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汽车制动与ABS技术
湖南工业职业技术学院
毕业论文
题目汽车制动与ABS技术
专业工程机械运用与维护
年级2011级工程1106班
学生姓名学号
指导教师
日期
诚信声明
本人所呈交的毕业论文,是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,所有数据、图片资料均真实可靠。
除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。
对本论文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确的方式标明。
本毕业论文的知识产权归属于培养单位。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
本人签名:
日期:
汽车制动与ABS技术
(湖南工业职业技术学院2011级工程1106班)
摘要:
在汽车防抱死制动系统出现之前,汽车所用的都是开环制动系统。
其特点是制动器制动力矩的大小仅与驾驶员的操纵力、制动力的分配调节以及制动器的尺寸和型式有关。
由于没有车轮运动状态的反馈信号,无法测知制动过程中车轮的速度和抱死情况,汽车就不可能据此调节轮缸或气室制动压力的大小。
因此在紧急制动时,不可避免地出现车轮在地面上抱死拖滑的现象。
当车轮抱死时,地面的侧向附着性能很差,所能提供的侧向附着力很小,汽车在受到任何微小外力的作用下就会出现方向失稳问题,极易发生交通事故。
在潮湿路面或冰雪路面上制动时,这种方向失稳的现象会更加严重。
汽车防抱死制动系统(Anti-lock Braking System简称ABS)的出现从根本上解决了汽车在制过程中的车轮抱死问题。
它的基本功能就是通过传感器感知车轮每一瞬时的运动状态,并根据其运动状态相应地调节制动器制动力矩的大小以避免出现车轮的抱死现象,因而是一个闭环制动系统。
它是电子控制技术在汽车上最有成就的应用项目之一,汽车制动防抱死系统可使汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离,有效提高行车的安全性。
关键词:
ABS基本电路控制方式优点
Automobilebrake andABSTechnology
(Hunanpolytechniccollege,Engineeringclass1106)
Abstract:
Beforetheadventof antilockbrakingsystem, thevehicleisusedin open-loopbrakingsystem. Its characteristicsarethesizeofbraketorque controlforceonlywiththedriver, andthebrakingforcedistributionfromthe brakeonthesizeandtype. Duetothefeedbacksignal withoutthe motionstateofthewheel,unableto measurespeedand locking ofthewheelsduringbraking, thecarcannotbe adjustedaccordingto thewheelcylinder orbrakepressurechambersize. Therefore, inemergencybraking, thewheelsinevitably dragonthegroundslidinglocking phenomenon. Whenthewheellock, theground ofthelateralattachmentofpoorperformance, canprovidelateraladhesionisverysmall, in any small externalforce directionwillappear unstable, pronetotrafficaccidents. Inthewet pavementorsnowandicebraking, thephenomenonofinstabilityofthisdirection willbemoreserious. Automobileantilockbrakingsystem (Anti-lock Braking System referredtoas ABS) appearedtosolve the problems inthe process ofautomobile wheellockt infundamentally. Itsbasicfunction isperceivedbythesensor instantaneousstateofmotionofeachwheel, andaccordingly adjus braketorque accordingto themovementofthe size toavoidlockingthewheels, soitisa closed-loop brakingsystem. Itisoneof themostsuccessful electronic controltechnology inautomotiveapplications, automotiveantilockbraking systemallowsthecartomaintaindirectional stabilityandbrakingdistance whenbraking, improvetrafficsafety.
Keywords:
ABSThebasic circuitControlmodeAdvantage
目录
1前言5
2ABS的工作原理5
3电子控制电路7
3.1传感器结构型式与结构原理7
3.1.1转速传感器7
3.2.1光电式减速度传感器8
4ECU的基本电路组成:
9
4.1四大电路9
4.1.1轮速传感器的输入放大电路。
9
4.1.2运算电路。
9
4.1.3电磁阀控制电路。
9
4.1.4稳压电源、电源监控电路、故障反馈电路和继电器驱动电路。
9
4.2各电路的连接方式9
4.2.1轮速传感器的输入放大电路9
5ABS的两种控制方式10
5.1双参数控制10
5.2单参数控制10
6ABS四大优点11
6.1加强对车辆的控制11
6.2减少浮滑现象11
6.3有效缩短制动距离11
6.4减轻了轮胎的磨损12
7ABS使用中注意的问题12
8相关资料图12
9总结与展望14
9.1总结主要14
9.2未来展望14
致谢16
1前言
ABS(Anti-lockedBrakingSystem)防抱死制动系统,它是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统,现代汽车上大量安装防抱死制动系统,ABS既有普通制动系统的制动功能,又能防止车轮锁死,使汽车在制动状态下仍能转向,保证汽车的制动方向稳定性,防止产生侧滑和跑偏,是目前汽车上最先进、制动效果最佳的制动装置。
2ABS的工作原理
在常见的ABS系统中,每个车轮上各安装一个转速传感器,将有关各车轮转速信号输入电子控制装置。
电子控制装置根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测判定,并形成相应的控制指令。
制动压力调节装置主要由调压电磁阀、电动泵和储液器等组成一个独立的整体,通过制动管路与制动主缸和各制动轮缸相连。
制动压力调节装置受电子控制装置的控制,对各制动轮缸的制动压力进行调节。
ABS的工作过程可以分为常规制动,制动压力保持制动压力减小和制动压力增大等阶段。
在常规制动阶段,ABS并不介入制动压力控制,调压电磁阀总成中的各进液电磁阀均不通电而处于开启状态,各出液电磁阀均不通电而处于关闭状态,电动泵也不通电运转,制动主缸至各制动轮缸的制动管路均处于沟通状态,而各制动轮缸至储液器的制动管路均处于封闭状态,各制动轮缸的制力将随制动
主缸的输出压力而变化,此时的制动过程与常规制动系统的制动过程完全相同。
在制动过程中,电子控制装置根据车轮转速传感器输入的车轮转速信号判定有车轮趋于抱死时,ABS就进入防抱制动压力调节过程。
例如,电子控制装置判定右前轮趋于抱死时,电子控制装置就使控制右前轮制动压力的进液电磁阀通电,使右前进液电磁阀转入关闭状态,制动主缸输出的制动液不再进入右前制动轮缸,此时,右前出液电磁阀仍未通电而处于关闭状态,右前制动轮缸中的制动液也不会流出,右前制动轮缸的制动压力就保持一定,而其它未趋于抱死车轮的制动压力仍会随制动主缸输出压力的增大而增大;如果在右前制动轮缸的制动压力保持一定时,电子控制装置判定右前轮仍然趋于抱死,电子控制装置又使右前出液电磁阀也通电而转入开启状态,右前制动轮缸中的部分制动液就会经过处于开启状态的出液电磁阀流回储液器,使右前制动轮缸的制动压力迅速减小右前轮的抱死趋势将开始消除,随着右前制动轮缸制动压力的减小,右前轮会在汽车惯性力的作用下逐渐加速;当电子控制装置根据车轮转速传感器输入的信号判定右前轮的抱死趋势已经完全消除时,电子控制装置就使右前进液电磁阀和出液电磁阀都断电,使进液电磁阀转入开启状态,使出液电磁阀转入关闭状态,同时也使电动通电运转,向制动轮缸泵输送制动液,由制动主缸输出的制动液经电磁阀进入右前制动轮缸,使右前制动轮缸的制动压力迅速增大,右前轮又开抬减速转动。
ABS通过使趋于抱死车轮的制动压力循环往复而将趋于防抱车轮的滑动控制,在峰值附着系数滑动率的附近范围内,直至汽车速度减小至很低或者制动出压力不再使车轮趋于抱死时为止。
制动压力调节循环的频率可达3~20HZ。
在该ABS中对应于每个制动轮缸各有对进液和出液电磁阀,可由电子控制装置分别
进行控制,因此,各制动轮缸的制动压力能够被独立地调节,从而使四个车轮都不发生制动抱死现象。
3电子控制电路
3.1传感器结构型式与结构原理
3.1.1转速传感器
齿圈与轮速传感器是一组的,当齿圈转动时,轮速传感器感应交流信号,输出到ABS电脑,提供轮速信号。
轮速传感器通常安装在差速器、变速器输出轴、各车轮轮轴上。
轮速传感器在车轮上的安装位置。
轮速传感器是由传感头和齿圈等组成。
3.1.2横向加速度传感器
有一些ABS系统中装有横向加速度传感器,因里面主要开关触点组成,因而一般称为横向加速度开关。
外形如图1所示。
横向加速度低于限定值时,两触点都处于闭合状态,插头两端子通过开关内部构成回路,当汽车在高速急转弯过程中,横向加速度超过限定值时,开关中的一对触点在自身惯性力的作用下处于开启状态,插头两端子之间在开关内部形成断路,此信号输入ECU后可对制动防抱死控制指令进行修正,以便有效地调节左右车轮制动轮缸的液压,使ABS更有效地工作。
此装置在较高级的轿车和跑车上采用较多。
3.1.3减速度传感器
目前,在一些四轮驱动的汽车上,还装有汽车减速度传感器,又称G传感器。
其作用是在汽车制动时,获得汽车减速度信号。
因为汽车在高附着系数路面上制动时,汽车减速度大,在低附着系数路面上制动时,汽车减速度小,因而该信号送入ECU后,可以对路面进行区别,判断路面附着系数高低情况。
当判定汽车行驶在雪地、结冰路等易打滑的路面上时,采取相应控制措施,以提高制动性能。
3.2减速度传感器有光电式、水银式、差动式变压式等。
3.2.1光电式减速度传感器
汽车匀速行驶时,透光板静止不动。
当汽车减速度时,透光板则随着减速度的变化沿汽车的纵轴方向摆动。
减速度越大,透光板摆动位置越高,由于透光板的位置不同,允许发光二极管传送到光电晶体管的光线不同,使光电晶体管形成开和关两种状态。
两个发光二极管和两个光电晶体管组合作用,可将汽车的减速度区分为四个等级,此信号送入电子控制器就能感知路面附着系数情况。
3.2.2水银式减速度传感器
水银式减速度传感器的基本结构由玻璃管和水银组成。
在低附着系数路面时汽车减速度小,水银在玻璃管内基本不动,开关在玻璃管内处于接通(ON)状态。
在高附着系数路面上制动时,汽车减速度大,水银在玻璃管内由于惯性作用前移,使玻璃管内的电路开关断开(OFF),如图2所示,此信号送入ECU就能感知路面附着系数情况。
水银式汽车减速度传感器,不仅在前进方向起作用,在后退方向也能送出减速度信号。
3.2.3差动变压式减速度传感器
3.3电子控制模块(电脑)的结构
ABS系统电子控制部分可分为电子控制器(ECU)、ABS控制模块、ABS计算机等,以下简称ECU。
4ECU的基本电路组成:
4.1四大电路
4.1.1轮速传感器的输入放大电路。
4.1.2运算电路。
4.1.3电磁阀控制电路。
4.1.4稳压电源、电源监控电路、故障反馈电路和继电器驱动电路。
4.2各电路的连接方式
4.2.1轮速传感器的输入放大电路
安装在各车轮上的轮速传感器根据轮速输出交流信号,输入放大电路将交流信号放大成矩形波并整形后送往运算电路。
不同的ABS系统中轮速传感器的数量是不一样的。
每个车轮都装轮速传感器时,需要四个传感器,输入放大电路也就要求有四个。
当只在左右前轮和后轴差速器安装轮速传感器时,只需要三个传感器,输入放大电路也就成了三个。
但是,要把后轮的一个信号当作左、右后轮的两个信号送往运算电路。
4.2.2运算电路
运算电路主要进行车轮线速度、初始速度、滑移率、加减速度的运算,以及电磁阀的开启控制运算和监控运算。
初始速度、滑移率及加减速度运算电路把瞬间轮速加以积分,计算出初始速度,再把初始速度和瞬时线速度进行比较运算,则得出滑移率及加减速度。
电磁阀开启控制运算电路根据滑移率和加减速度控制信号,对电磁阀控制电路输出减压、保压或增压的信号。
4.2.3电磁阀控制电路
接受来自运算电路的减压、保压或增压信号,控制通往电磁阀的电流。
4.2.4稳压电源、电源监控电路、故障反馈电路和继电器驱动电路
在蓄电池供给ECU内部所有5V稳压电压的同时,上述电路监控着12V和5V电压是否在规定范围内,并对轮速传感器输入放大器、运算电路和电磁阀控制电路的故障信号进行监视,控制着电磁阀电动机和电磁阀。
出现故障信号时,关闭电磁阀,停止ABS工作,返回常规制动状态,同时仪表板上的ABS警报灯点亮,让驾驶员知道有故障情况发生。
5ABS的两种控制方式
5.1双参数控制
双参数控制的ABS,由车速传感器(测速雷达)、轮速传感器、控制装置(电脑)和执行机构组成。
其工作原理是车速传感器和轮速传感器,分别将车速和轮速信号输入电脑,由电脑计算出实际滑移率,并与理想滑移率15%一20%作比较,再通过电磁阀增减制动器的制动力。
δ=(Vt-Va)/Vt×100% 式中:
δ--滑移率;
Vt--汽车的理论速度;
Va--汽车的实际速度。
5.2单参数控制
它以控制车轮的角减速度为对象,控制车轮的制动力,实现防抱死制动,其结构主要由轮速传感器、控制器(电脑)及电磁阀组成。
为了准确无误地测量轮速,传感头与车轮齿圈间应留有1mm间隙。
为避免水、泥、灰尘对传感器的影响,安装前应将传感器加注黄油。
电磁阀用于车轮制动器的压力调节。
对于四通道制动系,一个车轮圈有一个电磁阀;三通道制动系统,每个前轮拥有一个,两个后轮共用一个。
电磁阀有三个液压孔,分别与制动主缸与车轮制动分缸相连,并能实现压力升高、压力保持、压力降低的调压功能。
6ABS四大优点
6.1加强对车辆的控制
装备有ABS的汽车,驾驶员在紧急制动过程中仍能保持着很大程度的操控性,可以及时调整方向,对前面的障碍或险情做出及时、必要的躲避。
而未配备ABS的车辆紧急制动时容易产生侧滑、甩尾等意外情况,使驾驶员失去对车辆的控制,增加危险性。
6.2减少浮滑现象
没有配备ABS的车辆在潮湿、光滑的道路上紧急制动,车轮抱死后会出现车辆在路面上保持惯性继续向前滑动的情况。
而ABS由于减少了车轮抱死的机会,因此也减少了制动过程中出现浮滑的机会。
6.3有效缩短制动距离
在紧急制动状态下,ABS能使车轮处于既滚动又拖动的状况,拖动的比例占20%左右,这时轮胎与地面的摩擦力最大,即所谓的最佳制动点或区域。
普通的制动系统无法做到这一点。
6.4减轻了轮胎的磨损
使用ABS消除了在紧急制动过程中抱死的车轮使轮胎遭受不能修复的损伤,即在轮胎表面形成平斑的可能性。
大家留心就会发现,
在道路上留下长长刹车痕迹的是未装备ABS的车辆,而装备了ABS的车辆,只下轻微的刹车痕迹,并且是一小段一小段的,明显减少了轮胎和地面的磨损程度。
7ABS使用中注意的问题
更换制动器或更换液净制动管路中的空气,以免影响制动系统正常工作。
装有ABS的汽车,每年应更换一次制动液。
否则,制动液吸湿性很强含水后不仅会降低沸点,产生腐蚀,而且还会造成制动效能衰退。
检查ABS防抱死制动系统前应先拔去电源。
8相关资料图
9总结与展望
9.1总结主要
通过这次写论文让我了解了更多ABS系统的知识,特别是电子控制部分这一块。
ABS系统就是要充分利用轮胎和地面的附着系数,使各个制动器产生尽可能大的制动力而又不会抱死,提高汽车制动能力,改善了操纵性和稳定性。
在写论文时,我也查阅了许多的ABS相关的知识,它其实跟ASR(汽车防滑电子控制系统)有着同样的作用和原理,很多都是相关连的。
通过查阅书籍,使我的视野更加的开阔了,也给即将毕业的我增加了一部分新的知识。
9.2未来展望
根据国内外的一些研究动态和高档轿车的实际应用表明,ABS技术将沿着以下几个方面继续发展:
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。
由于二者技术上经较接近,且都能在低附着路面上充分体现它们的作用,所以将二者有机地结合起来。
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。
ABS/ASR与自动巡航系统(ACC)集成。
自动巡航控制系统(ACC)的目的是在巡航行驶时自动把车速限制在一个设定的速度,并且能够根据前方车辆的行驶善,自动施加制动或加速使其保持在一定的安全距离内行驶。
在遇到障碍物时,可以自动施加制动,把车速调整到安全范围内。
由于ABS/ASR和ACC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/ACC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。
减小体积,降低重量。
为了提高汽车的安全性能,增加了一些装置,汽车的重量了随之增加,对燃料经济性不利。
所以新增设的各种装置必须在保证安全性的前提下,尽量地减少重量。
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。
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。
在ABS系统中嵌入电子制动力分配装置(EBD)构成了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。
在ABS系统的基础上扩展成车速记录仪(VSR),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轨迹以及驾驶员对车辆的操作情况,便于公安交通管理部门能准确判断事故的责任。
致谢
本文的研究工作是在我的导师的精心指导和悉心关怀下完成的,在我的学业和论文的指导方面导师给了我莫大的帮助。
在此,向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意!
衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授!
参考文献
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机械工业出版社,2007
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