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　　克莱斯勒公司与本迪克斯（BENDIX）公司合作研制的称“SURE-TRACK”的能防止4个车轮被制动抱死的系统，在1971年开始装备帝国（IMPERIAL）轿车，其结构原理与凯尔塞·

海伊斯的“SURE-TRACK”基本相同，两者不同之处，只是在于两个还是四个车轮有防抱制动。

博世公司和泰威（TEVES）公司在这一时期也都研制了各自第一代电子控制制动防抱系统，这两种制动防抱系统都是由电子控制装置对设置在制动管路中的电磁阀进行控制，直接对各制动轮以电子控制压力进行调节。

　　别克（BUICK）公司在1971年研制了由电子控制装置自动中断发动机点火，以减小发动机输出转矩，防止驱动车轮发生滑转的驱动防抱转系统.

　　瓦布科（WABCO）公司与奔驰（BENZ）公司合作，在1975年首次将制动防抱系统装备在气压制动的载贷汽车上。

　　第一台防抱死制动系统ABS（Ant-ilockBrakeSystem），在1950年问世，首先被应用在航空领域的飞机上，1968年开始研究在汽车上应用。

70年代，由于欧美七国生产的新型轿车的前轮或前后轮开始采用盘式制动器，促使了ABS在汽车上的应用。

1980年后，电脑控制的ABS逐渐在欧洲、美国及亚洲日本的汽车上迅速扩大。

到目前为止，一些中高级豪华轿车，如西德的奔驰、宝马、雅迪、保时捷、欧宝等系列，英国的劳斯来斯、捷达、路华、宾利等系列，意大利的法拉利、的爱快、领先、快意等系列，法国的波尔舍系列，美国福特的TX3、30X、红彗星及克莱斯勒的帝王、纽约豪客、男爵、道奇、顺风等系列，日本的思域，凌志、豪华本田、奔跃、俊朗、淑女300Z等系列，均采用了先进的ABS。

到1993年，美国在轿车上安装ABS已达46%，现今在世界各国生产的轿车中有近75%的轿车应用ABS。

　　现今全世界已有本迪克斯、波许、摩根.戴维斯、海斯.凯尔西、苏麦汤姆、本田、日本无限等许多公司生产ABS，它们中又有整体和非整体之分。

预计随着轿车的迅速发展，将会有更多的厂家生产。

　　这一时期的各种ABS系统都是采用模拟式电子控制装置，由于模拟式电子控制装置存在着反应速慢、控制精度低、易受干扰等缺陷，致使各种ABS系统均末达到预期的控制效果，所以，这些防抱控制系统很快就不再被采用了。

　　进入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技术基础。

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泡系统--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的电子控制装置仍然是由分离元件组成的控制装置，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的控制效果己相当理想。

从此之后，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详的ABS系统。

　　“自动防抱死刹车”的原理并不难懂，在遭遇紧急情况时，未安装ABS系统的车辆来不及分段缓刹只能立刻踩死。

由于车辆冲刺惯性，瞬间可能发生侧滑、行驶轨迹偏移与车身方向不受控制等危险状况！

而装有ABS系统的车辆在车轮即将达到抱死临界点时，刹车在一秒内可作用60至120次，相当于不停地刹车、放松，即相似于机械自动化的“点刹”动作。

此举可避免紧急刹车时方向失控与车轮侧滑，同时加大轮胎摩擦力，使刹车效率达到90％以上。

　　从微观上分析，在轮胎从滚动变为滑动的临界点时轮胎与地面的摩擦力达到最大。

在汽车起步时可充分发挥引擎动力输出（缩短加速时间），如果在刹车时则减速效果最大（刹车距离最短）。

ABS系统内控制器利用液压装置控制刹车压力在轮胎发生滑动的临界点反复摆动，使在刹车盘不断重复接触、离开的过程而保持轮胎抓地力最接近最大理论值，达到最佳刹车效果。

　　ABS的运作原理看来简单，但从无到有的过程却经历过不少挫折（中间缺乏关键技术）！

1908年英国工程师J.E.Francis提出了“铁路车辆车轮抱死滑动控制器”理论，但却无法将它实用化。

接下来的30年中，包括KarlWessel的“刹车力控制器”、WernerM&

ouml;

hl的“液压刹车安全装置”与RichardTrappe的“车轮抱死防止器”等尝试都宣告失败。

在1941年出版的《汽车科技手册》中写到：

“到现在为止，任何通过机械装置防止车轮抱死危险的尝试皆尚未成功，当这项装置成功的那一天，即是交通安全史上的一个重要里程碑”，可惜该书的作者恐怕没想到这一天竟还要再等30年之久。

　　当时开发刹车防抱死装置的技术瓶颈是什么？

首先该装置需要一套系统实时监测轮胎速度变化量并立即通过液压系统调整刹车压力大小，在那个没有集成电路与计算机的年代，没有任何机械装置能够达成如此敏捷的反应！

等到ABS系统的诞生露出一线曙光时，已经是半导体技术有了初步规模的1960年代早期。

　　精于汽车电子系统的德国公司Bosch（博世）研发ABS系统的起源要追溯到1936年，当年Bosch申请“机动车辆防止刹车抱死装置”的专利。

1964年（也是集成电路诞生的一年）Bosch公司再度开始ABS的研发计划，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（AntilockBrakingSystem）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”并非不可能完成的任务。

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。

TeldixGmbH公司从1970年和奔驰车厂合作开发出第一具用于道路车辆的原型机——ABS1，该系统已具备量产基础，但可靠性不足，而且控制单元内的组件超过1000个，不但成本过高也很容易发生故障。

　　1973年Bosch公司购得50％的TeldixGmbH公司股权及ABS领域的研发成果，1975年AEG、Teldix与Bosch达成协议，将ABS系统的开发计划完全委托Bosch公司整合执行。

“ABS2”在3年的努力后诞生！

有别于ABS1采用模拟式电子组件，ABS2系统完全以数字式组件进行设计，不但控制单元内组件数目从1000个锐减到140个，而且有造价降低、可靠性大幅提升与运算速度明显加快的三大优势。

两家德国车厂奔驰与宝马于1978年底决定将ABS2这项高科技系统装置在S级及7系列车款上。

　　在诞生的前3年中，ABS系统都苦于成本过于高昂而无法开拓市场。

从1978到1980年底，Bosch公司总共才售出24000套ABS系统。

所幸第二年即成长到76000套。

受到市场上的正面响应，Bosch开始TCS循迹控制系统的研发计划。

1983年推出的ABS2S系统重量由5.5公斤减轻到4.3公斤，控制组件也减少到70个。

到了1985年代中期，全球新出厂车辆安装ABS系统的比例首次超过1％，通用车厂也决定把ABS列为旗下主力雪佛兰车系的标准配备。

　　1986年是另一个值得纪念的年份，除了Bosch公司庆祝售出第100万套ABS系统外，更重要的是Bosch推出史上第一具供民用车使用的TCS/ASR循迹控制系统。

TCS/ASR的作用是防止汽车起步与加速过程中发生驱动轮打滑，特别是防止车辆过弯时的驱动轮空转，并将打滑控制在10％到20％范围内。

由于ASR是通过调整驱动轮的扭矩来控制，因而又叫驱动力控制系统，在日本又称之为TRC或TRAC。

　　ASR和ABS的工作原理方面有许多共同之处，两者合并使用可形成更佳效果，构成具有防车轮抱死和驱动轮防打滑控制（ABS/ASR）系统。

这套系统主要由轮速传感器、ABS/ASRECU控制器、ABS驱动器、ASR驱动器、副节气门控制器和主、副节气门位置传感器等组成。

在汽车起步、加速及行进过程中，引擎ECU根据轮速传感器输入的信号，当判定驱动轮的打滑现象超过上限值时，就进入防空转程序。

首先由引擎ECU降低副节气门以减少进油量，使引擎动力输出扭矩减小。

当ECU判定需要对驱动轮进行介入时，会将信号传送到ASR驱动器对驱动轮（一般是前轮）进行控制，以防止驱动轮打滑或使驱动轮的打滑保持在安全范围内。

第一款搭载ASR系统的新车型在1987年出现，奔驰S级再度成为历史的创造者。

　　随着ABS系统的单价逐渐降低，搭载ABS系统的新车数目于1988年突破了爆炸性成长的临界点，开始飞快成长，当年Bosch的ABS系统年度销售量首次突破300万套。

技术上的突破让Bosch在1989年推出的ABS2E系统首次将原先分离于引擎室（液压驱动组件）与中控台（电子控制组件）内，必须依赖复杂线路连接的设计更改为“两组件整合为一”设计！

ABS2E系统也是历史上第一个舍弃集成电路，改以一个8k字节运算速度的微处理器（CPU）负责所有控制工作的ABS系统，再度写下了新的里程碑。

该年保时捷车厂正式宣布全车系都已安装了ABS，3年后（1992年）奔驰车厂也决定紧跟保时捷的脚步。

　　1990年代前半期ABS系统逐渐开始普及于量产车款。

Bosch在1993年推出ABS2E的改良版：

ABS5.0系统，除了体积更小、重量更轻外，ABS5.0装置了运算速度加倍（16k字节）的处理器，该公司也在同年年中庆祝售出第1000万套ABS系统。

　　ABS与ASR/TCS系统已受到全世界车主的认同，但Bosch的工程团队却并不满足，反而向下一个更具挑战性的目标：

ESP（ElectronicStabiltyProgram，行车动态稳定系统）前进！

有别于ABS与TCS仅能增加刹车与加速时的稳定性，ESP在行车过程中任何时刻都能维持车辆在最佳的动态平衡与行车路线上。

ESP系统包括转向传感器（监测方向盘转动角度以确定汽车行驶方向是否正确）、车轮传感器（监测每个车轮的速度以确定车轮是否打滑）、摇摆速度传感器（记录汽车绕垂直轴线的运动以确定汽车是否失去控制）与横向加速度传感器（测量过弯时的离心加速度以确定汽车是否在过弯时失去抓地力），在此同时、控制单元通过这些传感器的数据对车辆运行状态进行判断，进而指示一个或多个车轮刹车压力的建立或释放，同时对引擎扭矩作最精准的调节，某些情况下甚至以每秒150次的频率进行反应。

整合ABS、EBD、EDL、ASR等系统的ESP让车主只要专注于行车，让计算机轻松应付各种突发状况。

　　延续过去ABS与ASR诞生时的惯例，奔驰S级还是首先使用ESP系统的车型（1995年）。

4年后奔驰公司就正式宣布全车系都将ESP列为标准配备。

在此同时，Bosch于1998及2001年推出的ABS5.7、ABS8.0系统仍精益求精，整套系统总重由2.5公斤降至1.6公斤，处理器的运算速度从48k字节升级到128k字节，奔驰车厂主要竞争对手宝马与奥迪也于2001年也宣布全车系都将ESP列为标准配备。

Bosch车厂于2003年庆祝售出超过一亿套ABS系统及1000万套ESP系统，根据ACEA（欧洲车辆制造协会）的调查，今天每一辆欧洲大陆境内所生产的新车都搭载了ABS系统，全世界也有超过60％的新车拥有此项装置。

　　“ABS系统大幅度提升刹车稳定性同时缩短刹车所需距离”RobertBoschGmbH（Bosch公司的全名）董事会成员WolfgangDrees说。

不像安全气囊与安全带（可以透过死亡数目除以车祸数目的比例来分析），属于“防患于未然”的ABS系统较难以真实数据佐证它将多少人从鬼门关前抢回？

但据德国保险业协会、汽车安全学会分析了导致严重伤亡交通事故的原因后的研究显示，60%的死亡交通事故是由于侧面撞车引起的，30%到40%是由于超速行驶、突然转向或操作不当引发的。

我们有理由相信ABS及其衍生的ASR与ESP系统大幅度降低紧急状况发生车辆失去控制的机率。

NHTSA（北美高速公路安全局）曾估计ABS系统拯救了14563名北美驾驶人的性命！

　　从ABS到ESP，汽车工程师在提升行车稳定性的努力似乎到了极限（民用型ESP系统诞生至今已近10年），不过就算计算机再先进仍须要驾驶人的适当操作才能发挥最大功效。

　　多数车主都没有遭遇过紧急状况（也希望永远不要），却不能不知道面临关键时刻要如何应对？

在紧急情况下踩下刹车时，ABS系统制动分泵会迅速作动，刹车踏板立刻产生异常震动与显著噪音（ABS系统运作中的正常现象），这时你应毫不犹豫地用力将刹车踩死（除非车上拥有EBD刹车力辅助装置，否则大多数驾驶者的刹车力量都不足），另外ABS能防止紧急刹车时的车轮抱死现象、所以前轮仍可控制车身方向。

驾驶者应边刹车边打方向进行紧急避险，以向左侧避让路中障碍物为例，应大力踏下刹车踏板、迅速向左转动方向盘90度，向右回轮180度，最后再向左回90度。

最后要提的是ABS系统依赖精密的车轮速度传感器判断是否发生抱死情况？

平时要经常保持在各个车轮上的传感器的清洁，防止有泥污、油污特别是磁铁性物质粘附在其表面，这些都可能导致传感器失效或输入错误信号而影响ABS系统正常运作。

行车前应经常注意仪表板上的ABS故障指示灯，如发现闪烁或长亮，ABS系统可能已经故障（尤其是早期系统），应该尽快到维修厂排除故障。

要提醒的是，ABS/ASR/ESP系统虽然是高科技的结晶，但并不是万能的，也别因为有了这些行车主动安全系统就开快车。

第二章工作原理

控制装置和ABS警示灯等组成，在不同的ABS系统中，制动压力调节装置的结构形式和工作原理往往不同，电子控制装置的内部结构和控制逻辑也可能ABS通常都由车轮转速传感器、制动压力调节装置、电子不尽相同。

　　在常见的ABS系统中，每个车轮上各安装一个转速传感器，将有关各车轮转速的信号输入电子控制装置。

电子控制装置根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测和判定，并形成相应的控制指令。

制动压力调节装置主要由调压电磁阀组成，电动泵组成和储液器等组成一个独立的整体，通过制动管路与制动主缸和各制动轮缸相连。

制动压力调节装置受电子控制装置的控制，对各制动轮缸的制动压力进行调节。

　　ABS的工作过程可以分为常规制动，制动压力保持制动压力减小和制动压力增大等阶段。

在常规制动阶段，ABS并不介入制动压力控制，调压电磁阀总成中的各进液电磁阀均不通电而处于开启状态，各出液电磁阀均不通电而处于关闭状态，电动泵也不通电运转，制动主缸至各制动轮缸的制动管路均处于沟通状态，而各制动轮缸至储液器的制动管路均处于封闭状态，各制动轮缸的制动压力将随制动主缸的输出压力而变化，此时的制动过程与常规制动系统的制动过程完全相同

在制动过程中，（如下图所示）电子控制装置根据车轮转速传感器输入的车轮转速信号判定有车轮趋于抱死时，ABS就进入防抱制动压力调节过程。

例如，电子控制装置判定右前轮趋于抱死时，电子控制装置就使控制右前轮刮动压力的进液电磁阀通电，使右前进液电磁阀转入关闭状态，制动主缸输出的制动液不再进入右前制动轮缸，此时，右前出液电磁阀仍末通电而处于关闭状态，右前制动轮缸中的制动液也不会流出，右前制动轮缸的刮动压力就保持一定，而其它末趋于抱死车轮的制动压力仍会随制动主缸输出压力的增大而增大；

如果在右前制动轮缸的制动压力保持一定时，电子控制装置判定右前轮仍然趋于抱死，电子控制装置又使右前出液电磁阀也通电而转入开启状态，右前制动轮缸中的部分制动波就会经过处于开启状态的出液电磁阀流回储液器，使右前制动轮缸的制动压力迅速减小右前轮的抱死趋势将开始消除，随着右前制动轮缸制动压力的减小，右前轮会在汽车惯性力的作用下逐渐加速；

当电子控制装置根据车轮转速传感器输入的信号判定右前轮的抱死趋势已经完全消除时，电子控制装置就使右前进液电磁阀和出液电磁阀都断电，使进液电磁阀转入开启状态，使出液电磁阀转入关闭状态，同时也使电动泵通电运转，向制动轮缸泵输送制动液，由制动主缸输出的制动液经电磁阀进入右前制动轮缸，使右前制动轮缸的制动压力迅速增大，右前轮又开抬减速转动。

（参见：

汽车电子控制基础，曹家喆主编，机械工业出版社，2007年10月

）

　　ABS通过使趋于抱死车轮的制动压力循环往复而将趋于防抱车轮的滑动率控制，在峰值附着系数滑动率的附近范围内，直至汽车速度减小至很低或者制动主缸的常出压力不再使车轮趋于抱死时为止。

制动压力调节循环的频率可达3~20HZ。

在该ABS中对应于每个制动轮缸各有对进液和出液电磁阀，可由电子控制装置分别进行控制，因此，各制动轮缸的制动压力能够被独立地调节，从而使四个车轮都不发生制动抱死现象。

尽管各种ABS的结构形式和工作过程并不完全相同，但都是通过对趋于抱死车轮的制动压力进行自适应循环调节，来防止被控制车轮发生制动抱死。

第四章汽车ABS机械动力学模型

1.汽车ABS仿真模型建立的要求：

（1）在仿真建模过程中要考虑到模型的准确性和可信度，在不失真的前提下尽量简化仿真模型，减少自由度数，提高求解效率。

（2）能够正确的根据路面条件、道路状况、制动强度和法向载荷实时计算出车速和轮速，使模型尽可能反映实车的运动状况。

（3）具有仿真建模改进的能力，能方便地修改子模型的参数，不需要花费很大精力或者重新建模，就可以在设计阶段，插入或改变仿真模型。

ADAMS软件计算功能强大，求解器效率高，具有多种专业模块和工具包，以及与其它CAD软件的接口，可方便快捷地建立机械动力学模型，支持Fortran和C语言，便于用户进行二次开发[1]。

基于ADAMS软件的上述优点，利用ADAMS软件建立汽车制动防抱死系统（ABS）的机械动力学模型。

2.模型建立：

汽车是一个复杂的动力学系统，对汽车的ABS制动性能进行模拟仿真，输入的参数包括制动初速，路面条件如干铺设路面、湿铺设路面、雪路面、冰路面、对开路面、对接路面等，道路状况如直道、弯道、上坡、下坡等和整车参数。

输出的参数包括汽车制动过程中整车和车轮的运动状态，如制动时间、制动距离、制动减速度、车轮滑移率、车轮角减速度、制动器制动力、地面制动力、地面侧向力、横摆力矩等。

根据以上研究目的，对整车进行适当简化。

汽车悬架系统结构型式和转向系结构型式对汽车制动性能的影响不大，仿真模型中的惯性参数由Pro/ENGINEER软件三维实体建模计算得到，对悬架系和转向系简化如下：

悬架系统只考虑悬架的垂直变形；

转向系忽略车轮定位角和转向传动装置。

把汽车简化为具有十个刚体的模型，共14个自由度。

十个刚体分别为车身、一个后非独立悬挂组质量、两个前独立悬挂组质量（两个前轮横摆臂和两个前轮转向节）、四个车轮。

两前轮共有3个自由度，车身具有3个转动和3个平动自由度，两后轮各有1个自由度，前悬架各有一个自由度，后悬架1个自由度，如图1所示。

图1整车仿真模型

1—车身2—后轮3—后悬架4—前轮

5—前悬架6—横摆臂7—转向节

仿真模型包括以下几个子模型：

转向系模型：

以转向角约束直接作用于左转向节。

前悬架模型：

前悬架是独立悬架，一侧的简化模型如图2所示。

转向节简化如图2中3所示，用转动副与前轮连接。

横摆臂与减振器以球铰分别与转向节和车身连接。

图2悬架的简化模型

1—车身2—横摆臂3—转向节4—轮胎5—前悬架6—弹簧

A—转动副B—球铰C—转动副D—滑柱铰E—球铰

后悬架是非独立悬架，只考虑垂直方向的自由度，悬架与车身之间用平移副表示它们之间的相对运动，

悬架与车身用弹簧阻尼连接，与后轮用转动副连接。

轮胎模型：

车辆的各种运动状态主要是通过轮胎与路面的作用力引起的。

采用力约束方法，不考虑轮胎拖距、回正力矩以及滚动阻力的影响。

采用ADAMS提供的非线性Pacejka轮胎模型[2]。

制动器模型：

采用美国高速公路车辆仿真模型中的制动器模型。

液压模型：

采用ADAMS中液压模块（ADAMS/Hydraulics）建立制动系统的液压仿真模块。

路面模型：

设计出路面模型可进行对开路面和对接路面制动过程的仿真计算。

利用ADAMS中提供的平面（Plane）作为路面模型的基础，定义了平面（Plane）的长、宽等参数，使得汽车制动过程有足够的空间，利用平面－圆（Plane-Circle）接触力（Contact）表示车轮与地面之间的法向作用力。

ADAMS轮胎模型中没有附着系数变化的路面模块，为此在ADAMS提供的路面模块基础上，对对接路面采用在路面模型上加入标记点（Marker）的方法，分别求出前轮和后轮质心到标记点X方向上的距离。

当距离为正时说明轮胎已经跨过了标记点，此时根据所规定的路面情况对轮胎附着系数进行改变，使得模型可以计算路面附着系数变化。

对开路面也采取了相同的加入标记点的方法，进行计算左右侧轮胎相对于标记点Y方向上的距离。

（参见：

汽车车身电子与控制技术，陈无畏主编，机械工业出版社，2008年02月）

第五章制动防抱死系统ABS的控制模型

在ADAMS中定义了与MATLAB/SIMULINK的接口，把ADAMS中建立的非线性机械模型转化为SIMULINK的S－FUNCTION函数，再把S－FUNCTION函数加入到控制模型里，这样就可以方便的利用SIMULINK提供的各种强大的工具进行控制模型开发，在MATLAB软件下进行联合仿真计算[3]。

图3所示为MATLAB/SIMULINK中表示的ADAMS机械模型，在ADAMS中定义四个车轮的制动力矩为输入变量，定义四个车轮的速度和滑移率为输出变量，保存在.m文件中由MATLAB调用。

图3ADAMS子模块

图4所示

为在MATLAB/SIMULINK下开发的ABS控制模块，图中深色的部分为ADAMS生成的子模块，输入参数为制动