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汽车ABS概述
安徽汽车职业技术学院
毕业论文
课题名称:
汽车ABS概述
学号:
G2*******
姓名:
专业班级:
汽车整形技术12-14
指导老师:
2014年10月2日
前言………………………………………………………………………………….4
第1章ABS系统的概况…………………………………………………………5
1.1ABS简介………………………………………………………………………5
1.2ABS的现状……………………………………………………………………5
第2章ABS的组成和工作原理………………………………………………5
2.1ABS的组成……………………………………………………………………5
2.1.1传感器…………………………………………………………………6
2.1.2电子控制元(ECU)……………………………………………………6
2.1.3执行器…………………………………………………………………6
2.1.4ABS警示装置………………………………………………………….7
2.2ABS的类型……………………………………………………………………7
2.3ABS的工作原理………………………………………………………………8
2.3.1ABS的原理…………………………………………………………….8
2.3.2ABS的作用……………………………………………………………10
2.3.3ABS的性能特点………………………………………………………10
2.3.4ABS的优点和局限性…………………………………………………11
2.3.5ABS使用中注意的问题………………………………………………11
第3章ABS技术的应用………………………………………………………12
第4章ABS技术的发展趋势…………………………………………………12
结论…………………………………………………………………………………14
致谢…………………………………………………………………………………15
参考文献…………………………………………………………………………16
前言
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动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、发展趋势、组成、原理。
Abstract:
Anti-lockBrakingSysteminthecarbefore,withthecaristhebrakesystem.itisthebrakesystempowerwiththesizeofthepilot'scontrolforce,powerdistributionofregulationandthebrakeonthesizeandtypeofmovement.thewheelsofthestateofthefeedbacksignalstobeknownasbrakeprocess,thespeedandcarrythedead,thecarwheelswouldnotbeaccordinglyadjusttheairchamberpressureorthesizeofthebrake.Theemergencybrakeinevitablyoccurwhenthewheelonthegroundwiththedeathofherdeath.whenthewheelwhenthegroundtotheperformanceofthedevil,byprovidingissmall,thecartoanysingleundertheactionofforcestolosedirectionand,mostlikelythetrafficaccident.Onwetpavementortheiceonthebrake,itisthedirectionofthemoreserious.Theanti-lockbrakingthesystemofinstrumentsabstherootofthecarintheprocessofcarryingoutthedead.itsbasicfunctionisperceivedbythesensorsineachmovementofthestate,theinstantaneous.Accordingtothestateandexercisethepowerofthesizeofthebrakesystemaretoavoidthedeathofhisarms,andisacloselinkthebrakesystem.itiselectroniccontroltechniquesinthemostsuccessfulprojects,oneofthebrakesystemcanmakethecarbrakemaintainstabilityinthedirectionandshortenthedistance,thebrakeeffectivelyimprovesafety.
Keywords:
Anti-lockBrakingSystemtrendofdevelopmentcomposeelements
第1章ABS系统的概况
1.1ABS简介
防抱死制动系统ABS全称是Anti-lockBrakingSystem,它是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统,可安装在任何带液压刹车的汽车上。
它是利用阀体内的一个橡胶气囊,在踩下刹车时,给予刹车油压力,充斥到ABS的阀体中,此时气囊利用中间的空气隔层将压力返回,使车轮避开锁死点。
通过安装在车轮上的传感器发出车轮将被抱死的信号,控制器指令调节器降低该车轮制动缸的油压,减小制动力矩,经一定时间后,再恢复原有的油压,不断的这样循环(每秒可达5~10次),始终使车轮处于转动状态而又有最大的制动力矩。
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。
提示:
在遇到紧急情况时,制动踏板一定要踩到底,才能激活ABS系统,这时制动踏板会有一些抖动,有时还会有一些声音,但也不能松开,这表明ABS系统开始起作用了。
1.2ABS的现状
大约从20世纪60年代开始,电子技术的进步成为汽车工业发展的最大动力。
现代汽车的控制系统几乎全由电子控制装置实现,在提高经济性、动力性、可靠性、舒适性和排放控制系统方面起到明显的作用。
因此,电子产品在汽车上的应用比例,已成为评价其品质、性能指标的重要依据。
汽车防抱死制动系统(ABS)是国家十五规划中重点发展的汽车电子产品,它的主要作用就是在汽车紧急制动时,防止车轮抱死,提高汽车紧急制动的稳定性和方向可控性,缩短制动距离,延长轮胎的使用寿命。
汽车防抱死制动系统(ABS)是一种非线性控制系统,这项技术的最大难点在于控制的非线性和参数难以准确测量的特点。
由于飞机上安装了昂贵的测速装置,以及飞机在降落时机场路面的单一性,所以飞机上安装的防抱死制动系统的性能十分稳定;与此相反,汽车上只安装了测量轮速的传感器,没有安装测量车速的传感器,而汽车行驶的路面却复杂多变。
所以,与飞机防抱死制动系统相比,汽车的防抱死控制的难度很大,不易达到理想的效果。
第2章ABS的组成和工作原理
2.1ABS的组成
无论是气压制动系统还是液压制动系统,其ABS的主要组成部分均包括传感器、电子控制器和压力调节器三大部分。
如下图:
图1ABS基本组成
2.1.1传感器
1)轮速传感器
(1)作用:
检测车轮运动状态,获得车轮转速信号,并将车轮的减速度(或加速度信号送给ECU。
(2)安装:
一般在车轮处,但也有设置在主减速器或变速器中
2)车速传感器
作用:
检测车速,给ECU提供车速信号,用于滑移率控制方式。
3)减速度传感器
作用:
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。
多用于四轮驱动控制系统
2.1.2电子控制单元(ECU)
接收轮速、车速信号、发动机转速信号、制动信号、液位等信号,分析判定车轮制动状态,需要时发出调节指令,并具有报警、记忆、存储、自诊断和保护功能。
2.1.3执行器
1)油泵及储能器
作用:
产生控制油压,使制动压力调节装置工作。
2)制动压力调节器制动压力调节器是ABS系统中最主要的执行器,一般都设在制动总泵(主缸)与车轮制动分泵(轮缸)之间。
(1)作用:
根据ECU的控制指令,自动调节制动分泵(轮缸)的制动压力。
(2)分类
①根据动力来源分可以分为:
气压式与液压式。
气压式:
主要用在大型客车和载重汽车上。
液压式:
主要用在小轿车和一些轻型载重汽车上。
②根据结构关系分可以分为:
分离式与整体式。
分离式:
制动压力调节器自成一体,通过制动管路与制动总泵相连。
整体式:
制动压力调节器与制动总泵构成一个整体。
③根据调压方式分可以分为:
流通式与变容式。
流通式:
在制动总泵和制动分泵之间串联一个或两个电磁阀,由电磁阀根据ECU的指令,通过控制,使制动分泵的制动液回到制动总泵(或储液器),或使制动总泵(或储能器)的制动液流入制动分泵,或者使制动分泵的制动液既不流入也不流出,以实现制动分泵压力的减小、增大或保持。
变容式:
在原制动管路中,并联一套液压装置,该装置中有一个类似活塞的装置。
工作时根据ECU的指令,该装置首先将制动分泵和总泵隔离,然后通过电磁阀的开闭或电动机的转动等不同方式,控制活塞在调压缸中运动,使调压缸工作室至制动分泵的容积发生变化。
容积增大,实现制动压力减小;容积减小,实现制动压力增大;容积不变,实现压力保持。
2.1.4ABS警示装置
1)作用:
报警灯可显示系统工作状态及自诊断报警。
2)黄色的ABS灯可显示ABS控制系统的故障(如4个轮速传感器、4个电磁阀、ABS主继电器、油泵继电器报警灯继电器等),它报警后汽车仍然能维持常规制动,但ABS系统已断电保护,停止工作。
3)红色的BRAKE灯亮,显示驻车制动开关、行车制动开关信号、液压高低信号、液位高低信号等有故障,危险性大,应停车检修。
2.2ABS的类型
一是按控制方式分类,二是按控制通道分类。
1)控制方式
(1)单参数控制(ABS)
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。
(2)双参数控制(ABS)
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%—20%作比较,再通过电磁阀增减制动器的制动力。
2)控制通道
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。
(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。
(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。
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。
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)。
2.3ABS的工作原理
2.3.1ABS的工作原理
ABS系统的基本工作原理是:
汽车在制动过程中,车轮转速传感器不断把各个车轮的转速及时输送给ABS电子控制单元(ECU),ABSECU根据设定的控制逻辑对4个转速传感器输入的信号进行处理,计算汽车的参考车速、各车轮速度和减速度,确定各车轮的滑移率。
如果某个车轮的滑移率超过设定值,ABSECU就发出指令控制液压控制单元,使该车轮制动轮缸中的制动压力减小;如果某个车轮的滑移率还没达到设定值,ABSECU就控制液压单元,使该车轮的制动压力增大;如果某个车轮的滑移率接近于设定值时,ABSECU就控制液压控制单元,使该车轮制动压力保持一定。
从而使各个车轮的滑移率保持在理想的范围之内,防止4个车轮完全抱死。
如下图:
图2ABS系统工作原理
通常,汽车在制动过程中存在着两种阻力:
一种阻力是制动器摩擦片与制动鼓或制动盘之间产生的摩擦阻力,这种阻力称为制动系统的阻力,由于它提供制动时的制动力,因此也称为制动系制动力;另一种阻力是轮胎与道路表面之间产生的摩擦阻力,也称为地面制动力。
地面对轮胎切向反作用力的极限值称为轮胎-道路附着力,大小等于地面对轮胎的法向反作用力与轮胎-道路附着系数的乘积。
如果制动系制动力小于轮胎-道路附着力,则汽车制动时会保持稳定状态,反之,如果制动系制动力大于轮胎-道路附着力,则汽车制动时会出现车轮抱死和滑移。
地面制动力受地面附着系数的制约。
当制动器产生的制动系制动力增大到一定值(大于附着力)时,汽车轮胎将在地面上出现滑移。
汽车的实际车速与车轮滚动的圆周速度之间的差异为车轮的滑移率,滑移率S的定义式为:
S=[(v-rω)/v]×100%
式中S-滑移率v-车速ω-轮速r-车轮半径
由上式可知:
当车轮中心的速度(即汽车的实际车速)v等于车轮的角速度ω和车轮滚动半径r乘积时,滑移率为零(S=0),车轮为纯滚动;当ω=0时,S=100%,车轮完全抱死而作纯滑动;当0
(1)硬路面上附着系数φ与滑移率s的关系
制动过程中车轮的三种运动状态:
第一阶段:
纯滚动,路面印痕与胎面花纹基本一致车速V=轮速Vω
第二阶段:
边滚边滑,路面印痕可以辨认出轮胎花纹,但花纹逐渐模糊。
车速V>轮速Vω
第三阶段:
抱死拖滑,路面印痕粗黑。
轮速Vω=0若需增大Fx,必须增大F。
Fx取决于附着系数φ,φ又受滑移率S的影响。
附着系数φ与滑移率s的关系
图3
分析结论:
S<20%为制动稳定区域;
S>20%为制动非稳定区域;
将车轮滑移率S控制在20%左右,便可获取最大的纵向附着系数和较大的横向附着系数,是最理想的控制效果。
(2)理想的制动控制过程
1)制动开始时,让制动压力迅速增大,使S上升至20%所需时间最短,以便获取最短的制动距离和方向稳定性。
2)制动过程中:
当S上升稍大于20%时,对制动轮迅速而适当降低制动压力,使S迅速下降到20%;
当S下降稍小于20%时,对制动轮迅速而适当增大制动压力,使S迅速上升到20%。
2.3.2ABS的作用
ABS可在汽车制动时根据车轮的运动养成自动调节车轮的制动压力,防止车轮抱死,其实质就是使传统的制动过程变为瞬间的控制过程,即在制动时使车轮与地面达到“抱而不死,死而不抱”的状态,其目的是使车轮与地面的摩擦力达到最大,同时又可以避免后轮侧滑和前轮丧失转向能力,以使汽车取得最佳的制动效能。
2.3.3ABS的性能特点
没有ABS的车,汽车在遇紧急情况采取紧急刹车时,容易出现轮胎抱死,也就是方向盘不能转动,这样危险系数就会随之增加,很容易造成严重后果。
单通道ABS一般都是对两后轮按低选原则进行一同控制。
单通道ABS不能使两后轮的附着力得到充分利用,因此制动距离不一定会明显缩短。
另外前轮制动未进行控制,制动时前轮仍会出现制动抱死,因而转向操纵能力也未得到改善,但由于制动时两后轮不会抱死,能够显著的提高制动时的方向稳定性,在安全上是一大优点,同时结构简单,成本低等优点,所以在轻型载货车上广泛应用。
综上所述,ABS装置虽然具有缩短制动距离、另外,不同类型的ABS装置由于组成结构等原因,价格也相差较大,所以选购汽车时不能只看到价格高低,还应看到装用的是哪种类型的ABS装置。
2.3.4ABS的优点和局限性
ABS的优点
当车轮即将到达下一个锁死点时,刹车油的压力使得气囊重复作用,如此在一秒钟内可作用60~120次,相当于不停地刹车、放松,即相似于机械的“点刹”。
因此,ABS防抱死系统,能避免在紧急刹车时方向失控及车轮侧滑,使车轮在刹车时不被锁死,不让轮胎在一个点上与地面摩擦,从而加大摩擦力,使刹车效率达到90%以上,同时还能减少刹车消耗,延长刹车轮鼓、碟片和轮胎两倍的使用寿命。
装有ABS的车辆在干柏油路、雨天、雪天等路面防滑性能分别达到80%—90%、10%—30%、15%—20%。
缩短制动距离。
ABS能保证汽车在雨后、冰雪及泥泞路面上获得较高的制动效能,防止汽车侧滑甩尾(松散的沙土和积雪很深的路面除外);
保持汽车制动时的方向稳定性;
保持汽车制动时的转向稳定性;
减少汽车制动时轮胎的磨损。
ABS能防止轮胎在制动过程中产生剧烈的拖痕,提高轮胎使用寿命;
减少驾驶员的疲劳强度(特别是汽车制动时的紧张情绪)。
ABS的局限性
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。
2.3.5ABS使用中注意问题
(1)更换制动器或更换液压制动系部件后,应排静制动管路中的空气,以免影响制动系统正常工作。
(2)装有ABS的汽车,每年应更换一次制动液,否则,制动液吸湿效果很强,含水后不仅降低沸点,产生腐蚀,而且会造成制动性能衰退。
(3)检查ABS防抱死制动系统前应先拔掉电源。
第3章ABS技术的应用
进入90年代后,ABS技术不断发展成熟,控制精度、控制功能不断完善。
现在发达国家已广泛采用ABS技术,ABS装置已成为汽车的必要装备。
北美和西欧的各类客车和轻型货车ABS的装备率已达90%以上,轿车ABS的装备率在60%左右,运送危险品的货车ABS的装备率为100%。
ABS装置制造商主要有:
德国博世公司(BOSCH),欧、美、日、韩国车采用最多;美国德科公司(DELCO),美国通用及韩国大宇汽车采用;美国本迪克斯公司(BENDIX),美国克莱斯勒汽车采用;还有德国戴维斯公司(TEVES)、德国瓦布科(WABCO)、美国凯尔西海斯公(KELSEYHAYES)等,这些公司的ABS产品都在广泛地应用,而且还在不断发展、更新和换代。
近年来,ABS技术在我国也正在推广和应用,1999年我国制定的国家强制性标准GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》中已把装用ABS作为强制性法规。
此后一汽大众、二汽富康、上海大众、重庆长安、上海通用等均开始采用ABS技术,但这些ABS装置我国均没有自主的知识产权。
国内研究ABS主要有东风汽车公司、交通部重庆公路研究所、济南捷特汽车电子研究所、清华大学、西安交通大学、吉林大学、华南理工大学、合肥工业大学等单位,虽然起步较晚,也取得了一些成果。
在气压ABS方面,国内企业包括东风电子科技股份有限公司、重庆聚能、广东科密等都已形成了一定的生产规模。
液压ABS由于技术难度大,国外技术封锁严密,国内企业暂时不能独立生产,但在液压ABS方面也在做自主研发,力图突破国外跨国公司的技术壁垒,已经取得了一些新的进展和突破。
如清华大学和浙江亚太等承担的汽车液压防抱死制动系统(ABS)“九五”国家科技攻关课题,在ABS控制理论与方法、电子控制单元、液压控制单元、开发装置和匹配方法等关键技术方面均取得了重大成果。
采用的耗散功率理论,避免了传统的逻辑门限值研究方法的局限性,取得了理论上的突破,研发ABS成功且进入产业化、批量生产阶段。
其试样在南京IVECO轻型客车上匹配使用全面达到了国家标准GB12676-1999和欧洲法规EECR13的要求。
这对振兴我国汽车工业与汽车零部件业具有划时代意义,标志着我国汽车液压ABS国产化已迈出坚实的一步。
同时合肥工业大学也研制出国内具有自主知识产权的液压制动电子防抱系统,率先在HF6700轻型汽车上匹配使用获得成功。
国内液压ABS技术含量与国外虽有一定的差距,但在政府的大力支持和国内丰富的人力资源配合下,相信国内可以
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