大型汽车防抱死制动系统的研究文献综述

吉林化工学院文献综述大型汽车防抱死制动系统的研究Largeautomotiveanti-lockbrakingsystemresearch性质:毕业设计□毕业论文教学院：机电工程学院系别：机械电子工程系学生学号：11410228学生姓名：林永成专业班级：机自1102指导教师：关会英职称：讲师起止日期：2015.3.1～2015.3.28吉林化工学院JilinInstituteofChemicalTechnology吉林化工学院本科毕业设计文献综述-1-大型汽车防抱死制动系统的研究摘要：本文介绍了汽车防抱死制动系统（ABS）的组成、工作原理、设计原则、主要类型以及它的发展历史和未来趋势，并总结了其存在的主要问题。关键词：汽车防抱死系统；刹车系统；传感器吉林化工学院本科毕业设计文献综述-2-1.汽车防抱死系统(ABS)组成ABS（Anti-lockBrakingSystem）防抱死制动系统，如图1所示主要由传感器、电子控制单元(ECU)和电磁阀三部分组成。传感器一般安装在车轮上以测量车轮的转速，传感器一般为磁电感应式。ABS工作时ECU接收传感器送来的车轮信号，一般为符合ECU电压要求的矩形电压波，然后固化在ECU中的程序根据各个车轮的速度来决定对各个车轮的制动液压力如何调节，并输出相应的控制信号给各个车轮的液压控制单元。液压控制单元接收到信号后对车轮分泵的压力进行调节。传感器的作用是为ECU提供车轮的运动情况，ECU是ABS系统的控制中心，ECU中固化的程序实际上是ABS的控制方法，而液压控制单元是ABS控制方法的执行机构[1]。图1-1汽车防抱死系统(ABS)组成图2.汽车防抱死系统(ABS)工作原理在制动时，ABS根据每个车轮速度传感器传来的速度信号，可迅速判断处车轮的抱死状态，关闭开始抱死车轮上面的常开输入电磁阀，让制动力不变，如果车轮继续抱死，则打开常闭输出电磁阀，这个车轮上的制动压力由于出现直通制动液贮油箱的管路而迅速下移，防止了因制动力过大而将车轮完全抱死。在此同时，主控制阀通电开启，动态压力的制动液可进入制动阀，动态压力的制动液从动态助力管路通过主控制阀、制动总泵密封垫外缘到达前轮输入管路如此反复地工作（工作频率3－12次/秒），让制动状态始终处于最佳点（滑移率S为20%），制动效果达到最好，行车最安全。在制动总泵前面腔内地制动液是动态压力制动液，它推动反应套筒向右移动，反应套筒又推动助力活塞从而使制动踏板推杆向右移。因此，在ABS工作地时候，驾驶员可吉林化工学院本科毕业设计文献综述-3-以感觉到脚上踏板地颤动，听到一些噪音。如图2所示汽车减速后，一旦ABS电脑检测到车轮抱死状态消失，它就会让主控制阀关闭，从而使系统转入普通地制动状态下进行工作。如果蓄压器地压力下降到安全极限以下，红色制动故障指示灯和琥珀色ABS故障指示灯亮。在这种情况下，驾驶员要用较大地力进行深踩踏板地制动地方式才能对前后轮进行有效地制动[2]。图2-1ABS系统工作原理示意图3.汽车防抱死系统(ABS)的设计原则没有安装ABS的汽车，在行驶中如果用力踩下制动踏板，车轮转速会急速降低，当制动力超过车轮与地面的摩擦力时，车轮就会被抱死，完全抱死的车轮会使轮胎与地面的摩擦力下降，如果前轮被抱死，驾驶员就无法控制车辆的行驶方向，如果后轮被抱死，就极容易出现侧滑现象。因此，在设计汽车防抱死系统(ABS)时要保证几个条件：1：保证高制动过程中汽车行驶的方向稳定性；2：保证驾驶员在制动过程中仍能控制转向盘，从而避开障碍物；3：缩短制动距离保证行驶方向[3]。4.汽车防抱死系统(ABS)的主要类型防抱死制动系统ABS装置的控制通道分为四通道式、三通道式、二通道式和一通道式。吉林化工学院本科毕业设计文献综述-4-(1)四通道式四通道ABS有四个轮速传感器，在通往四个车轮制动分泵的管路中，各设一个制动压力调节器装置，进行独立控制，构成四通道控制形式。但是如果汽车左右两个车轮的附着系数相差较大(如路面部分积水或结冰).制动时两个车轮的地面制动力就相差较大，因此会产生横摆力矩，使车身向制动力较大的一侧跑偏，不能保持汽车按预定方向行驶，会影响汽车的制动方向稳定性。因此,驾驶员在部分结冰或积水等湿滑的路面行车时，应降低车速，不可盲目迷信ABS装置[4]。(2)三通道式三通道ABS是对两前轮进行独立控制，两后轮按低选原则进行一同控制(即两个车轮由一个通道控制,以保证附着力较小的车轮不抱死为原则)，也称混合控制。桑塔纳2000GSi既是用的这种ABS装置。性能特点：两后轮按低选原则进行一同控制时，可以保证汽车在各种条件下左右两后轮的制动力相等，即使两侧车轮的附着系数相差较大，两个车轮的制动力都限制在附着力较小的水平，使两个后轮的制动力始终保持平衡，保证汽车在各种条件下制动时都具有良好的方向稳定性。在对桑塔纳2000进行的60km/h紧急制动对比试验中，有ABS的车型比无ABS车型的制动距离只短1米，但是有ABS的车型始终都有方向，不会失去对方向的控制。对两前轮进行独立控制，主要考虑小轿车，特别是前轮驱动的汽车，前轮的制动力在汽车总制动中所占的比例较大(可达70%左右)，可以充分利用两前轮的附着力。但由于两前轮制动力不平衡对汽车行驶方向稳定性影响相对较小，而且可以通过驾驶员的转向操纵对由此产生的影响进行修正。因此，三通道ABS在小轿车上被普遍采用。(3)二通道式二通道式ABS难以在方向稳定性、转向控制性和制动效能各方面得到兼顾，目前采用很少。(4)一通道式一通道式ABS常叫单通道ABS，它是在后轮制动器总管中设置一个制动压力调节器，在后桥主减速器上安装一个轮速传感器(也有在后轮上各安装一个)。5.汽车防抱死系统(ABS)的历史发展概况5.1国内汽车防抱死系统(ABS)的发展我国ABS的研究开始于80年代初。从事ABS研制工作的单位和企业很多,诸如东风汽车公司、重庆公路研究所、西安公路学院、清华大学、吉林大学、北京理工大学、上海汽车制动有限公司和山东重汽集团等。具有代表性的有以下几个[5]。华南理工交通学院汽车系以吴浩佳教授为代表从事汽车安全与电子技术及汽车结构设计计算的研究,在ABS技术方面有独到之处,能够建立制动压力函数,通过车轮地面制动力和整车动力学方程计算出汽车制动的平均减速度和车速;还可以通过轮缸等效压力吉林化工学院本科毕业设计文献综述-5-函数计算防抱死制动时的滑移率。另外,在滑移率和附着系数之间的关系、汽车整车技术条件和试验方法方面也有独到见解。济南程军电子科技公司以ABS专家程军为代表的济南程军电子科技公司对ABS控制算法研究颇深,著有《汽车防抱死制动系统的理论与实践》等专著几本,专门讲述ABS控制算法,是国内ABS开发人员的必备资料之一。重庆聚能公司产品包括汽车、摩托车系列JN111FB气制动电子式单通道、JN144FB气制动电子式四通道和JN244FB液压电子式四通道等类型ABS装置及其相关零部件30多个品种,其ABS产品已通过国家汽车质量监督检测中心和国家客车质量监督检测中心的认定,获得国家实用新技术专利,并正式被列为国家火炬项目计划。西安博华公司主要产品是适用于大中型客车和货车的气压四通道ABS和适用中型面包车的液压三通道ABS及其相关零部件。其中BH1203-FB型ABS和BH1101-FB型ABS已通过陕西省科委科技成果鉴定和陕西省机械工业局新产品鉴定,认为该项技术已达到国内领先水平。重庆公路研究所研制的适用于中型汽车的气制动FKX-ACI型ABS装置已通过国家级技术鉴定,但各种制动情况的适应性还有待提高。清华大学研制的适用于中型客车的气制动ABS由于资源价格和性能上的优势,陶瓷材料的应用将迅速扩展;金刚石和CBN超硬材料的应用将进一步扩大;新刀具材料的研制周期会越来越短,新品种新牌号的推出也将越来越快。人们所希望的既有高速钢、硬质合金的强度和韧性,又有超硬材料的硬度和耐磨性的新刀具材料也完全有可能出现。5.2国外汽车防抱死系统(ABS)的发展早在1928年制动防抱理论就被提出，在30年代机械式制动防抱系统就开始在火车和飞机上获得应用，博世（BOSCH）公司在1936年第一个获得了用电磁式车轮转速传感器获取车轮转速的制动防抱系统的专利权。1954年福特（FORD）公司将飞机的制动防抱系统移置在林肯（LINCOIN）轿车上。1957年凯尔塞（KELSEHAYES）公司对称为“AUTOMATIC”的制动防抱死刹车系统进行了试验研究，研究结果表明制动防抱系统确实可以在制动过程中防止汽车失去方向控制，并且能够缩短制动距离，如图3所示。在60年代后期和70年代初期，一些电子控制的制动防抱系统开始进入产品化阶段。1968年凯尔塞·海伊斯公司研制生产了称为“SURETRACK”两轮制动防抱系统。1971年别克（BUICK）公司研制了由电子控制装置自动中断发动机点火，以减小发动机输出转矩，防止驱动车轮发生滑转的驱动防抱转系统.瓦布科（WABCO）公司与奔驰（BENZ）公司合作，在1975年首次将制动防抱系统装备在气压制动的载贷汽车上。1980年后，电脑控制的ABS逐渐在欧洲、美国及亚洲日本的汽车上迅速扩大。到1993年，美国在轿车上安装ABS已达46%，现今吉林化工学院本科毕业设计文献综述-6-在世界各国生产的轿车中有近75%的轿车应用ABS，ABS防抱死刹车在日常生活中发挥着重要的作用[6]。图5-1ABS防抱死刹车系统6.汽车防抱死系统(ABS)存在的问题ABS系统本身也有局限性，它仍然摆脱不了一定的物理规律。在两种情况下，ABS系统不能提供最短的制动距离。一种是在平滑的干路上，由有经验的驾驶员直接进行制动。另一种情况是在松散的砾石路面、松土路面或积雪很深的路面上制动。另外，通常在干路面上，最新的ABS系统能将滑移率控制在5%—20%的范围内，但并不是所有的ABS都以相同的速率或相同的程度来进行制动。尽管四轮防抱制动系统能使汽车在尽可能短的距离内进行制动，但如果制动进行得太迟，使之在与障碍物碰撞前不能完全停下来，仍不能阻止事故的发生[7]。7.汽车防抱死系统(ABS)的未来趋势根据国内外一些研究动态和高档轿车的实际应用表明，ABS技术将向几个方面继续发展。（1）ABS和驱动防滑控制装置ASR一体化。ABS以防止车轮抱死为目的，ASR是防止车轮过分滑转；ABS是为了缓解制动，ASR是为了施加制动。（2）动态稳定控制系统VDC或电子稳定控制ESP。VDC主要在ABS/ASR基础上解决汽车转向行驶时的方向稳定性问题。ABS与电子全控式（或半控式）悬架、电子控吉林化工学院本科毕业设计文献综述-7-制四轮转向、电子控制液压转向、电子控制自动变速器等控制系统在功能、结构上有机地结合起来，保证汽车在各种恶劣情况下行驶时，都具有良好的动态稳定性。（3）ABS/ASR与自动巡航系统CCS集成。由于ABS/ASR和CCS都要用到相同的轮速采集系统、制动压力调节装置以及发动机输出力矩调节装置，因此ABS/ASR/CCS集成化系统，不仅可以大大降低成本，而且可以提高汽车的整体安全性能。（4）减小体积，降低重量。汽车的重量增加，对燃料经济性不利。另外，不论是大型车还是小型车，发动机的安装空间都是非常紧凑的，因此，也要求ABS控制器的体积尽可能的小一些。（5）更快的响应速度，更好的控制效果随着ABS与新一代制动系统的结合，如电子液压制动EHB、电子机械制动EMB、ABS有了更快的响应速度，更好的控制效果，而且更容易与其他电子系统集成。ABS将成为集成化汽车底盘系统中不可缺少的一个节点。（6）在ABS系统中嵌入电子制动力分配装置EBD构成ABS+EBD系统。EBD的功能就是在汽车ABS开始制动压力调节之前，高速计算出汽车四个轮胎与路面间的附着力大小，然后调节车轮与附着力的区配，进一步提高车辆制动时的方向稳定性，同时尽可能地缩短制动距离。（7）在ABS系统基础上扩展车速记录仪VSRVSR又称汽车黑匣子。该装置通过实时采集的四个车轮轮速信号，再现交通事故发生过程中汽车的实际运行