汽車ABS系統(tǒng)解決方案

　　隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)汽車的需求正日益加強(qiáng)，與之相應(yīng)，汽車的消費(fèi)群體也變得越來(lái)越成熟，主要表現(xiàn)在消費(fèi)者除了關(guān)注汽車的外型外還越來(lái)越重視汽車的內(nèi)在品質(zhì)，其中，汽車的安全特性逐漸成為用戶考慮的首要選購(gòu)條件。由此，作為主要的安全系統(tǒng)之一的汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)正引起越來(lái)越多的關(guān)注。下表(表1)是世界著名咨詢公司StrategyAnalyTIcs對(duì)中國(guó)ABS市場(chǎng)的預(yù)測(cè)，從中我們可以明顯地看出這種不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，預(yù)計(jì)在2006-2015年期間中國(guó)的ABS市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到9.0%。

　　這種不斷增長(zhǎng)的需求也促使眾多的企業(yè)和科研單位加大了對(duì)ABS的研發(fā)和生產(chǎn)的投入，從而催生了許多新的ABS系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)。這種現(xiàn)象在中國(guó)、韓國(guó)和印度表現(xiàn)得尤為明顯。但這些企業(yè)生產(chǎn)ABS產(chǎn)品的歷史都不長(zhǎng)，所以一個(gè)成熟而可靠的方案對(duì)他們來(lái)說(shuō)尤為重要。下面將簡(jiǎn)單介紹一下ABS系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)和特性。

　　ABS簡(jiǎn)介

　　ABS要通過(guò)監(jiān)測(cè)汽車制動(dòng)時(shí)各車輪的速度變化來(lái)判斷汽車的所處的路面狀況和即將發(fā)生的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的算法令車輪做出調(diào)整動(dòng)作以避免被抱死。

　　如圖1所示，通常一個(gè)帶ABS功能的制動(dòng)系統(tǒng)由以下部件組成：制動(dòng)主缸、比例分配閥、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置、制動(dòng)輪缸、輪速傳感器、ABS主控單元、ABS警報(bào)燈和剎車指示燈。

　　在這個(gè)系統(tǒng)中，與ABS相關(guān)的部件主要是：輪速傳感器、ABS主控單元、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置和ABS警報(bào)燈。其中輪速傳感器主要用于測(cè)量車輪的轉(zhuǎn)速，并將其信號(hào)經(jīng)過(guò)初步處理后輸入到ABS主控單元中去。在主控單元中一般含有一到兩個(gè)微控制器，在ABS作用時(shí)，它們接收來(lái)自傳感器的信息，解析出輪速，在此基礎(chǔ)上計(jì)算出輪加速度、參考車速和滑移率等參數(shù)，并根據(jù)設(shè)定的算法推算出汽車所應(yīng)采取的相應(yīng)動(dòng)作，然后向同樣位于主控單元上的執(zhí)行器件發(fā)出相應(yīng)的指令。制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置則接收此執(zhí)行器件的發(fā)出的指令調(diào)節(jié)各車輪上的制動(dòng)壓力，以使車輪處于附著系數(shù)最大狀態(tài)并防止車輪被抱死而出現(xiàn)純滑動(dòng)摩擦。在此過(guò)程中，輪速傳感器是信號(hào)輸入裝置，而主要的控制部分是由ABS主控單元完成的。因此ABS主控單元必須符合下列要求：

　　(1)具有高速處理傳感器信號(hào)的能力

　　由于一些比較低端的傳感器只有信號(hào)傳輸能力而本身沒(méi)有計(jì)算能力，所以傳感器的信號(hào)處理工作往往由主控單元來(lái)完成。在車輛速度較高的情況下，從傳感器端輸入信號(hào)的速度也會(huì)提高，而且一般的系統(tǒng)需要同時(shí)處理至少四個(gè)輪速信號(hào)。為了及時(shí)處理這些信號(hào)信息，主控單元必須有較強(qiáng)的信號(hào)處理能力。

　　(2)高速計(jì)算的能力

　　ABS的主控單元肩負(fù)著執(zhí)行預(yù)定算法的能力。它需要根據(jù)車輪的速度信息計(jì)算出汽車的各種狀態(tài)信息，如車速、車加速度、滑移率等等，并根據(jù)此信息搜尋算法中的與之相符的狀態(tài)，然后根據(jù)此狀態(tài)預(yù)設(shè)的算法計(jì)算出應(yīng)采取的各種動(dòng)作和參數(shù)。這一切都需要在極短的時(shí)間內(nèi)完成，所以要求主控單元有較強(qiáng)的計(jì)算能力。通常會(huì)在此單元上采用至少一顆16位微控制器。

　　(3)快速有效執(zhí)行的能力

　　ABS必須在車輛高速的狀態(tài)下也能起到相應(yīng)的作用，也就是要不斷完成加壓、保壓、減壓這個(gè)過(guò)程以控制車輛的行駛狀態(tài)，所以執(zhí)行器件也必須快速有效。

　　(4)處理大電流的能力

　　由于ABS要控制多達(dá)八個(gè)閥門的運(yùn)動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)的峰值電流會(huì)達(dá)到一個(gè)較高的值，所以主控單元必須要有處理大電流的能力，比如器件要能通過(guò)較大的容量，器件和系統(tǒng)要有較強(qiáng)的散熱能力。

　　(5)與其它系統(tǒng)通訊的能力

　　ABS的輪速信息經(jīng)常要被其他系統(tǒng)所利用，所以ABS和其他系統(tǒng)之間經(jīng)常需要交換信息。另外，當(dāng)ABS被擴(kuò)展成牽引力控制系統(tǒng)(TCS)或者電子穩(wěn)定系統(tǒng)(有ESC/ESP/VSC/DSC等不同名稱，下文中將采用ESC這一名稱)時(shí)，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，所以需要與發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(EMS)間的通訊。因此，ABS主控單元應(yīng)該包括CAN或LIN接口。

　　(6)系統(tǒng)診斷監(jiān)控和失效保護(hù)性能

　　ABS是汽車最重要的安全系統(tǒng)之一，它的性能往往關(guān)系著車內(nèi)乘員的生命安全。所以它必須能對(duì)自身進(jìn)行診斷和監(jiān)控，即使在失效時(shí)也能提供緊急的替代和保護(hù)措施，以保證車輛不會(huì)失控。

　　上面已經(jīng)提及，ABS是車輛制動(dòng)系統(tǒng)智能化的基本形式，如在此基礎(chǔ)上增加一些額外的設(shè)備和功能，它可以擴(kuò)展成其他的系統(tǒng)，在此將簡(jiǎn)單介紹一下汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ESC)。與ABS只在制動(dòng)時(shí)起作用不同，ESC可以實(shí)時(shí)地監(jiān)控車輛的行駛狀態(tài)并在車輛出現(xiàn)失控可能之前通過(guò)調(diào)節(jié)相應(yīng)車輪上的制動(dòng)力和發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力來(lái)及時(shí)糾正行車狀態(tài)，做到防范于未然。所以ESC系統(tǒng)需要更多的傳感器，除了輪速傳感器外通常還包括橫擺角傳感器、橫向加速度傳感器和方向盤轉(zhuǎn)角傳感器。另外，ESC還需要增加4個(gè)閥門以控制相同回路中液壓液的流向。由于ESC系統(tǒng)要實(shí)時(shí)處理復(fù)雜的行車狀況，它的軟件系統(tǒng)也更加龐大和復(fù)雜，這就要求它要有更快信號(hào)處理和計(jì)算能力，以及更快的響應(yīng)速度。

　　針對(duì)ABS/ESC的這些要求，作為一個(gè)能提供完整產(chǎn)品鏈的芯片供應(yīng)商，英飛凌公司結(jié)合了與世界各主要ABS/ESC供應(yīng)商幾十年合作開(kāi)發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)推出了自己的參考解決方案。在下面的章節(jié)中，我們將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)的介紹。