猎豹CFA6470汽车电子式ABS设计

清雅轩

湖南长丰汽车制造股份有限公司生产的猎豹CFA6470汽车，以其优异的性价比赢得了市场，广泛应用于政府部门、军队及个人。CFA6470汽车是在引进的三菱汽车帕杰罗V31的基础上改进设计开发，当时没有开发电子ABS。随着汽车行驶速度的提高及道路行车密度的增大，人们对汽车行驶的安全性也越来越重视，应市场的需要，笔者为猎豹CFA6470车型开发了电子防抱死制动系统。
    1、ABS+EBD的原理及作用
    汽车防抱死制动系统（Anti-lock Braking System，简称ABS）是一种在汽车上曰益普及的主动安全装置。它通过轮速传感器检测车轮轮速，经过信号处理后的轮速传输至计算机，计算机根据轮速以一定的算法和控制方法来控制电磁阀，增减制动压力防止车轮抱死。ABS能避免汽车制动过程中的侧滑、跑偏、甩尾和丧失转向操纵能力，提高汽车的操纵性和稳定性，缩短制动距离；还能避免轮胎的局部磨损，提高轮胎的使用寿命。
    电子制动力分配（Electronic Brake Distribution,简称EBD），是在汽车制动而ABS没有起作用时，利用ABS的部件来调节汽车后轮的制动压力，使汽车前后轮的制动压力达到平衡，使汽车制动达到最佳效率。EBD虽然有利于ABS的部件，但其控制逻辑与ABS的控制逻辑是独立的，在ABS起作用后，EBD将不再起作用。EBD和ABS一起可以提高汽车的制动效能。
    目前，国内电子ABS主要供应商为Delphi公司、Bosch公司和上海制动系统有限公司，经过技术和经济等多方面比较，笔者决定采用Delphi公司的DBC 7.4 ABS，带EBD功能。
    2、装用Delphi ABS及外围设计
    2.1 猎豹CFA6470汽车的主要参数
    在进行猎豹CFA6470汽车ABS设计时，首先必须了解该车现有状态和参数。猎豹 CFA6470汽车的主要技术参数见表1。

    2.2 ABS布置形式的设计
    针对C FA6470车型的主要参数，考虑到原车的基础制动系统形式为T型布置、三管路带真空助力器，将ABS设计为三通道T型布置，四轮速传感器、三通道、前轮独立、后轮低选控制。所谓低选控制是指2个后轮只要有1个轮抱死，ABS就将工作。
    由于CFA6470为四轮驱动汽车，所以ABS装用加速度传感器（G传感器），布置形式见图1，采用4个轮速传感器实时检测4个车轮的轮速，一能实现两前轮的独立控制和两后轮的低选控制。该布置形式的特点：两前轮的制动压力调节是独立工作的，既保证了汽车前车轮不能抱死，得到最大的制动力，也保证整车的可操纵性能；后轮低选控制虽然在对开路面时制动力有所下降，但该结构简单，并可有效地防止汽车出现甩尾的严重事故，性能稳定可*。

    装用G传感器是四轮驱动汽车ABS与二轮驱动ABS最大的不同点。四轮驱动汽车由于四轮驱动的前后轮系总是以一定的方式相互连接在一起，在摩擦系数小的路面上制动时，一个车轮抱死，带动其它车轮一起抱死，这样将不能依*轮速传感器的信号计算出汽车速度，ABS也将不能起作用。为了解决这个问题，四轮驱动汽车ABS必须有G传感器。在汽车制动时，如果加速度传感器测量到的负加速度很小的话，说明路面的摩擦系数很小，ABS自动进人低摩擦系数的制动控制程序，这样就能很好地进行制动控制，防止车轮抱死。
    2.3 Delphi ABS电气系统的设计
    2.3.1 ABS电气原理ABS电气原理图见图2，蓄电池经易熔线供12V的工作电压给ABS ECU，易熔线的容量选额定电流为60A，12V的工作电压提供给ECU后，由ECU内部的电源管理单元处理后输出相应的所需电压给各子系统。制动信号由制动开关输入，作为ABS控制软件判断汽车制动状态的信号。轮速信号由轮速传感器输入ABS ECU，前轮速传感器装在前转向节上，轮速信号由传感器和装在制动盘上的转子电磁感应产生交流信号，经前电器线束传送到ABSECU。后轮速信号由装在后轴桥壳上的传感器和装在后半轴上的齿圈电磁感应产生交流信号，由车架线束和右地板线束传到ABS ECU，ABS ECU将传来的交流轮速信号经信号处理电路后变为规整的矩形波信号，送人到电子控制器里。由于该车型是四轮驱动的驱动形式，ABS控制器还需要输人四轮驱动开关的信号和G信号，G传感器装在操纵箱的地板上，ABS控制器须控制ABS报警灯和EBD灯，ABS控制器输出的弱信号需经灯驱动模块后，才能驱动ABS报警灯和EBD灯。为了检查ABS故障，须将ABSECU的故障诊断信号输入到整车故障诊断端口，以便用整车故障诊断仪检测ABS故障。

    2.3.2 ABS ECU插接件针脚定义
    ABS ECU插接件针脚编号见图3, ABS ECU每个针脚的定义见表2。


    2.4 Delphi ABS液压系统的设计
    ABS液压系统原理图见图4。制动总泵采用中心阀式制动总泵。ABS的工作过程实际上是对制动分泵的制动压力不停地循环进行增压、保压、减压的过程。汽车制动过程中，ABS发现车轮抱死，控制该车轮的增压阀关闭，减压阀打开，制动分泵的制动液流出到储液器，回流泵将制动液经阻尼器节流阀送回制动总泵。在ABS发现车轮没有完全抱死、车轮分泵制动压力合适时，将同时关闭控制该分泵的增压阀和减压阀，进行保压。在ABS发现车轮压力不足时，将关闭控制该车轮分泵的减压阀，打开增压阀，对该车轮分泵进行增压。阻尼器、节流阀的作用是为了减少高速回流泵将制动液泵回总泵时制动液对总泵的冲击，延长总泵的使用寿命。

    2.5轮速传感器的设计  
    在ABS中，轮速传感器用于检测车轮速度，并将轮速信号输入ECU。按工作原理不同，轮速传感器主要分两种类型：电磁式轮速传感器和霍尔式轮速传感器。霍尔式传感器由传感头和齿圈组成，输出的信号稳定，相应频率较高，抗干扰能力较强，对ECU处理轮速信号的电路要求不高，但其价格较高。电磁式轮速传感器由传感器和齿圈两部分组成，利用电磁感应的原理产生感应电压，感应电压信号变化的频率能准确地反映出车轮速度的变化。电磁感应式传感器的原理和结构简单，价格较低，品质稳定，但其输出信号的幅值随轮速的变化而变化，频率响应较低，抗电磁干扰能力较差，但随着电子技术的提高，现在ECU的轮速处理电路能很容易解决这些缺点，故笔者采用电磁感应式轮速传感器。
    前轮速传感器的感应转子装在制动盘上，与制动盘同步转动，前轮速传感器装在前转向节上；后轮速传感器的感应转子装在后半轴上，与后半轴同步转动，后轮速传感器装在后轴的桥壳上。前轮速传感器的感应转子和后轮速传感器的感应转子的齿数设计为47，轮速传感器与感应转子的间隙是必须保证的关键尺寸，前轮传感器是感应齿圈安装间隙应保证为（0.7±0.3） mm,后轮传感器和感应齿圈安装间隙应保证为（0.5±0.2） mm轮速传感器的参数（常温时）为：R=1.0～1.5kΩM；L=0.5～1.0 H（1kHz）。
    2.6 G传感器的设计
    G传感器利用专用芯片，将车身的加速度转化为电信号，输入到ECU，G传感器需要驱动电源，其搭铁不能共用车身搭铁，与信号输出端口及驱动电源搭铁共用，共3个端子。G传感器属于精密器件，不能碰撞、跌落，安装需水平放置，按标签上的方向安装。考虑到国内电子产品的价格较低、性能提高、品质稳定，故与国内某厂家联合开发了G传感器。G传感器输出信号的标准值范围为2.4～2.6V。
    3、ABS标定及试验
    汽车装配ABS后，为了能正常、高效地实现防抱死和电子制动力分配的功能，整车和ABS必须进行大量的标定试验。标定试验分为夏季和冬季标定试验，包括两驱和四驱状态时、空载和满载时，路面分为高附路面、低附路面、对开路面、对接路面等情况下的标定。标定按Delphi ABS标定规范进行。标定完毕后，还必须按GB 13594-2004检验整车ABS性能是否符合标准要求。标定和试验结果见参考文献和。
    4、结论
    猎豹CFA6470加装笔者设计开发的电子式ABS后，达到了国家GB 13594-2004的要求，通过了国家强检试验。整车加装电子ABS后，其安全性能提高，产品品质稳定，价格合理，投放市场半年，受到了市场的欢迎，提高了产品在市场上的竞争力。
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