论汽车防抱死制动系统.doc
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1、个人收集整理 勿做商业用途 论汽车防抱死制动系统1、什么是ABS防抱死制动系统ABS全称是Antilock Braking System,即ABS,可安装在任何带液压刹车的汽车上。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510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
2、方向,如果后轮被抱死,就极容易出现侧滑现象。2、发展历史ABS这种最初被应用于火车上的技术,后应用于飞机,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。在1920年以前,绝大部分汽车仅后轴装用制动器,一方面由于当时车速低,仅后轴装用制动器即可满足要求,另一方面可能与当时汽车结构有关,人们为防止制动时汽车侧倾,故前轴不使用制动器,当然仅后轴使用制动器也易于设计及安装,且价格要低些。1900年人们已通过试验,证明四轮装用制动器是安全的,有利于汽车制动性能的改善,但真正在四轮上均安装制动器是1920年以后的事。为保证车辆在山区行使时,有好的转向性能,制动力分配
3、系数比较小(所谓制动力系数即前轴制动器周缘力与后轴制动器周缘力之比)。这种设计思想一直持续到上个世纪五、六十年代。这与道路差、车速低的现状有关。 防抱死制动技术属于制动力控制调节技术。制动力的调节从汽车诞生的那一天就一直为人们所关注。 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。随着车速的提高,制动时后轴先于前轴抱死拖滑的危险愈来愈大,为防止这一现象的发生,进入七十年代,制动力分配系数向大的方向发展,ECE R13中对此有明确的规定.ABS的运作原理看起来简单,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。Franc
4、is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KarlFriedrich Wessel的“刹车力控制器”、Werner M?hl的“液压刹车安全装置”与Richard Trappe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
5、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!个人收集整理,勿做商业用途个人收集整理,勿做商业用途 1964年,第一次出现ABS(Antilock Braking System)的名词.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(Antilock Brak
6、ing System)名词在历史上第一次出现! 1966年,世界上第一具ABS原型机出现,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。 Teldix GmbH公司从1970年和奔弛车厂合作开发出第一具用于道路车辆的原型机-ABS 1,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Teldix GmbH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.
7、 “ABS 2在3年的努力后1978年诞生!有别于ABS 1采用模拟式电子组件,ABS 2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。两家德国车厂奔弛与宝马于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ABS 2S系统重量由5。5公
8、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,第一具供民用车使用的TCS/ASR循迹控制系统诞生 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
9、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/ASR ECU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
10、持在安全范围内。文档为个人收集整理,来源于网络本文为互联网收集,请勿用作商业用途 1987年,出现了第一款搭载ASR系统的新车型,。奔弛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。 第一个CPU控制的ABS 2E系统 技术上的突破让Bosch在1989年推出的ABS 2E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!ABS 2E系统也是历史上第一个舍弃集成电路,改以一个8 k
11、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)奔弛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。 1993年,Bosch在年推出ABS 2E的改良版:ABS 5。0系统,除了体积更小、重量更轻外,ABS 5。0装置了运算速度加倍(16 k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。3、ABS在国内外的发展现状 国外ABS研究和生产厂商主要集中在德国、美国、英国和日本等几家主要的汽车零部件生产厂商。德国的波许(BOSCH)公司是世界上最
12、大的ABS系统生产厂,它拥有多项ABS发明专利。自1985年起已向欧洲、美国、日本和韩国等22家轿车生产厂和9家载货汽车生产厂的66种汽车提供ABS。到1996年已有300多万辆汽车装备有BOSCH公司的ABS系统.德国的戴维斯(TEVES)公司是一家世界著名的制动器厂商,该公司的产品已被西欧、北美的13家汽车厂采用,其产品在欧洲市场所占份额达到了15%左右。此外,还有德国的伟布科(WABCO)公司、美国的凯尔西海斯(KELSEYHAYES)公司、美国的德尔科(Delco)公司、美国的本迪克斯公司(Bendix)、英国的格林(GIRLING)公司等企业生产ABS系统. 值得一提的是,1990年
13、德尔科公司发布的防抱死刹车系统(ABS)以其低廉的价格让制造商可以在所有的汽车上安装这一系统。为防抱死刹车系统(ABS)的全面普及奠定了基础。防抱死刹车系统(ABS)也因此被美国大众科学月刊评为最近25年来的25大创新之一。 我国对ABS的研究开始于20世纪80年代初,主要的研究单位有长春第一汽车技术中心、东风汽车工程研究院、交通部重庆公路研究所、山东重型汽车研究所、西安公路交通大学、清华大学和万向集团等。东风汽车工程研究院是我国最早从事ABS研究的单位,它专门成立了一个ABS研究机构,主要对德国WABCO的ABS产品进行了剖析,并将此类产品安装在EQ145型汽车上,在各种路况下进行了分析试验
14、。现在,东风汽车公司已能生产ABS,并有一定的推广.清华大学汽车工程系做为国家科技部“九五”科研项目“ABS关键技术研究的主要参加单位,以宋健教授为学术带头人成立了ABS研究课题组。该课题组承担了东风汽车公司、跃进汽车集团部分车型的汽车匹配ABS系统方面的研究课题,并且开发研制了两代ABS产品,在分析BOSCH公司的ABS和Bendix公司的ABS基础上开发研制了ABS软件,在路面识别和可靠性方面仍有待进一步提高。 1998年,重庆聚能汽车技术有限公司在国内首家推出适合中国国情的系列电子式ABS防抱装置,现已达到年产50万套的生产能力,是目前我国国内最大的ABS生产基地。4、ABS的发展趋势-
15、EBS 车辆制动控制系统的发展主要是控制技术的发展.一方面是扩大控制范围、增加控制功能;另一方面是采用优化控制理论,实施伺服控制和高精度控制. 在第一方面,ABS功能的扩充除ASR外,同时把悬架和转向控制扩展进来,使ABS不仅仅是防抱死系统,而成为更综合的车辆控制系统。制动器开发厂商还提出了未来将ABS/TCS和VDC与智能化运输系统一体化运用的构想。随着电子控制传动、悬架系统及转向装置的发展,将产生电子控制系统之间的联系网络,从而产生一些新的功能,如:采用电子控制的离合器可大大提高汽车静止启动的效率;在制动过程中,通过输入一个驱动命令给电子悬架系统,能防止车辆的俯仰。 在第二个方面,一些智能
16、控制技术如神经网络控制技术是现在比较新的控制技术,已经有人将其应用在汽车的制动控制系统中。ABS/ASR并不能解决汽车制动中的所有问题。因此由ABS/ASR进一步发展演变成电子控制制动系统(EBS),这将是控制系统发展的一个重要的方向。但是EBS要想在实际中应用开来,并不是一个简单的问题。除技术外,系统的成本和相关的法规是其投入应用的关键。 ABS只有在极端情况下(车轮完全抱死)才会控制车轮制动,在部分制动时,电子制动使得控制单个制动缸压力成为现实,因此反应时间缩短,确保在任一瞬间得到正确的制动压力。近几年电子技术及计算机控制技术的飞速发展为EBS的发展带来了机遇。德国自20世纪80年代以来率
17、先发展了ABS/ASR系统并投入市场,在EBS的研究与发展过程中走到了世界的前列。德国博世公司在1993年与斯堪尼公司联合首次在Scania牵引车及挂车上装用了EBS。然而EBS是全新的系统,它有很大的潜力,必将给现在及将来的制动系统带来革命性的变革. ABS的发展经历了TCS(Traction Control System,牵引力控制系统)、ESP(ElectronicStabilty Program,行车动态稳定系统)等不同的研究阶段,目前已进入以ESP(Electronic StabiltyProgram,行车动态稳定系统)为主的时代。用ABS进行制动时可获得较好的转向能力和行驶稳定性,
18、对于装有TCS系统的车辆可以解决汽车驱动时的行驶稳定性,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)、横摆角速度传感器(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
19、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. 人类的创造性发明总是希望生活更美好,更舒适,更安全。据美国汽车行业权威杂志Wardsauto公布,截止2011年8月16日,全球处于使用状态的各种汽车总保有量已经突破10亿辆,中国更是增速世界第一。因此,ABS防抱死系统的问世一直被认为是具有革命性意义的安全装置。5、ABS的分类一是按生产厂家分类,二是按控制通道分类。以下主要介绍按通道分类的方法。在ABS中,对能够独立进行制动压力调节的制动管路称为控制通道。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
20、。(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。桑塔
21、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60 km/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
22、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)。6、性能特点单通道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
23、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,还应看到装用的是那种类型的ABS装置。7、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60120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
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