汽车ABS的发展与应用研究

释放自己2008

汽车ABS的发展与应用研究
摘要
一个反封闭的制动系统(吸收) 是帮助防止轮子锁住在刹车期间的一个计算机控制的制动系统。当轮子锁, 它停止转动和轮胎滑行或滑在路面, 因而, 车要求一个更加了不起的距离到中止比如果轮胎没有滑动。除一个更加了不起的距离之外, 司机丢失车定向控制当是滑行。所以, 停止车在最短的可能的距离和尽可能, 轮子必须防止锁是一样平直的线。吸收系统可能维护车的控制。这有效在限制压力旁边对任一个轮子, 太迅速地减速。这允许最大值停止力量被申请没有闸锁住。运转中, 轮子速度传感器在各个轮子寄发电子脉冲信号到控制单元。如果轮子锁住被查出在闸应用期间, 计算机发信号阀门单位对轮子圆筒限制液压。
关键词 汽车   制动   ABS  
Abstraction
An anti-lock brake system (ABS) is a computer-controlled brake system that helps prevent wheel lockup during braking. When wheel locks, it stops rotating and the tire skids or slides over the road surface, thus, the vehicle requires a greater distance to stop than if the tire were not skidding. In addition to a greater distance, the driver loses directional control of vehicle when is skids. Therefore, to stop vehicle in the shortest possible distance and is as straight a line as possible, the wheels must be prevented from locking. ABS system can maintain control of the vehicle. It works by limiting the pressure to any wheel, which decelerates too rapidly. This allows maximum stopping force to be applied without brake lockup. In operation, the wheel speed sensors at each wheel send electronic pulse signals to the control unit. If wheel lockup is detected during brake application, the computer signals the valve unit to limit the hydraulic pressure to the wheel cylinder.
Key of the words    automobile    brake    ABS
0前言
汽车制动性能是汽车的主要性能之一，评价制动性能指标主要有制动效能和制动时的方向稳定性，汽车的制动效能即制动距离，制动时间和制动减速度。汽车的方向稳定性是指汽车制动时仍能按原来的轨迹行驶，即不发生跑偏，侧滑及失去转向能力。
经研究发现，车轮抱死将致使汽车的制动性能和汽车的方向稳定性变坏。为了获得最佳的制动效果，使实际制动过程控制接近于理想过程，提高车辆的行使安全性和舒适性，科学家研制出汽车防抱死制动系统。即ABS。它可以将车辆的滑移率控制在理想状态，以获得最佳制动性能和制动时的方向稳定性和操纵能力。
   汽车ABS即汽车防抱死制动系统的缩写，即：ANTILOCK BRAKING SYSTEM。
1．         防抱死制动系统的发展与应用
1950年，世界上第一台防抱死系统（ABS）研究成功首先被应用在航空领域的飞机上。
德国博世公司（BOSCH）是汽车ABS的发明研究单位，60年代初就开始ABS的开发工作，于1978年正式生产出ABS1型汽车防抱死制动系统，1984年推出ABS2型，1986年开始生产ABS3型，以后相继推出ABS2S型以及汽车防抱死制动系统与驱动力自动调节装置有机结合的ABS/ASR系统，该公司在80年代末期已达到生产ABS2型100万套的能力，并自1985年起已向欧洲。美国和南韩22家轿车生产厂荷家载货汽车生产厂的66中汽车提供大量的ABS。
德国瓦布科公司（WABCO）从1974年就开始研制生产用于商用汽车车辆ABS ，是世界上最大的ABS生产厂家之一，于1975年研制出部分集成模拟信号处理的第一代ABS产品，以后又相继研究出全数字化和高度集成化的ABS产品。并将危机控制应用于制动系统中，该公司还准备将其打入我国汽车市场，目前，正将其ABS产品在东风和斯达——斯泰尔汽车上应用。
德国的戴维斯（TEVES）与1987年在法兰克福投资组建拉一个ABS生产厂，1988年其ABS的生产能力就达年产60万套。1990年，该公司开始生产第四代ABS，年产量达50万套，并于1989年推出ABS/ASR。汽车防抱死和车轮防打滑电子控制系统。
80年代是汽车ABS研制生产的应用迅速发展的阶段。此间美国的凯尔西海斯公司（KELSEY HAYES）研制和生产后论制动防抱死装置（EBC）德国的科诺尔公司研制生产出EB90型防抱死制动力装置。英国格林公司（GIRLING）研制生产出DEGX型货用汽车防抱死制动装置，美国通用子公司达科公司（DELCO）研制出ABS4防抱死制动系统。
我国对ABS的研究始于80年代初，现在刚刚进入产品试制和装车试验阶段。国内研制ABS单位主要有：东风汽车公司。交通部重庆公路研究所。重庆ABS有限公司。陕西兴平514厂，西安公路学院等单位和部门，东风汽车公司从80年代初就开始研究ABS，是较早研究ABS的厂家之一，现研究工作的主要目标是对国外的产品进行消化吸收，如：将德国瓦布科公司的ABS装于EQ145型汽车上进行多种试验，重庆公路研究所相继开发出拉两代ABS产品，第一代ABS的ECU采用拉Z80芯片，第二代ABS产品为FKX——AC1型，ABS121型和ABS141型等形号。
我国目前已着手制定有关车辆安全性方面的法规，并决定首先在重型汽车和大客车上按装ABS。
目前，世界各国已有300多种汽车装有ABS ，如德国的奔驰，宝马，雅迪，保时捷，欧宝等车系，英国的劳斯莱斯，捷达，路华，宾利等车系，意大利的法拉利，领先，快意等车系，瑞典的沃尔沃，绅宝，等车系，法国的波尔舍等车系，美国的福特等，日本的思域，凌志，本田等，均采用ABS系统， 预计在本世纪末ABS在汽车上的装有率可达80%以上，ABS将成为现代汽车标准配置设备在汽车上广泛应用。目前，在市场上的ABS系统有：博世ABS系统；坦孚ABS系统；德科ABS系统；本迪克斯ABS系统。
2． ABS的分类
2．1．按照类型分类   
其实机械式ABS并不是严格意义上的ABS，因为ABS中的“A”代表着“自动化控制”,而机械ABS无“自动化模块”—————ECU，所以机械式ABS其实是一种仿ABS的调节装置。
　　机械式ABS又分为MABS和CZABS。MABS即“液压气囊吸覆式ABS”，其内有一个橡胶球结构的装置，当液压汽车制动时，油压使其内部变形，以减少制动力。因此有人称其“以牺牲制动力来保证车辆平稳”。CZABS又称“磁振式”ABS，是国内聚能ABS的专利产品。其结构为活塞压电装置。当制动液的油压进入压电装置内时，推动活塞位移，使压电装置工作，反向推动活塞，从而使压力发生振动变化，实现“点刹”效果。
　　这两种产品的相同之处在于使用方法：均需操作者刹车制动时由轻到重地踩刹车，才能使其效能发挥最佳，因为其内部结构需要一个运动的空间。而它们的区别在于：MABS是两个装置分别安装在液压汽车制动泵出口的两个油路口，以串联方式安装，分别控制前、后两组制动系统；而CZABS是四个装置，分别安装在四轮分泵前。相比而言，后一种的效果比前一种更明显，当然，价格也相应昂贵一些。
　　电子式ABS与机械式ABS不同，它不需要驾驶员刻意配合制动，驾驶员可以一脚到底踩刹车，电脑及其相关机电单元将自动控制刹车。当汽车遇到“阴阳路面”（即一半干一半湿滑的对开路）时，在此环境中，若使用机械式ABS则效果不明显，在冰雪路面上甚至有可能出现侧滑。而电子式ABS由于电脑进行低选择，就能使汽车四轮不抱死，不会侧滑，且可以控制方向。目前国内生产电子式ABS的企业不多，主要有上海WABCO、重庆聚能ABS等几家。
2．2.按控制通道分类,有以下几种:
2．2.1. 四通道式、特点：附着系数利用率高，制动时可以最大程度的利用每个车轮的最大附着力。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)，会影响汽车的制动方向稳定性。广州本田即是使用四通道
ABS装置。
      
2．2.2. 三通道式、特点：汽车在各种条件下制动时都具有良好的方向稳定
性。三通道ABS在小轿车上被普遍采用。
      
2．2.3.二通道式、特点：二通道式ABS难以在方向稳定性、转向控制性和制动距离方面得到兼顾，目前采用很少。

2．2.4 一通道式、特点：结构简单，成本低等，在轻型载货车上广泛应用。
         
3.放抱死制动系统的控制及控制原理
ABS目前所用的控制方式主要有预测控制方式和模仿控制方式两种。
3．1.预测控制方式是预先规定控制参数和设定值等控制条件，然后根据检测的实际参数与设定值进行比较，对制动过程进行控制。
根据控制参数不同，预测控制可以分为以下几种形式。
3．1．1．以车轮减速度问控制参数的控制方式
该形式ABS控制方式是已车轮的减速度问控制参数，此种控制方式在高速或空挡进行紧急制动的特定条件下，防止车轮抱死效果好，但车以低速档行驶时，由于制动时驱动轮的减速度达不到设定值的减速度，系统将无法进行，从而出现抱死是现象。
3．1．2．以车轮滑移率为控制方式
该形式ABS 控制方式是一车轮的滑移率为控制参数，滑移率是通过检测汽车速度和轮速计算得到。
3．1．3．以车轮减速度和加速度为控制方式
该形式ABS控制方式是以车轮减速度和车轮加速度为控制参数，此种方式在高档或空挡进行紧急制动时的效果较好但在高附着路面上易出现过渡减压，而在低附着系数的路面上发生车轮抱死现象，同时对于纵向附着系数的路面的适应性差，尤其是由高附着系数路面向地附着系数路面跃变是易出现车轮抱死。
3．1．4．以车轮减速度，加速度及滑移率为控制参数的控制方式
该种控制方式是在车轮加速度和减速度的信号的基础上，在增加车轮滑移率信号，实现多参数控制，由于综合拉三中控制方式的优点，所以能保证在不同的路面情况和行驶的状态下的放抱死控制。
3．2．模仿控制方式:是在控制过程中,记录前一控制周期的各种参数——即制动减压至增压过程中的参数,再结合个方面的信息进行控制，现在在车上应用较少。
4．放抱死制动系统的结构
无论是气压制动系统还是液压制动系统，电子控制放抱死制动系统的组成均由传感器，电子控制单元和制动压力制动器三部分组成。
4．1．传感器
4．1．1车速传感器  检测车速，向电子控制单元输入车速信号，用于滑移率控制方式。
4．1．2轮速传感器 检测车轮速度，向电子控制单元输入信号，各种方式均采用。
4．1．3．汽车减速度传感器   检测制动时汽车的减速度，检测是否是冰雪路等易滑路面，只用于四轮控制系统。
4．2．执行器
制动压力调节器（电磁阀） 接受电子控制单元（ECU）的指令，通过电磁阀的动作调节气压或油压，实现控制压力的“升高”，“保持”，“降低”的控制功能。            
5．ABS液压控制总成的结构和工作原理
5．1．ABS液压控制总成的结构
ABS液压控制总成是在普通制动系统的液压装置基础上经设计后加装ABS制动压力调节器而形成的。普通制动系统的液压装置一般包括制动助力器、双腔式制动主缸、储液室、制动轮缸和双液压管路等。除了普通制动系统的液压部件外，ABS制动压力调节器通常由电动泵、储能器、主控制阀、电磁控制阀和一些控制开关等组成。实质上，ABS系统就是通过电磁控制阀体上的控制阀控制分泵上的油压迅速变大或变小，从而实现了防抱死制动功能。
5．１．1电动泵 　电动泵是一个高压泵，它可在短时间内将制动液加压(在储能器中)到15～18MPa，并给整个液压系统提供高压制动液体。电动泵能在汽车起动一分钟内完成上述工作。电动泵的工作独立于ABS电脑，如果电脑出现故障或接线有问题，电动泵仍能正常工作。
5．1．2、储能器 　储能器的结构形式多种多样。图5-109为活塞-弹簧式储能器示意图，该储能器位于电磁阀与回油泵之间，由轮缸来的液压油进入储能器，进而压缩弹簧使储能器液压腔容积变大，以暂时储存制动液。
5．1．3、电磁控制阀　电磁控制阀是液压调节器的重要部件，由它完成对ABS的控制。ABS系统中都有一个或两个电磁阀体，其中有若干对电磁控制阀，分别控制前、后轮的制动。常用的电磁阀有三位三通阀和二位二通阀等多种形式。
5．1．4、压力控制、压力警告和液位指示开关　压力控制开关(PCS)独立于ABS电脑而工作，监视着储能器下腔的压力。压力报警开关(PWS)和液位指示开关(FLI)的功能是，当压力下降到一定值(14MPa以下)时或制动液面下降到一定程度时，点亮制动系统故障指示灯和ABS故障指示灯，同时让ABS电脑停止防抱死制动工作。
5．2.工作原理
     制动过程中，ABS电控单元(ECU)3不断地从传感器获取车轮速度信号，并加以处理，分析是否有车轮即将抱死拖滑。
    如果没有车轮即将抱死拖滑，制动压力调节装置不参与工作，制动主缸和各制动轮缸相通，制动轮缸中的压力继续增大，此即ABS制动过程中的增压状态。
    如果电控单元判断出某个车轮(假设为左前轮)即将抱死拖滑，它即向制动压力调节装置发出命令，关闭制动主缸与左前制动轮缸的通道，使左前制动轮缸的压力不再增大，此即ABS制动过程中的保压状态。
    若电控单元判断出左前轮仍趋于抱死拖滑状态，它即向制动压力调节装置发出命令，打开左前制动轮缸与储液室或储能器(图中未画出)的通道，使左前制动轮缸中的油压降低，此即ABS制动过程中的减压状态。
6．ＡＢＳ的工作过程
6．1.常规制动（制动触发阶段）
·踩下踏板，电磁柱塞在最低位
·制动液由主缸全部流向制动轮缸
·制动力很快建立，轮速很快下降
·ECU只检测
6．2.保压过程（制动压力保持阶段）
·随轮速的下降，滑动率上升     
·滑动率接近35%时，ECU发出“保持压力”的指令
·电磁阀通过有限电流，柱塞被提起，制动液通道被切断
·从而制动力不再增加
6．3.减压过程（制动压力下降阶段）
·在“保压” 后，轮速传感器继续传来抱死信号
·ECU则发出“降低压力”的指令，供给强电流，柱塞提高
·回油道开，一部分油液回流，另一部分油液流入降压器转化为弹性势能
·ECU给回流泵继电器通电，工作，制动液被送回主缸，
制动力下降，轮速增快，滑动率下降．
6．4.增压过程
·当滑动率下降到ABS下极限8%时
·ECU切断通往电磁阀、回流泵的电流，柱塞在回到最低位
·制动压力减少，轮速如太快，ECU指令 “提高压力”，制动液流回轮缸，踏板力又起作用
·压力波动调整，4-10次/秒，以保各车轮常处于抱死边缘，以发挥最大制动效能
7．我国的ABS现状
    我国对ABS的研究现状开始于20世纪80年代初。目前，我国政府已制定车辆安全性方面的强制性法规，GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》，规定首先在重型车和大客车上安装电子控制式ABS。GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》又具体规定了必须安装的车型和时间。规定决质量大于12000kg的长途客车和旅游客车总质量大于16000kg 允许挂接总质量大于10000kg 的挂车的货车及总质量大于10000kg的挂车必须安装ABS。
    我国有许多单位和企业从事ABS的研制工作，东风汽车公司、重庆公路研究所、北京理工大学、清华大学、上海汽车制动系统有限公司和山东重汽集团等。其中山东重汽集团引进国际先进技术进行研究已取得了一些进展。重庆公路研究所研制的适用于中型汽车的气制动FKX-ACI型ABS装置已通过国家级技术鉴定，但各种制动情况的适应性还有待提高。清华大学研制的适用于轻型和小型汽车的液压ABS系统，北京理工大学和上海汽车制动系统有限公司致力于轿车的液压ABS系统的研究，已分别取得初步成果。
8． ABS的展望和发展方向
8．1．ABS的展望
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：
8．1．1ABS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。
8．1．2．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。
8．1．3．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。
8．1．4．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。
8．1．5．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。
8．1．6．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。
8．1．7．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。
8．2．未来方向
可以预计，今后最新的控制技术是提高传感器的技术性能，增加新功能，简化结构以降低成本的方向发展。

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disneycar0

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