别克赛欧ABS工作原理与检修设计Word下载.docx
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来越高的要求。
众所周知,汽车是陆地行驶车辆中机动性极强的交通工具,它既
可行驶在高附着系数的干燥路面上,也可行驶于雨、雪气候条件下的湿滑路面上。
当驾驶汽车在潮湿的路面上或是有积雪的道路上,或为了躲避障碍,或为了防止
追尾、碰撞而作紧急制动时,车辆尾部会翘起,严重时车辆会打转。
在积雪的路
面上由于出现行驶轨迹,以及部分路面从积雪中露出,这时如果车辆的左右车轮
中的一个在无雪的道路上,而另一个在有雪的路面上行驶时,就极有可能发生车
辆打转的现象。
如果在这样的条件下进行紧急制动,就很难掌握方向盘,有可能
闯入其它车道,或无法躲避道路上的障碍物,或滑移出路面,呈现不稳定的失控
状态。
防抱死刹车系统(Anti-LockBrakingSystem,简称ABS)就是为了防止这种
危险状况而开发的装置。
它是基于汽车轮胎与路面之间的附着特性而开发的高技
术制动系统,它从防止制动过程中车辆“抱死”的要求出发(此处所谓“抱死”
是指制动时车轮已停止转动,而车辆因为惯性使车轮仍在路面上滑移这一现象),
防止紧急制动过程中出现前述不稳定的工况,从而达到提高汽车行驶稳定性和方
向操纵性为目的的主动安全性装置。
汽车防抱死制动系统是汽车在任何路面上进行较大制动力刹车时,防止车轮
完全抱死的系统,是具有良好制动效果的刹车装置。
这种系统利用电子电路自动
控制车轮制动力,可以充分发挥制动器的效能,提高制动减速度和缩短制动距离,
并能有效地提高车辆制动的稳定性,防止车辆侧滑和甩尾,减少车祸,因此被认
为是当前提高汽车行驶安全性的有效措施之一,目前在国外高级轿车和客车上已
广泛使用。
现在ABS技术已日趋完善,其制造成本不断降低,普及率不断提高。
据统计1995年美国、德国、日本在轿车上装备ABS的比率分别达到50%,50%,45%a
目前,通用、奔驰、宝马和保时捷等公司生产的轿车上已100%装备了ABS。
许多国家己经立法将ABS装置作为某类型汽车的必须装备,如1987年欧共体颁布法规规定:
成员国汽车厂凡申请新车型许可证时该车型必须装备ABS,并自1991年起重型车必须装备ABS,禁止未装备ABS的车辆进口。
目前估计全球己有90%以上的车辆装备了ABS。
我国对ABS的研究始于上世纪80年代初,并逐步制定了一些刹车和安全性方面的法规。
国家已将车辆装备ABS系统作为强制性要求在“十五”期间推广,1999年10月1日实施的国家标准GB12676-1999明确规定:
2003年重量在12吨以上的客车、重量在16吨以上的重型汽车,以及重量在10吨以上的04类挂车必须安装ABS。
但是,由于我国ABS的研发工作起步较晚,技术水平与先进国家相比还有较大的差距,实际上还处于研制、试验阶段,远未能达到大批量生产的阶段,不少汽车所用的ABS仍然采用进口产品,这一现状亚待改进。
1.2ABS系统的优点及种类
以提高汽车行驶性能为目的的各种ABS装置,其原理是充分利用轮胎和地面的附着系数,主要采用控制制动液压的方法,给各车轮施加适当的制动力。
它具有以下优点:
1.ABS系统的第一个优点是能缩短汽车在恶劣路面上的制动距离。
这是因为在同样紧急制动情况下,ABS系统可以将滑移率控制在最佳点附近,即可获得较大的纵向制动力的结果。
2.ABS系统的第二个优点是增加了汽车制动时的稳定性。
汽车在制动时,四个轮子的制动力可能是不一样的,如果汽车的前轮抱死,驾驶员就无法控制汽车的行驶方向,这是非常危险的;
倘若汽车的后轮先抱死,则会出现侧滑、甩尾,甚至使汽车整个调头等严重事故。
ABS系统可以防止四个轮子制动时被完全抱死,提高了汽车行驶的稳定性。
资料表明,装有ABS系统的车辆,可使因车轮侧滑引起的事故比例下降8%左右。
3.ABS系统的第三个优点是改善了车轮的磨损状况。
事实上,车轮抱死会造成轮胎杯型磨损,轮胎面磨损也会不均匀,使轮胎磨损消耗增加。
经测定,汽车在紧急制动时,车轮抱死所造成的轮胎累加磨损费,己超过一套防抱死制动系统的造价。
因此,装用ABS系统具有一定的经济效益。
4.ABS系统的最后一个优点是使用方便,工作可靠。
ABS系统的使用与普通制动系统的使用几乎没有区别。
如遇雨、雪路面,制动时只要把脚踏在制动踏板上,ABS系统就会根据情况自动进入工作状态,驾驶员也没有必要用一连串的点刹车方式进行制动,ABS系统会使制动状态保持在最佳点附近。
ABS系统从目前看可以分为以下几种:
博世(Bosch)ABS系统、坦孚(Teves)ABS系统、达科(Delco)ABS系统和本迪克斯(Bendix)ABS系统。
这四种系统都是目前广泛应用的系统,而且还在不断的发展、更新和换代。
如果说还有其它种类的ABS系统,基本上也是上述四种系统中某一种的变型。
德国博世公司早在上世纪70年代末就将自己研究生产的ABS系统应用在梅塞德斯·
奔驰系列车上;
80年代末、90年代初广泛应用于通用公司生产的各种车型上。
尽管不同公司生产的ABS系统的类型不同,但它们都有相同的基本组成和基本工作原理,它们的重要区别是电子控制模块(电脑)及控制线路不同。
第二章ABS系统简介
“ABS”(Anti-lockedBrakingSystem)中文译为“防抱死刹车系统”。
它是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统。
ABS是常规刹车装置基础上的改进型技术,可分机械式和电子式两种。
它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。
图2-1ABS系统模型示意图
图2-2ABS系统原理框图
2.1ABS发展历程
ABS系统的发展可以追溯到上世纪初期,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。
进入50年代,汽车制动防抱系统开始受到较为广泛的关注。
福特(FORD)公司曾于1954年将飞机的制动防抱系统移置在林肯(LINCOIN)轿车上,凯尔塞·
海伊斯(KELSEHAYES)公司在1957年对称为“AUTOMATIC”的制动防抱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;
克莱斯勒(CHRYSLER)公司在这一时期也对称为“SKIDCONTROL”的制动防抱系统进行了试验研究。
由于这一时期的各种制动防抱系统采用的都是机械式车轮转速传感器的机械式制动压力调节装置,因此,获取的车轮转速信号不够精确,制动压力调节的适时性和精确性也难于保证,控制效果并不理想。
随着电子技术的发展,电子控制制动防抱系统的发展成为可能。
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。
凯尔塞·
海伊斯公司在1968年研制生产了称为“SURETRACK”两轮制动防抱系统,该系统由电子控制装置根据电磁式转速传感器输入的后轮转速信号,对制动过程中后轮的运动状态进行判定,通过控制由真空驱动的制动压力调节装置对后制动轮缸的制动压力进行调节,并在1969年被福特公司装备在雷鸟(THUNDERBIRD)和大陆·
马克III(CONTINENTALMKIII)轿车上。
克莱斯勒公司与本迪克斯(BENDIX)公司合作研制的称为“SURE-TRACK”的能防止4个车轮被制动抱死的系统,在1971年开始装备帝国(IMPERIAL)轿车,其结构原理与凯尔塞·
海伊斯的“SURE-TRACK”基本相同,两者不同之处,只是在于两个还是四个车轮有防抱制动。
博世公司和泰威士(TEVES)公司在这一时期也都研制了各自第一代电子控制制动防抱系统,这两种制动防抱系统都是由电子控制装置对设置在制动管路中的电磁阀进行控制,直接对各制动轮以电子控制压力进行调节。
别克(BUICK)公司在1971年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货汽车上。
第一台防抱死制动系统ABS(Anti-lockBrakeSystem),在1950年问世,首先被应用在航空领域的飞机上,1968年开始研究在汽车上应用。
70年代,由于欧美七国生产的新型轿车的前轮或前后轮开始采用盘式制动器,促使了ABS在汽车上的应用。
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。
到目前为止,一些中高级豪华轿车,如西德的奔驰、宝马、雅迪、保时捷、欧宝等系列,英国的劳斯来斯、捷达、路华、宾利等系列,意大利的法拉利、的爱快、领先、快意等系列,法国的波尔舍系列,美国福特的TX3、30X、红彗星及克莱斯勒的帝王、纽约豪客、男爵、道奇、顺风等系列,日本的思域,凌志、豪华本田、奔跃、俊朗、淑女300Z等系列,均采用了先进的ABS。
到1993年,美国在轿车上安装ABS已达46%,现今在世界各国生产的轿车中有近75%的轿车应用ABS。
现今全世界已有本迪克斯、波许、摩根.戴维斯、海斯.凯尔西、苏麦汤姆、本田、日本无限等许多公司生产ABS,它们中又有整体和非整体之分。
预计随着轿车的迅速发展,将会有更多的厂家生产。
这一时期的各种ABS系统都是采用模拟式电子控制装置,由于模拟式电子控制装置存在着反应速慢、控制精度低、易受干扰等缺陷,致使各种ABS系统均末达到预期的控制效果,所以,这些防抱控制系统很快就不再被采用了。
进入70年代后期,数字式电子技术和大规模集成电路的迅速发展,为ABS系统向实用化发展奠定了技术基础。
博世公司在1978年首先推出了采用数字式电子控制装置的制动防泡系统--博世ABS2,并且装置在奔驰轿车上,由此揭开了现代ABS系统发展的序幕。
尽管博世ABS2的电子控制装置仍然是由分离元件组成的控制装置,但由于数字式电子控制装置与模拟式电子控制装置相比,其反应速度、控制精度和可靠性都显著提高,因此,博世ABS2的控制效果己相当理想。
从此之后,欧、美、日的许多制动器专业公司和汽车公司相继研制了形式多详的ABS系统。
“自动防抱死刹车”的原理并不难懂,在遭遇紧急情况时,未安装ABS系统的车辆来不及分段缓刹只能立刻踩死。
由于车辆冲刺惯性,瞬间可能发生侧滑、行驶轨迹偏移与车身方向不受控制等危险状况!
而装有ABS系统的车辆在车轮即将达到抱死临界点时,刹车在一秒内可作用60至120次,相当于不停地刹车、放松,即相似于机械自动化的“点刹”动作。
此举可避免紧急刹车时方向失控与车轮侧滑,同时加大轮胎摩擦力,使刹车效率达到90%以上。
从微观上分析,在轮胎从滚动变为滑动的临界点时轮胎与地面的摩擦力达到最大。
在汽车起步时可充分发挥引擎动力输出(缩短加速时间),如果在刹车时则减速效果最大(刹车距离最短)。
ABS系统内控制器利用液压装置控制刹车压力在轮胎发生滑动的临界点反复摆动,使在刹车盘不断重复接触、离开的过程而保持轮胎抓地力最接近最大理论值,达到最佳刹车效果。
ABS的运作原理看来简单,但从无到有的过程却经历过不少挫折(中间缺乏关键技术)!
1908年英国工程师J.E.Francis提出了“铁路车辆车轮抱死滑动控制器”理论,但却无法将它实用化。
接下来的30年中,包括KarlWessel的“刹车力控制器”、WernerM&
ouml;
hl的“液压刹车安全装置”与RichardTrappe的“车轮抱死防止器”等尝试都宣告失败。
在1941年出版的《汽车科技手册》中写到:
“到现在为止,任何通过机械装置防止车轮抱死危险的尝试皆尚未成功,当这项装置成功的那一天,即是交通安全史上的一个重要里程碑”,可惜该书的作者恐怕没想到这一天竟还要再等30年之久。
当时开发刹车防抱死装置的技术瓶颈是什么?
首先该装置需要一套系统实时监测轮胎速度变化量并立即通过液压系统调整刹车压力大小,在那个没有集成电路与计算机的年代,没有任何机械装置能够达成如此敏捷的反应!
等到ABS系统的诞生露出一线曙光时,已经是半导体技术有了初步规模的1960年代早期。
精于汽车电子系统的德国公司Bosch(博世)研发ABS系统的起源要追溯到1936年,当年Bosch申请“机动车辆防止刹车抱死装置”的专利。
1964年(也是集成电路诞生的一年)Bosch公司再度开始ABS的研发计划,最后有了“通过电子装置控制来防止车轮抱死是可行的”结论,这是ABS(AntilockBrakingSystem)名词在历史上第一次出现!
世界上第一具ABS原型机于1966年出现,向世人证明“缩短刹车距离”并非不可能完成的任务。
因为投入的资金过于庞大,ABS初期的应用仅限于铁路车辆或航空器。
TeldixGmbH公司从1970年和奔驰车厂合作开发出第一具用于道路车辆的原型机——ABS1,该系统已具备量产基础,但可靠性不足,而且控制单元内的组件超过1000个,不但成本过高也很容易发生故障。
1973年Bosch公司购得50%的TeldixGmbH公司股权及ABS领域的研发成果,1975年AEG、Teldix与Bosch达成协议,将ABS系统的开发计划完全委托Bosch公司整合执行。
“ABS2”在3年的努力后诞生!
有别于ABS1采用模拟式电子组件,ABS2系统完全以数字式组件进行设计,不但控制单元内组件数目从1000个锐减到140个,而且有造价降低、可靠性大幅提升与运算速度明显加快的三大优势。
两家德国车厂奔驰与宝马于1978年底决定将ABS2这项高科技系统装置在S级及7系列车款上。
在诞生的前3年中,ABS系统都苦于成本过于高昂而无法开拓市场。
从1978到1980年底,Bosch公司总共才售出24000套ABS系统。
所幸第二年即成长到76000套。
受到市场上的正面响应,Bosch开始TCS循迹控制系统的研发计划。
1983年推出的ABS2S系统重量由5.5公斤减轻到4.3公斤,控制组件也减少到70个。
到了1985年代中期,全球新出厂车辆安装ABS系统的比例首次超过1%,通用车厂也决定把ABS列为旗下主力雪佛兰车系的标准配备。
1986年是另一个值得纪念的年份,除了Bosch公司庆祝售出第100万套ABS系统外,更重要的是Bosch推出史上第一具供民用车使用的TCS/ASR循迹控制系统。
TCS/ASR的作用是防止汽车起步与加速过程中发生驱动轮打滑,特别是防止车辆过弯时的驱动轮空转,并将打滑控制在10%到20%范围内。
由于ASR是通过调整驱动轮的扭矩来控制,因而又叫驱动力控制系统,在日本又称之为TRC或TRAC。
ASR和ABS的工作原理方面有许多共同之处,两者合并使用可形成更佳效果,构成具有防车轮抱死和驱动轮防打滑控制(ABS/ASR)系统。
这套系统主要由轮速传感器、ABS/ASRECU控制器、ABS驱动器、ASR驱动器、副节气门控制器和主、副节气门位置传感器等组成。
在汽车起步、加速及行进过程中,引擎ECU根据轮速传感器输入的信号,当判定驱动轮的打滑现象超过上限值时,就进入防空转程序。
首先由引擎ECU降低副节气门以减少进油量,使引擎动力输出扭矩减小。
当ECU判定需要对驱动轮进行介入时,会将信号传送到ASR驱动器对驱动轮(一般是前轮)进行控制,以防止驱动轮打滑或使驱动轮的打滑保持在安全范围内。
第一款搭载ASR系统的新车型在1987年出现,奔驰S级再度成为历史的创造者。
随着ABS系统的单价逐渐降低,搭载ABS系统的新车数目于1988年突破了爆炸性成长的临界点,开始飞快成长,当年Bosch的ABS系统年度销售量首次突破300万套。
技术上的突破让Bosch在1989年推出的ABS2E系统首次将原先分离于引擎室(液压驱动组件)与中控台(电子控制组件)内,必须依赖复杂线路连接的设计更改为“两组件整合为一”设计!
ABS2E系统也是历史上第一个舍弃集成电路,改以一个8k字节运算速度的微处理器(CPU)负责所有控制工作的ABS系统,再度写下了新的里程碑。
该年保时捷车厂正式宣布全车系都已安装了ABS,3年后(1992年)奔驰车厂也决定紧跟保时捷的脚步。
1990年代前半期ABS系统逐渐开始普及于量产车款。
Bosch在1993年推出ABS2E的改良版:
ABS5.0系统,除了体积更小、重量更轻外,ABS5.0装置了运算速度加倍(16k字节)的处理器,该公司也在同年年中庆祝售出第1000万套ABS系统。
ABS与ASR/TCS系统已受到全世界车主的认同,但Bosch的工程团队却并不满足,反而向下一个更具挑战性的目标:
ESP(ElectronicStabiltyProgram,行车动态稳定系统)前进!
有别于ABS与TCS仅能增加刹车与加速时的稳定性,ESP在行车过程中任何时刻都能维持车辆在最佳的动态平衡与行车路线上。
ESP系统包括转向传感器(监测方向盘转动角度以确定汽车行驶方向是否正确)、车轮传感器(监测每个车轮的速度以确定车轮是否打滑)、摇摆速度传感器(记录汽车绕垂直轴线的运动以确定汽车是否失去控制)与横向加速度传感器(测量过弯时的离心加速度以确定汽车是否在过弯时失去抓地力),在此同时、控制单元通过这些传感器的数据对车辆运行状态进行判断,进而指示一个或多个车轮刹车压力的建立或释放,同时对引擎扭矩作最精准的调节,某些情况下甚至以每秒150次的频率进行反应。
整合ABS、EBD、EDL、ASR等系统的ESP让车主只要专注于行车,让计算机轻松应付各种突发状况。
延续过去ABS与ASR诞生时的惯例,奔驰S级还是首先使用ESP系统的车型(1995年)。
4年后奔驰公司就正式宣布全车系都将ESP列为标准配备。
在此同时,Bosch于1998及2001年推出的ABS5.7、ABS8.0系统仍精益求精,整套系统总重由2.5公斤降至1.6公斤,处理器的运算速度从48k字节升级到128k字节,奔驰车厂主要竞争对手宝马与奥迪也于2001年也宣布全车系都将ESP列为标准配备。
Bosch车厂于2003年庆祝售出超过一亿套ABS系统及1000万套ESP系统,根据ACEA(欧洲车辆制造协会)的调查,今天每一辆欧洲大陆境内所生产的新车都搭载了ABS系统,全世界也有超过60%的新车拥有此项装置。
“ABS系统大幅度提升刹车稳定性同时缩短刹车所需距离”RobertBoschGmbH(Bosch公司的全名)董事会成员WolfgangDrees说。
不像安全气囊与安全带(可以透过死亡数目除以车祸数目的比例来分析),属于“防患于未然”的ABS系统较难以真实数据佐证它将多少人从鬼门关前抢回?
但据德国保险业协会、汽车安全学会分析了导致严重伤亡交通事故的原因后的研究显示,60%的死亡交通事故是由于侧面撞车引起的,30%到40%是由于超速行驶、突然转向或操作不当引发的。
我们有理由相信ABS及其衍生的ASR与ESP系统大幅度降低紧急状况发生车辆失去控制的机率。
NHTSA(北美高速公路安全局)曾估计ABS系统拯救了14563名北美驾驶人的性命!
从ABS到ESP,汽车工程师在提升行车稳定性的努力似乎到了极限(民用型ESP系统诞生至今已近10年),不过就算计算机再先进仍须要驾驶人的适当操作才能发挥最大功效。
多数车主都没有遭遇过紧急状况(也希望永远不要),却不能不知道面临关键时刻要如何应对?
在紧急情况下踩下刹车时,ABS系统制动分泵会迅速作动,刹车踏板立刻产生异常震动与显著噪音(ABS系统运作中的正常现象),这时你应毫不犹豫地用力将刹车踩死(除非车上拥有EBD刹车力辅助装置,否则大多数驾驶者的刹车力量都不足),另外ABS能防止紧急刹车时的车轮抱死现象、所以前轮仍可控制车身方向。
驾驶者应边刹车边打方向进行紧急避险,以向左侧避让路中障碍物为例,应大力踏下刹车踏板、迅速向左转动方向盘90度,向右回轮180度,最后再向左回90度。
最后要提的是ABS系统依赖精密的车轮速度传感器判断是否发生抱死情况?
平时要经常保持在各个车轮上的传感器的清洁,防止有泥污、油污特别是磁铁性物质粘附在其表面,这些都可能导致传感器失效或输入错误信号而影响ABS系统正常运作。
行车前应经常注意仪表板上的ABS故障指示灯,如发现闪烁或长亮,ABS系统可能已经故障(尤其是早期系统),应该尽快到维修厂排除故障。
要提醒的是,ABS/ASR/ESP系统虽然是高科技的结晶,但并不是万能的,也别因为有了这些行车主动安全系统就开快车。
ABS这种最初被应用于飞机上的技术,现在已经十分普及,在十万元以上级别的轿车上都可见到它的踪影,有些大客车上也装有ABS。
装有ABS的车辆在遇到积雪、冰冻或雨天等打滑路面时,可放心的操纵方向盘,进行制动。
它不仅有效的防止了事故的发生,还能减少对轮胎的摩损,但它并不能使汽车缩短制动距离,在某些情况下反而会有所增加
2.2ABS的工作原理
ABS通常都由车轮转速传感器、制动压力调节装置、电子控制装置和ABS警示灯等组成,在不同的ABS系统中,制动压力调节装置的结构形式和工作原理往往不同,电子控制装置的内部结构和控制逻辑也可能不尽相同。
在常见的ABS系统中,每个车轮上各安装一个转速传感器,将有关各车轮转速的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和判定,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
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