基于ABS系统的新功能拓展技术研究与探讨

2008-12-02 15:46:13来源: 中国汽车电子网

  制动安全系统作为车辆安全系统的重要组成部分,其新技术发展较为迅速,尤其是制动系统在电子化技术方面取得了很大的进展和成就。20世纪80年代末,拓展了ABS的现有功能,开发出了驱动防滑系统(ASR),通过对制动过程的调节来改善牵引力。由于全球运输业竞争的加剧和对于制动系统要求的提高,又推出了基于ABS的拓展功能如电子制动力分配邝艮制系统(EBD/EBL)、轮胎气压监测系统(TPM)、防侧翻稳定性控制(RSC)和电子稳定性控制(ESC)等。

  基于ABS的拓展技术

  1.驱动防滑系统/牵引力控制系统(ASR/TCS)

  ASR(Anti-SlipRegulation)/TCS(TractionControlSystem)驱动防滑系统也叫牵引力控制系统,其主要优点是维持了车辆的驱动力和转向力;当车辆在湿滑的路面起步、加速和转向时保证了驾驶的稳定性;可以通过警告灯提醒驾驶员路面的湿滑(ASR起作用时灯亮);将轮胎因打滑的磨损减少到最小程度;进一步减少了事故的可能性。

  ASR电控单元通过两种调节功能组合进行工作,即一方面进行制动调节,另一方面通过发动机扭矩调节来改善牵引性能。当有一个驱动轮发生滑转,可通过对其与非驱动轮的转速对比加以识别。ASR制动控制部分对该滑转车轮施加制动压力。二个车轮均发生滑转,则ASR的发动机控制部分介入工作,降低发动机扭矩。ASR通过自动施加制动和自动降低发动机扭矩来改善车辆起步和加速行驶工况,提高车辆牵引力。

  2.越野路面功能

  越野路面(OFFROAD)模式可以允许在特殊路面上更大的制动滑移率(瞬时抱死)。越野路面ABS在车辆速度小于15km/h时使ABS控制失去作用,并且允许更大的制动滑移率直到40km/h。

  在故障导致ABS灯常亮的情况之外,选择的越野路面模式由ABS灯慢闪提示给驾驶员。ECER13系列7要求:当点火开关打开,ABSOFFROAD功能可以自动重设。目前越野路面功能的输入通常用一按健式开关实现。车辆制造商应该在使用说明书中说明在正常路面下不允许使用越野路面功能,因为在这种条件下车辆可能不能满足ECERl3一类ABS的要求。

  3.改善牵引力模式

  在深雪条件或类似条件下,牵引力可以通过激发一特殊模块得到增加,电控单元将根据不同的临界值,通过发动机控制和差速制动分配来允许更高的滑移率。

  改善牵引力模式通过ASR灯的慢闪来确认,并以此通知驾驶员车辆稳定性可能降低。

  4.轮胎气压监测系统(TPMS)

  轮胎气压监测系统(TPMS:TirePressureMonitoringSystems)可以认为是一种简单的智能轮胎技术,主要用于对汽车行驶时实时对轮胎气压进行自动监测,对轮胎漏气和低气压进行报警,以保障行车安全。

  目前,TPMS主要有两种类型,一种是Wheel-SpeedBasedTPMS(间接式TPMS)。另一种是Pressure-SensorBasedTPMS(直接式TPMS)。

  间接式TPMS是借用ABS中的轮速传感器测量4个车轮的转速。当某只轮胎的气压下降时,轮胎滚动半径减小,车轮转速相应增大,系统主要通过比较两条对角线上车轮转速的总和判断压力是否下降。间接式TPMS主要缺点是无法对两个以上轮胎同时缺气的状况和速度超过100km/h的情况进行判断。

  直接式TPMS技术又分为主动式(Active)和被动式(Passive)两种。主动式TPMS利用安装在每一个轮胎上的以锂离子蓄电池为电源的压力传感器来直接测量轮胎的气压,并通过射频RF(RadioFrequency)信号发射到中央接收单元进行数据处理,再通过监视器随时显示各轮胎气压,当轮胎气压太低或有渗漏时,系统就会自动报警。被动式TPMS,也叫无蓄电池TPMS,用一个中央收发器(CentralTransceiver)代替了一般直接式TPMS中的中央接收器。这个收发器不但要接收信号而且要发射信号,安装在轮胎中的转发器(Transponder)(代替了发射器)接收来自中央收发器的信号,同时使用这个信号的能量来发射一个反馈信号到中央收发器上进行数据处理,处理结果显示在监视器上。虽然此技术不用蓄电池供电,但是它需要将转发器整合至轮胎中,这牵涉到各轮胎制造商需建立共同的标准才有可能。因此,无蓄电池TPMS短期内还难以广泛使用。

  5.制动性能监控系统(BPM)

  基于ABS轮速监控的原理开发出了车辆制动性能监控系统(BPM:BrakingPerformanceMonitoring),其主要功能为制动期间主动监控不同车轮的制动性能,一旦有车轮制动性能异常,该系统会发出警告信息。

在制动效能不良的情况下,大约3km以后发出警告信息;在制动能力完全失去的情况下,系统 将快速报警;信号通过CAN网络进行传输,另外信号也可以作为ABS当前故障在CAN网络终端显示。


  工作原理与TPMS类似,根据轮胎转动圈数及ABS齿圈齿数,ABS传感器产生相应的信号脉冲,电控单元累计每个车轮的信号脉冲数量,同时计算对角线间车轮的脉冲数量总和的差别(在制动工况下,大约1km的范围内累计一次)。并且考虑转向、对称载荷及滑移变化等的影响,对计算结果有一定的补偿。如果差别超出了预先设定的限值一次或多次,电控单元通过显示终端通知驾驶员制动能力降低。

  系统在以下情况停止计数:滑移不稳定、ABS/ASR开始工作、高的减速度、急转弯、横向加速度达到某一特定的值、发动机输出扭矩快速变化以及其他不稳定工况。

  6.电子制动力分配/限制系统(EBD/EBL)

  电子制动力分配系统(ElectronicBrakeforceDistribution,简称EBD)是在汽车防抱制动系统的基础上拓展的制动力调节功能,此功能与传统的感载阀装置相似,并且优化了车辆的制动性能。

  EBL的工作原理:威伯科公司目前在ABS基础上集成的电子制动力限制 EBL(ElectronicBrakeforceLimitation)功能与EBD功能相似,传统的EBD功能只有在车辆减速度大于0.25g时才开始工作,而EBL功能安装有压力传感器,车辆在制动过程中ABS能监测出后桥的制动压力,能使EBL功能在更低的车辆减速度下实现压力的调整,最低允许车辆的制动减速度在0.1g时工作,这样几乎在所有的制动过程中,EBL都可以作用,因此EBL功能是更加优化的一种功能。

  7.防侧翻稳定性控制(RSC)

  防侧翻稳定性控制(RollStabilityControl,简称RSC),相对于ESC/ESP而言,它主要应用于高附着系数路面,相对成本较低,而且也较容易实现。

  在RSC系统的电控单元中集成了一个横向加速度传感器,这个传感器实时测量车辆相应的横向加速度,并计算临界加速度限制,当横向加速度接近这一临界点时,系统就会激活原有的ASR电磁阀和驱动桥的ABS电磁阀,从而对驱动桥进行制动,以使车辆减速,同时对于带挂车的牵引车,系统将激活额外的一个电磁阀,对挂车控制阀输出制动信号,从而对挂车进行制动。

  在RSC工作的过程中,系统对相应的车轮进行制动,进而控制车辆的行驶稳定性,同时,RSC系统还会通过SAEJ1939CAN总线控制发动机和缓速器的输出扭矩,从而有效的避免翻车事故的发生。

  8.电子稳定性控制(ESC/ESP)

  电子稳定控制系统(Electronicstabilitycontrol,简称ESC或者 Electronicstabilityprogram,简称ESP)是一种全功能的电子稳定控制系统,不仅包含防侧翻电子稳定系统,还具备了纠正车辆转向的能力,覆盖了低附着系数路面的工作情况,是一个闭环控制系统,当车辆在转向、制动或打滑时,通过对制动、动力系统的干涉,稳定车辆的行驶,让车辆更安全也更稳定。

  ESC的工作过程见上图,当车辆在低附着系数路面上避让障碍物时,不带稳定性控制系统转向轮角度调整非常大,但仍然无法避免车辆滑出车道,而且整个过程中车辆也有折叠的危险。当稳定性控制系统激活时,转向轮角度调整不大,和在正常道路上避让障碍物的调整情况类似。

  整个过程中,首先当车轮转向变道时,系统监测横向加速度,对车辆所有车轮进行制动,以降低车辆横向加速度,防止翻车,接着当驾驶员向左转向时,由于路面附着系数低,车辆出现过度转向,系统对左侧转向轮进行制动,以纠正车辆的过度转向,帮助车辆进入正确行驶车道,防止车辆滑出车道,出现危险。当车辆进入车道后,由于路面附着力不够,而导致了车辆向左过度转向,这时根据ESC电控单元中的横向角速度传感器和转向管柱内的转向角度传感器测得的差异进行计算,对车辆右侧转向轮进行制动,使车辆完成整个避让过程,回复到直线行驶状态。

  从图中所示的两个相同的避让过程中,显而易见的,由于电子稳定控制系统的介入,在这种湿滑道路情况下,让驾驶员对车辆的操纵变得更容易,也让整个过程更安全。

  ESC和RSC性能比较:ESC控制策略的适用范围覆盖了RSC的范围,RSC系统适用于在高附着系数路面对车辆的侧翻控制,而ESC系统适用于在高、低附着系数路面上对侧翻控制、偏航控制和侧向滑移的控制,从偏航控制和侧翻控制两个角度进行对比,表2列出了它们的区别。

  RSC/ESC是基于整车CAN线系统并通过其与各总成进行数据交流,来实现对整车行驶的稳定控制。对于不同的车型都要进行单独的试验匹配,以达到理想的稳定性能控制效果。该试验耗时长、费用高、需要有大批量的生产来支撑。

 

关键字:系统  拓展  探讨

编辑:潘争 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2008/1202/article_585.html
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