汽车防抱死系统40000.docx
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1、1.汽车防抱死制动系统概述 1.1 防抱死制动系统的产生 当汽车以较高的车速在表面潮湿或有冰雪的路面上紧急制动时,很可能会出现这样一些危险的情况:车尾在制动的过程中偏离行进的方向,严重的时候会出现汽车旋转掉头,汽车失去方向稳定性,这种现象称为侧滑;另一种情况是在制动过程中驾驶员控制不了汽车的行驶方向,即汽车失去方向可操纵性,若在弯道制动,汽车会沿路边滑出或闯入对面车道,即便是直线制动,也会因为失去对方向的控制而无法避让对面的障碍物。产生这些危险状况的原因在于汽车的车轮在制动过程中产生抱死现象,此时,车轮相对于路面的运动不再是滚动,而是滑动,路面作用在轮胎上的侧滑摩擦力和纵向制动力变得很小,路面
2、越滑,车轮越容易出现抱死现象;同时汽车制动的初速度越高,车轮抱死所产生的危险性也越大。这将导致汽车可能会出现下面三种情况: 1) 制动距离变变长 2) 方向稳定性性变差,出现现侧滑现象,严严重时出现旋旋转掉头 3) 方向操纵性性丧失,驾驶驶员不能控制制汽车的行驶驶方向 防抱死制动系统统ABS(Anti-lock Brakiing Syystem) 是一种主动安全装置,它在制动过程中根据 “车辆一路面”状况,采用电子控制方式自动调节车轮的制动力矩来达到防止车轮抱死的目的。即在汽车制动时使车轮的纵向处于附着系数的峰值,同时使其侧向也保持着较高的附着系数,防止车轮抱死滑拖,提高制动过程中的方向稳定性
3、、转向控制能力和缩短制动距离,使制动更为安全有效。随着汽车行驶速速度的提高、道道路行车密度度的增大、以以及人们对汽汽车行驶安全全性的要求越越来越高,汽汽车行驶的安安全性当然是是最应受到关关注的问题。 影响汽车安安全性的因素素很多,诸如如汽车的制动动性、操纵性性、行驶的稳稳定性、 抵抵御外界影响响(碰撞、 擦挂等)的能能力等都影响响汽车的安全全性。统计资资料显示,在在道路交通事事故中,大约约10%的事故故是由于车辆辆在制动瞬间间偏离预定轨轨道或甩尾造造成的.因此完善制制动性能是减减少交通事故故的重要措施施。 汽车行驶时能在在短距离内停停车且维持行行驶方向稳定定性和在下长长坡时能维持持一定车速的的
4、能力称为汽汽车的制动性性。汽车的制制动性还应包包括汽车能在在一定坡度的的坡道上长时时间停车不动动的性能。 汽车的制动性主主要由下列三三个方面来评评价: ) 制动效能能 在一定车速行驶驶时,采取制制动措施后能能使车停下的距离离称为制动效效能。距离越越短,越有利利于避免交通通事故的发生生。它是制动性性最基本的评评价指标。 ) 制动时汽汽车的方向稳稳定性它是汽车制动时时,维持原有有的行驶方向向,不发生跑跑偏,侧滑的的性能。汽车车制动过程中中,不能失去方向向稳定性和转转向控制能力力 。 ) 制动效能能的恒定性汽车在连续多次次制动或涉水水后仍具备必必要的制动功功能的能力,即即抗衰退性。抗抗衰退性是指指汽
5、车在繁重重工作条件下下制动时(如如下长坡时长长时间连续制制动),制动动器温度升高高后,其制动动效能的保持持程度。它是是设计制动器器及选材中必必须认真考虑虑的一个重要要问题。 以上三项指标中中,前两项指指标采用 AABS装置后后,其性能都都会有明显的的改善和提高高,对避免交交通事故的发发生能起到很很好的作用,因因此 ABSS是汽车上十十分重要的主主动安全装置置。 ABS与常规制制动系统相比比,有以下优优点:1)改善制动效效能。这是因为在在同样紧急制制动情况下,AABS系统可可以将滑移率率控制在200%左右,充充分利用纵向向峰值附着系系数和较大的的侧向附着系系数,使车轮轮和地面间产产生最大的地地面
6、制动力,缩缩短了制动距距离。 2) 改善汽汽车制动时的的方向稳定性性。汽车制动动时,四个轮轮子的制动力力是不一样的的。 如果汽汽车的前轮抱抱死滑拖,驾驾驶员就无法法控制汽车的的行驶方向,汽汽车就失去了了转向操纵能能力,只能按按惯性力的方方向运行,无无法避开行人人和障碍物:若后轮先抱抱死,则会出出现侧滑、甩甩尾,甚至使使汽车整个调调头等严重事事故。 3)改善汽车制制动时的横向向稳定性。如果车轮抱抱死,横向附附着系数(也也称侧向附着着系数)就非非常小,汽车车极易侧滑。ABS把滑移率控制在8%25%之间,横向附着系数较大,有足够的抵抗横向干扰的能力。 4) 改善车轮轮的磨损状况况。汽车车轮轮抱死滑拖
7、会会造成轮胎局局部杯型磨损损,轮胎面磨磨损也会不均均匀,使轮胎胎磨损消耗增增加。经测定定,汽车在紧紧急制动时,车车轮抱死所造造成的轮胎累累加磨损费,己超过一套防抱死制动系统的造价,缩短轮胎的使用寿命,ABS系统可以防止这种情况出现。 5)减轻驾驶员员的劳动强度度,减少驾驶驶员紧张情绪绪,提高了乘乘客的乘坐舒舒适性和安全全性。 6)使用方便,工工作可靠,维维修简便。制制动时只要把把脚踏在制动动踏板上,AABS系统就就会根据情况况自动进入工工作状态,如如遇雨雪路滑滑,驾驶员也也没有必要用用一连串的点点刹车方式进进行制动,AABS系统会会使制动状态态保持在最佳佳点。如果发发现系统有故故障,就会自自动
8、恢复为常常规制动状态态。 1.2 防抱死死制动系统的的发展历史 ABS发展至今今,其发展史史大致可划分分为三个阶段段。20世纪30年年代至50年代,这这一时期是 ABS诞生生和初步发展展的时期。 制动防抱死死系统最初不不是用在汽车车上,而是首首先用在铁路路机车上,以以防止火车车车轮制动抱死死后在钢轨上上滑行使制动动距离延长,同同时造成局部部摩擦,致使使车轮、钢轨轨早期损坏和和车轮不能平平稳旋转而产产生噪声和振振动。随后又又应用于飞机机上,以防止止飞机着陆后后制动跑偏、 甩尾和轮胎胎剧烈磨损,缩缩短滑行距离离。在30年代机械械式防抱死制制动系统就开开始在飞机上上获得应用。由由于飞机对制制动时的方
9、向向稳定性要求求高,而 AABS的价格格占飞机总价价格比例较小小,机场的场场面条件简单单,尾部机轮轮可以精确测测量机速,从从而可获得正正确的滑移率率,实现精确确控制等一系系列有利条件件,使 ABBS在飞机上上的应用取得得成功,普及及率很快上升升,并很快成成为飞机上的的标准装备。 汽车上上使用 ABBS始于200世纪50年代,福福特汽车公司司首先将它装装配在汽车上上,这开创了了汽车使用 ABS的先先河。19669年,林肯肯大陆牌IIII型汽车安安装了由凯。海斯研制成功的的奥托一林纳纳防抱死装置置。装在后轮轮上的传感器器能发送讯号号到杂物箱后后面的计算机机,当传感器器向计算机发发出制动器将将要抱死
10、讯号号时,计算机便控控制制动管路路上的真空操操纵阀,以降降低后制动器器的油压。 装用用 ABS的的轿车在光滑滑路面制动时时确实提高了了其稳定性,但但在不好路面面上制动,其其制动距离较较一般制动系系的汽车长,加加上ABS的体积积、质量大,价价格高,销路很有限限。 制动厂厂家终于在770代中期停停止了ABSS汽车的生产产。由于科学学技术的发展展,欧洲随后后研制成由数数字计算机组组成的较为现现代型的 AABS。数字计算机机不易受干扰扰,速度快,可可以把降低增增加制动液压压循环的次数数增加到每秒秒十余次。其其速度完全可可以与数字计计算机处理数数据的速度相相匹配。这种种较为现代的的ABS体积积小、质量轻
11、轻、动作更快快、更准确。 波许公司在 220世纪 60年代初就就开始ABSS的开发工作作,于 19978年正式式生产出ABBS型汽车车防抱死制动动系统,以后后相继开发出出将汽车防抱抱死制动系统统与驱动力自自动调节装置置有机结合的的ABSAASR系统。该该公司于 11975年研研制出部分集集成模拟信号号处理的第一一代 ABSS产品,以后又相继继研制出全数数字化和高度度集成化的AABS产品,并并将微机控制制用于制动系系统中。德国国的坦威斯公公司 (TEEVES)于于1984 年首次推出了了整体式 AABS 坦坦威斯MK111 ,该系系统将防抱死死制动压力调调节装置与制制动主缸和液液压制动助力力器组
12、合为一一个整体,而而在该系统出出现以前,所所有的ABSS都是将制动动压力调节装装置作为一个个单独的整体体,附加在常常规的制动系系统中,即采采用的都是分分离式结构。 20世纪纪30-500年代,西方方国家研制出出纯机械式的的ABS并少少量装备于汽汽车。到了660年代,模模拟电子技术术在 ABSS上开始使用用,但因成本本太高,可靠靠性也不稳定定,未能在汽汽车上广泛使使用。70年代后期期出现了数字字式电子控制制的ABS,从从而揭开了现现代ABS大大发展的序幕幕。通过数字字化和集成化化,使ABSS的组件数目目大大减少,降降低了成本,提提高了可靠性性,欧、美、日日的汽车公司司逐步在汽车车上装备了AABS
13、。进入入70年代后,随随着电子技术术的进步,数数字电子技术术、大规模集集成电路的发发展和微机的的运用,电子子控制式ABBS日趋成熟熟,成本不断断降低,并且且体积小、质质量轻、控制制精度高,其其安全效能十十分显著,普普遍受到人们们的欢迎和认认可,为其迅迅速普及创造造了条件。220世纪80年代ABBS向着提高高效能成本比比的方向发展展,是汽车ABBS研制生产产应用迅速发发展的阶段,加加之法规的推推动作用,AABS已成为为汽车上标准准装备或选择择装备。 1.3 防抱抱死制动系统统的发展趋势势 1) ABS本本身控制技术术的提高。 现代制动动防抱死装置置多是电子计计算机控制,这这也反映了现现代汽车制动
14、动系向电子化化方向发展。 基于滑移率率的控制算法法容易实现连连续控制,且且有十分明确确的理论加以以指导,但目目前制约其发发展的瓶颈主主要是实现的的成本问题。 随着体积更更小、价格更更便宜、可靠靠性更高的车车速传感器的的出现,ABBS 系统中中增加车速传传感器成为可可能,确定车车轮滑移率将将变得准确而而快速。 全电制动控制系系统BBW(Brakee-By-WWire)是是未来制动控控制系统的发发展方向之一一。它不同于于传统的制动动系统,其传传递的是电,而而不是液压油油或压缩空气气,可以省略略许多管路和和传感器,缩缩短制动反应应时间,维护护简单,易于于改进,为未来的车车辆智能控制制提供条件。但但是
15、,它还有有不少问题需需要解决,如如驱动能源问问题,控制系系统失效处理理,抗干扰处处理等。目前前电制动系统统首先用在混混合动力制动动系统车辆上上,采用液压制制动和电制动动两种制动系系统。 2) 防滑控制制系统 防滑滑控制系统AASR(Acccelerrationn Slipp Reguulatioon)或称为为牵引力控制制系统TCSS(Tracction Contrro Sysstem)是是驱动时防止止车轮打滑,使使车轮获得最最大限度的驱驱动力,并具具有行驶稳定定性,减少轮轮胎磨损和发发动机的功耗耗,增加有效效的驱动牵引引力。防滑控控制系统包括括两部分:制制动防滑与发发动机牵引力力控制。制动动部
16、分是当驱驱动轮(后轮轮)在低附着着系数路面工工作时,由于于驱动力过大大,则产生打打滑,当ASSR制动部分分工作时,通通过传感器将将非驱动轮及及驱动轮的轮轮速信号采集集到控制器中中,控制器根根据轮速信号号计算出驱动动车轮滑移率率及车轮减、加加速度,当滑滑移率或减、加加速度超过某某一设定阀值值时,则控制制器打开开关关阀,气压由由储气筒直接接进入制动气气室进行制动动,由于三通通单向阀的作作用气压只能能进入打滑驱驱动轮的制动动气室,在低低附着系数路路面上制动时时,轮速对压压力十分敏感感,压力稍稍过过大,车轮就就会抱死。为为此利用ABBS电磁阀对对制动压力进进行精细的调调节,即用小小步长增压或或减压,以
17、达达到最佳的车车轮滑移的效效果既可以得得到最大驱动动力,也可保保持行驶的稳稳定性。 3) 电子控制制制动系统 由于于ASS在功能能方面存在许许多缺陷,如气压系统统的滞后,主主车与接车制制动相容性问问题等。为改改善这些,出现了电子子制动控制系系统EBS(Electtroniccs Brreak SSystemm)它是将气气压传动改为为电线传动,缩缩短了制动响响应时间。最最重要的特点点是各个车轮轮上制动力可可以独立控制制。 控制强强度则由司机机踏板位移信信号的大小来来决定,由压压力调节阀、气气压传感器及及控制器构成成闭环的连续续压力控制,这这样可以在外外环形成一个个控制回路,来来实现各种控控制功能
18、,如如制动力分布布控制、减速速控制、牵引引车与挂车处处祸合力控制制等。 4) 车辆动力力学控制系统统 车辆辆动力学控制制系统VDCC(Vehiicle DDynamiics Coontroll)是在ABBS的基础上上通过测量方方向盘转角、横横摆角速度和和侧向加速度度对车辆的运运动状态进行行控制。VDDC系统根据据转向角、油油门、制动压压力,通过观观测器决定出出车辆应具有有的名义运动动状态。同时时由轮速、横横摆角速度和和侧向加速度度传感器测出出车辆的实际际运动状态。名名义状态与实实际状态的差差值即为控制制的状态变量量,控制的目目的就是使这这种差值达到到最小,实现现的方法则是是利用车轮滑滑移率特性
19、。车车辆动力学控控制系统目的的是改善车辆辆操纵的稳定定性,它可以以在车辆运动动状态处于危危险状态下自自动进行控制制。其主要作作用就是通过过控制车辆的的横向运动状状态,使车辆辆处于稳定的的运动状态,使使人能够更容容易地操纵车车辆。 5) 控制系统统总线技术 随着汽车技技术科技含量量的不断增加加,必然造成成庞大的布线线系统。因此此,需要采用用总线结构将将各个系统联联系起来,实实现数据和资资源信息实时时共享,并可可以减少传感感器数量,从从而降低整车车成本,朝着着系统集成化化的方向发展展。 目前多多使用 CAAN控制器局局域网络 (CControoller Area Netwoork)用于于汽车内部测
20、测量与执行部部件之间的数数据通信协议议。 1.4 国内防防抱死制动系系统的研究和和应用概况 我国ABS的研研究始于200世纪80年代初,现刚刚刚进入产品品试制和装车车试验阶段。 随着我国市市场经济的不不断发展及汽汽车保有量和和车速的不断断提高,行车车安全问题变变得越来越突突出。ABSS系统的研究究在我国成为为热门课题,许许多高校、科科研单位和生生产厂家正在在加快研究攻攻关和技术引引进步伐。国国内研制ABBS的单位主主要有东风汽汽车公司、交交通部重庆公公路研究所、重重庆宏安ABBS有限公司司、陕西兴平平514厂、西西安公路学院院、清华大学学、西安艾韦韦机电科技公公司等单位和和部门。 东东风公司从
21、880年代初就就开始研究AABS,是较较早研究ABBS的厂家之之一,现研究究工作的主要要目标是对国国外的产品进进行消化吸收收。 重庆公公路研究所相相继开发出了了两代 ABBS产品,第第一代 ABBS的ECUU采用了800芯片。 第第二代ABSS产品为 FFKX-ACCI型,该装装置的ECUU中的CPU微处理理器采用了美美国工NTEEL公司的MCSS96系列80988单片机。我我国目前己着着手制定有关关车辆安全性性方面的法规规,并决定首首先在重型汽汽车和大客车车上安装ABBS系统。 从 19998年起,国国产的奥迪、桑桑塔纳和富康康等轿车,己己普遍装上了了ABS 2.防抱死制动动系统基本原原理
22、ABS系统统能够通过控控制制动过程程中车轮的运运动状态,使使车轮不产生生抱死,保证证汽车制动时时处于最佳的的制动状态,即即保持方向稳稳定性、方向向操纵性和缩缩短制动距离离。所以,要要对ABS系统进进行研究,就就必须先了解解汽车制动时时的制动特性性。2.1 制动时时汽车的运动动 2.1.1 制制动时汽车受受力分析 汽车在制动动的过程中主主要受到地面面给汽车的作作用力、风的的阻力和自身身重力的作用用。 地面对汽车车的作用力又又分为: 作用在车轮轮上垂直于地地面的支承力力和作用在车车轮上平行于于地面的力。汽汽车在直线行行驶并受横向向外界干扰力力作用和汽车车转弯时所受受到地面给汽汽车的力如图图2-1所
23、示。其其中 :为地面面作用在每个个车轮上的地地面制动力,他他的大小决定定于路面的纵纵向附着系数数和车轮所受受的载荷。 所有车轮上上所受地面制制动力的总和和作为地面给给汽车的总的的地面制动力力,它是使汽车在在制动时减速速并停止的主主要作用力。 为地面作用用在每个车轮轮上的侧滑摩摩擦力,侧滑滑摩擦力的大大小取决于侧侧向附着系数数和车轮所受受的载荷,当当车轮抱死时时,侧滑摩擦力力将变得很小小,几乎为零零。汽车直线线制动时,若若受到横向干干扰力的作用用,如横向风风力或路面不不平,汽车将将产生侧滑摩摩擦力来保持持汽车的直线线行驶方向,如如图2-1(a) 所示。 若汽车在转转弯时制动或或在制动时转转弯,也
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