汽车液压ABS压力调节器相关技术研究综述

汽 车 制 动 防 抱 死 系 统 (Anti-locked BrakingSystem，以下简称 ABS)是汽车传统制动系统的附加装置，液压 ABS的作用是在驾驶员进行强制动或紧急减速时，通过压力调节器完成对制动器中轮缸压力的调节，从而形成增压、保压和减压 3种压力状态 ，防止车轮抱死，使汽车制动系统处于最理想的状态，以获得较大的纵向、侧向附着系数和最有效的制动效果 ，是目前提高车辆主动安全性的-种机电液-体化装置。ABS的三大构件是传感器、控制器和压力调节器。压力调节器是 ABS的执行元件，主要功能是快速响应和压力调节，它的性能优劣直接影响汽车的制动效果。

液压 ABS压力调节器主要由电磁阀、回油泵、泵驱动电机(ABS电机)和低压蓄能器等构成”，如图 1所示。在ABS工作时，制动主缸将油液通过电磁阀提供给各个车轮的制动分泵，控制各个车轮的制动力。回油泵由直流电机驱动，受 ABS控制器控制，提供系统需要的油液量，将低压蓄能器中的制动液及时泵回至高压管收稿 日期：2012-l1-O8作者简介：郑太雄(1974-)，男，河北张家口人，教授，工学博士，主要从事汽车电子相关研究工作。

路，实现制动液的循环工作和制动压力的调节12]。以下将结合 ABS压力调节器的国内外研究现状，对压力调节器的相关技术进行分析。并提出下-步的研究方向。

广 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1液- i制动 油 丝；.] A廿 徊制 i 醐 iL - - .J图 1 ABS压 力调器1 ABS液压调节器发展概况国外 ABS液压力调节器的批量生产已有 20几年的历史[31，调节器的各项技术均已经很成熟，随着新技术、新材料、新工艺的发展，ABS液压力调节器的性能逐步提高，表现在动作频率、耐压强度、产品可靠性上都有大幅度改善。ABS液压调节器的各项性能检测在国外已经非常细化，能够分别对增压阀、减压阀、回流泵、ABS电机、蓄能器等各部件进行相应的检测。-般首先在测试设备上进行，然后根据试验的结果完善后液压 气动 与密 1"/2013年 第 04期再进行道路试验来验证[41。国外虽然已有成熟产品，但由于技术的保密，其压力控制模型和具体技术参数很难获龋国内液压 ABS技术与国外仍有-定的差距 ，具体因素很多，就压力调节器的设计而言.压力调节器的性能需与车型相匹配，很难设计出通用型的压力调节器。

对于压力调节器的响应时间、承载压力 、调压速率、调压特性等关键性能指标还未完全掌握，目前国内对于压力调节器的设计水平仍停留在特性研究阶段。伴随着中国汽车市场的兴起，促使国内很多高校、企业和研究机构从事 ABS方面的研究，并取得了-定的成绩。目前还缺乏充分的文章对 ABS压力调节器的相关技术进行综述总结。

2 影响压力调节器工作特性的关键因素与相关技术分析ABS液压调节器的关键技术主要集中在电磁阀特性、制动轮缸压力调节、回油泵配合控制等方面。目前，大多数的研究是通过理论分析、运用商业化软件建模仿真、搭建硬件在环试验台架、实车道路试验等方法对压力调节器的各关键部件进行研究分析。

2.1 电磁阀的响应特性压力调节器电磁阀的响应快慢是影响ABS压力响应和制动效果的重要因素，因而电磁阀的响应测试是ABS系统中必不可少的-个研究环节 。国内学者对ABS的液压特性及电磁阀的动作响应进行了理论分析和测试。

王会义等测试了空载和加载状况下 Bosch公司某型号 ABS电磁阀的动作响应时间，即增压阀，减压阀在有压力负载和无压力负载的情况打开/关闭阀口的响应时间[51。得出电磁阀在空载情况下响应速度要快于加载状态，且减压阀的响应略快于增压阀的响应。验证了ABS电磁阀的电磁嘲流场理论的正确性。

李志远等以捷达 GTX轿车交叉双回路液压制动系统为基础，按照其在车辆中实际布置方案，搭建了单轮制动系统液压试验台架，针对增压、保压和减压各种工况下电磁阀的工作状态，对 MK20-I/E型电磁阀进行了开关响应特性测试[63。得到该型电磁阀的复位过程快于通电动作过程，且出油阀的响应略快于进油阀的响应的结论。

2.2 制动轮缸的压力响应特性1)轮缸压力的滞后轮缸的压力变化与电磁阀和回油泵的动作有关。

轮缸压力的响应总会滞后于电磁阀的动作响应，而轮2缸压力是影响车轮制动力的直接因素。如何实现轮缸压力的精细调节则是设计 ABS控制逻辑时必须解决的问题 。

丁能根等通过台架试验对持续增、减压时的轮缸压力响应特性和复杂压力状态下的压力调节特性进行研究，提出了压力精细调节的实现方法[71：采用不同的增压，减压和保压时间，通过压力状态的快速切换控制压力增长/降低速率，实现轮缸压力的精细调节。

郭孔辉根据压力的时间历程曲线拟合得到轮缸的增压/减压特性模型，并分析了压力状态切换过程中的滞后特性阎。滞后特性不利于防抱制动效果，消除滞后特性的影响-方面是进行电磁阀结构设计的优化 ，以提高电磁阀的响应能力，另-方面是在 ABS控制逻辑的设计中采取相应的滞后补偿。

对于消除轮缸压力响应滞后的影响 ，主要应在ABS控制逻辑的设计中予以考虑，即控制指令应按照滞后量的大小提前-定的时间发出。

2)压力调节器的调压速率调压速率即 ABS液压力调节器在额定的电压、压力条件下，调节器以-定的频率工作 ，调节制动压力的速率。调节器的减压速率-般为增压速率的 1～3倍，具体值的大小，应通过试验选定。调压控制中-般满足以下几点：(1)为得到适当的压力变化速率，电磁阀控制信号周期必须大于阀开启与关闭时问之和；(2)对于已确定的液压力调节器 ，压力变化速率与电磁阀开度和轮缸前后压力差成正比，在某个控制循环中压力变化速率只与电磁阀开度成正比；(3)压力调节器在电磁阀开度-定时，压力变化速率与轮缸前后压力差成正比。因此在减压时，液压泵转速越高，排量越大，压力变化速率越大[91。

3)制动压力波动制动压力波动主要影响路面识别的准确性，尤其是在低附着路面上容易导致轮速产生大量毛刺，可能会误判为颠簸路面。颠簸路面上轮速波动大，附着力不足，车轮容易抱死，从而使控制参数(滑移率和轮减速度)容易达到设定的减压门限，导致过分减压。当制动压力波动导致误判时，则会发生控制参数的过度补偿 ，导致轮速振荡，平顺性变差。目前成熟的ABS算法是当识别为颠簸路面时，对控制参数进行修正，减絮压趋势。

2.3 电磁阀的 PWM控制由于 ABS电磁阀存在开关响应、管路传输和轮缸刚度等滞后因素，ABS采用常规的开关量对电磁阀进行控制会造成轮缸压力有较大的波动，从而影响到系Hvdraulics Pneumatics＆ Seals，NO.04.2013统的控制效果。而对高速开关电磁阀采用PWM技术能够有效实现轮缸压力精细控制，减少超调量，避免液压系统压力波动较大。

1)电磁阀低频 PWM控制典型的传统高速开关阀的脉冲宽度调制频率集中在 10-100Hz范围内ol。在该范围内，通过寻找最优的PWM控制频率范围.调整 PWM的占空比，控制电磁阀在调制周期内的平均开度，从而控制制动压力。在 ABS制动控制中的阶梯增压阶段应用 PWM控制较多.通过电磁阀的完全开和关，实现增压-保压的不断循环，从而减慢制动压力的增长速度，防止车轮迅速抱死。低频PWM控制是 目前 ABS/ESP控制策略的基础，许多厂家如美国德尔福、美国天合、韩国万都等均采用该方式。

2)电磁阀高频 PWM控制在低频 PWM控制方式下，虽然实现了高速开关阀的平均开度-定，但实际上电磁阀还是间开间闭的，这样会导致：(1)制动压力增长速度不是线性增长，控制时需要积累大量的基础数据：(2)阀完全开闭时会产生-定的金属撞击噪声。同时.不断动作带来的压力波动也会造成-定的噪声：(3)压力波动给驾驶员制动时带来踏板抖动，驾乘感觉不良。

为了进-步提高系统的控制精度.王伟玮等人研究了在 2～4kHz的调制频率下，通过改变 PWM控制下的占空比，来实现高速开关阀的比例开关功能，达到了精密控制制动压力的效果，从而使得制动压力的增加过程能够更加平稳有度。实际中，电磁阀的低频控制，电磁阀做开关阀的使用仍然是较常用的方法。

2.4 回油泵的工作特性低压储能器用于暂存 ABS减压过程中制动轮缸经由减压阀流人的制动液，可以减胸流制动液的压力波动。ABS回油泵的作用就是将低压储液器中制动液及时地泵回至高压管路，实现制动液的循环工作。

丁能根等在测试ABS压力响应特性时提出：增压或减压时，泵电动机的工作加快了轮缸压力的变化，因而可根据不同控制逻辑的要求选择是否启动泵电动机同。

初亮等在研究制动压力变化速率时提出：在减压时，液压泵转速越高，排量越大，压力变化速率越大[91。

曹会发等开发了可用于柱塞泵的空载排量、负载排量、单向阀开通能力及密封性测试的 ABS柱塞泵测试系统，着重介绍了测试系统的设计方法 21。张彪，刘昭度等对 MK20型 ABS压力调节器的低压储液器容纳能力进行了测试。对 ABS增压/减压阶段回油泵工作特性进行分析并测试了回油泵工作对于压力变化速率的影响[131。

目前公开文献中对 ABS回油泵控制的研究还鲜有相关说明。

25 液压控制器的其他参数影响液压控制单元的性能特性撒于压力调节器的物理结构特性以及与控制信号之间的关系。压力调节器的尺寸和内部参数，如电磁阀口的最大开口截面积、液压泵排量、蓄能活塞直径、蓄能器活塞弹簧预紧力、蓄能器容积等 51都与压力调节器的控制效果有关。对于以上特定的参数，主要依赖于制造厂商，在此不作赘述。

3 存在的问题与进-步的工作3.1 回油泵控制的重要性目前国外成熟的汽车 ABS普遍采用逻辑门限值控制方法，在 ABS增压控制阶段要求采用小步长压力增长的方式，它是通过连续多次快速切换进油电磁阀的开关动作实现的。在减压控制时要求采用小步长减压的方式。增压/减压是由电磁阀和回油泵配合来完成的，因此电磁阀和回油泵的特性及其控制是 ABS控制成败的-个关键。

在轮缸压力调节的减压过程中，会有部分制动液流入 ABS低压储液器，实现轮缸压力的减压调节。但如果低压储液器容纳制动液过多，就会影响到后续控制过程的压力调节效果fl21。此时需要 ABS回油泵将低压储液器中制动液及时地泵回至高压管路，实现制动液的循环工作。

3.2 回油泵研究中还需解决的问题作为 ABS控制的关键技术，目前公开文献中很少有针对回油泵的研究说明。在 ABS的实际开发过程中，对比国外某公司的液压 ABS控制器的工作数据。发现回油泵并非减压即工作这-简单的控制逻辑，回油泵的控制与电磁阀、制动轮缸等部件的工作状态密切相关。由于技术的封锁，对于回油泵的控制方法也较难以获龋张彪专门对回油泵的工作特性做了初步的研究 ，但并未给出相应的回油泵控制策略，也未对电磁阀和回油泵之间的配合关系进行分析，回油泵的工作机理也不明确。因此，对回油泵的研究仍有大量工作要做。

4 结束语总结了国内外 ABS液压调节器的发展概况和现状，重点对电磁阀各种工况下的响应时间，制动轮缸的(下转第 8页)3液 压 气动 与密 封/2013年第 04期16彭旭东，谢友柏，等.热流体动力楔机械密封性能参数的近似计算J.流体机械，1997，25(6)：24-27。

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(上接第 3页)压力响应特性以及回油泵的作用进行了分析：总结了电磁阀的两种 PWM控制方法和压力调节器调压速率的影响因素；最后分析给出了ABS液压调节器下-步的研究方向--回油泵的工作机理，控制策略以及电磁阀和回油泵之间的配合关系。