行情況下,實時監測各寄存器和存儲器,實現了控製程序的板上在線調試,從而提高了集成係統的開發效率和試驗的方便性,可以大大縮短試驗周期。

    3 液壓控製原理  

       液壓ABS係統采用一體化的結構即控製器與調節器集成為一體,可以使係統結構簡單, 節省線束。同時,由於采用了MC9S12DP256芯片,足以滿足ABS的計算、實時控製和診斷等方麵的要求。液壓控製部分主要是利用三位三通電磁閥的特點。其調壓方式與工作原理如下:

   （1）正常製動（ABS不工作）

       正常製動時製動力較小, 車輪尚未抱死滑移,ABS不起作用, 三位電磁控製閥處於第1種狀態,即三位電磁閥的左位。來自製動主缸的製動液經3個電磁控製閥直接進入4個輪缸, 產生製動作用。放鬆製動踏板解除製動時, 輪缸中的油液仍經電磁控製閥流回主缸。此時, 由於ECU （ABS電子控製單元） 未發出指令, 故電動油泵處於不工作狀態。

    （2）降壓狀態當汽車製動使車輪處於即將抱死狀態時, ECU根據傳感器的信號發出指令,給三位電磁閥的線圈通以較大的電流,使三位電磁閥處於第3種狀態,即圖中三位電磁閥處於右位工作,通往主缸的油路被關閉,而4個輪缸與儲壓器相通,輪缸內的高壓油液經電磁閥流入儲壓器,製動壓力降低,防止了車輪抱死,與此同時,受ECU的指令,電動油泵工作,把流入儲壓器的油液加壓後輸送回主缸,為下一次製動作好準備。

    （3）保壓狀態當製動分泵減壓（或增壓）到最佳製動狀態時,根據輪速傳感器發出的信號, ECU 發出相應指令,給線圈通以較小的電流,此時,三位電磁閥處於第2種狀態,即圖中三位電磁閥處於中位工作,各閥口關閉,保持輪缸中的油壓處於最佳製動狀態。

    （4）升壓狀態當製動力不足時,輪速傳感器發出信號, ECU停止向線圈供電,三位電磁閥回到第1種狀態,主缸和輪缸再次相通,主缸中的高壓製動液經三位電磁閥進入輪缸使製動力迅速上升。

       ABS控製上述降壓、保壓、升壓各狀態,使之相互交替進行, 從而保證汽車獲得最佳製動效果。ABS係統液壓回路如圖2所示。 
            

            
     
    4 仿真試驗結果  

       SIMUL INK是一個用來對動態係統進行建模、仿真和分析的軟件包,它支持線性和非線性係統,連續的和離散的時間模型,或是兩者的混合。SIMU2L INK已經在工業控製等領域得到了廣泛的應用。汽車的實際製動過程是一個非常複雜的過程,所以要完全精確地描述製動過程幾乎是不可能的,在仿真之前,可以對汽車的製動過程做適當的簡化和假設,經過簡化和假設後的汽車實際上成為一個二自由度做直線運動的模型。

       製動時車身運動方程式為:

     
       文中采用MATLAB /SIMUL INK軟件進行仿真研究,仿真采用五階變步長Runge - Kutta法進行,最小仿真步長為0. 001 s,最大仿真步長為0. 01 s。以某型轎車為仿真試驗對象,該車的主要參數為:滿載質量1 795 kg;軸距2 800 mm;重心距地麵高度655 mm;重心距前軸距離1 430 mm;重心距後軸距離1370 mm;風阻係數0. 4;風阻中心高度965mm;迎風麵積1 736 ×1 490 mm2 ;製動初速度80 km /h;路麵為普通水泥路麵。仿真結果如圖3、圖4所示。

      5 結論

    （1）由仿真結果可以看出,基於飞思卡尔芯片的液壓ABS係統在製動過程中,能夠使滑移率保持在0.1～0.3之間,有效地防止了車輪的抱死,保證了汽車具有良好的製動性能。

    （2）通常采用工業級普通芯片作為ABS控製芯片時,在溫度適應性及係統穩定性上都有不盡人意之處,該係統由於采用Motorola公司的專用汽車芯片MC9S12DP256,使係統更加可靠、穩定,為液壓ABS係統的開發提供了一種新的選擇方案。