汽车ABS系统解决方案

 

　　随着经济的不断发展，人们对汽车的需求正日益加强，与之相应，汽车的消费群体也变得越来越成熟，主要表现在消费者除了关注汽车的外型外还越来越重视汽车的内在品质，其中，汽车的安全特性逐渐成为用户考虑的首要选购条件。由此，作为主要的安全系统之一的汽车防抱死制动系统(ABS)正引起越来越多的关注。下表(表1)是世界著名咨询公司StrategyAnalytics对中国ABS市场的预测，从中我们可以明显地看出这种不断增长的趋势，预计在2006-2015年期间中国的ABS市场的年复合增长率将达到9.0%。

　　这种不断增长的需求也促使众多的企业和科研单位加大了对ABS的研发和生产的投入，从而催生了许多新的ABS系统生产企业。这种现象在中国、韩国和印度表现得尤为明显。但这些企业生产ABS产品的历史都不长，所以一个成熟而可靠的方案对他们来说尤为重要。下面将简单介绍一下ABS系统的一般结构和特性。

　　ABS简介

　　ABS要通过监测汽车制动时各车轮的速度变化来判断汽车的所处的路面状况和即将发生的运动状态并根据预先设定的算法令车轮做出调整动作以避免被抱死。

　　如图1所示，通常一个带ABS功能的制动系统由以下部件组成：制动主缸、比例分配阀、制动压力调节装置、制动轮缸、轮速传感器、ABS主控单元、ABS警报灯和刹车指示灯。

　　

 

　　在这个系统中，与ABS相关的部件主要是：轮速传感器、ABS主控单元、制动压力调节装置和ABS警报灯。其中轮速传感器主要用于测量车轮的转速，并将其信号经过初步处理后输入到ABS主控单元中去。在主控单元中一般含有一到两个微控制器，在ABS作用时，它们接收来自传感器的信息，解析出轮速，在此基础上计算出轮加速度、参考车速和滑移率等参数，并根据设定的算法推算出汽车所应采取的相应动作，然后向同样位于主控单元上的执行器件发出相应的指令。制动压力调节装置则接收此执行器件的发出的指令调节各车轮上的制动压力，以使车轮处于附着系数最大状态并防止车轮被抱死而出现纯滑动摩擦。在此过程中，轮速传感器是信号输入装置，而主要的控制部分是由ABS主控单元完成的。因此ABS主控单元必须符合下列要求：

　　(1)具有高速处理传感器信号的能力

　　由于一些比较低端的传感器只有信号传输能力而本身没有计算能力，所以传感器的信号处理工作往往由主控单元来完成。在车辆速度较高的情况下，从传感器端输入信号的速度也会提高，而且一般的系统需要同时处理至少四个轮速信号。为了及时处理这些信号信息，主控单元必须有较强的信号处理能力。

　　(2)高速计算的能力

　　ABS的主控单元肩负着执行预定算法的能力。它需要根据车轮的速度信息计算出汽车的各种状态信息，如车速、车加速度、滑移率等等，并根据此信息搜寻算法中的与之相符的状态，然后根据此状态预设的算法计算出应采取的各种动作和参数。这一切都需要在极短的时间内完成，所以要求主控单元有较强的计算能力。通常会在此单元上采用至少一颗16位微控制器。

　　(3)快速有效执行的能力

　　ABS必须在车辆高速的状态下也能起到相应的作用，也就是要不断完成加压、保压、减压这个过程以控制车辆的行驶状态，所以执行器件也必须快速有效。

　　(4)处理大电流的能力

　　由于ABS要控制多达八个阀门的运动，整个系统的峰值电流会达到一个较高的值，所以主控单元必须要有处理大电流的能力，比如器件要能通过较大的容量，器件和系统要有较强的散热能力。

　　(5)与其它系统通讯的能力

　　ABS的轮速信息经常要被其他系统所利用，所以ABS和其他系统之间经常需要交换信息。另外，当ABS被扩展成牵引力控制系统(TCS)或者电子稳定系统(有ESC/ESP/VSC/DSC等不同名称，下文中将采用ESC这一名称)时，需要对发动机进行控制，所以需要与发动机管理系统(EMS)间的通讯。因此，ABS主控单元应该包括CAN或LIN接口。

　　(6)系统诊断监控和失效保护性能

　　ABS是汽车最重要的安全系统之一，它的性能往往关系着车内乘员的生命安全。所以它必须能对自身进行诊断和监控，即使在失效时也能提供紧急的替代和保护措施，以保证车辆不会失控。

　　上面已经提及，ABS是车辆制动系统智能化的基本形式，如在此基础上增加一些额外的设备和功能，它可以扩展成其他的系统，在此将简单介绍一下汽车电子稳定系统(ESC)。与ABS只在制动时起作用不同，ESC可以实时地监控车辆的行驶状态并在车辆出现失控可能之前通过调节相应车轮上的制动力和发动机的牵引力来及时纠正行车状态，做到防范于未然。所以ESC系统需要更多的传感器，除了轮速传感器外通常还包括横摆角传感器、横向加速度传感器和方向盘转角传感器。另外，ESC还需要增加4个阀门以控制相同回路中液压液的流向。由于ESC系统要实时处理复杂的行车状况，它的软件系统也更加庞大和复杂，这就要求它要有更快信号处理和计算能力，以及更快的响应速度。

　　针对ABS/ESC的这些要求，作为一个能提供完整产品链的芯片供应商，英飞凌公司结合了与世界各主要ABS/ESC供应商几十年合作开发的成功经验推出了自己的参考解决方案。在下面的章节中，我们将对此进行详细的介绍。