ABS与汽车制动系统
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车辆工程技术58车辆技术0 前言 防抱死制动系统是汽车中的重要系统,其肩负着汽车的安全性,同时伴随着社会经济的不断变化,人们生活条件也在发生改变,对汽车的需求量也在逐年的递增,这更加需要确保汽车的内部结构稳定性,这样才可以确保人们安全出行。
因此笔者结合自身多年工作经验,就汽车防抱死制动系统(ABS)知识进行研究,希望可以为相关工作人员提供参考依据,当然其最终的目的也是为了避免安全事故等问题的发生,进而大幅度提高制动时的安全性。
1 汽车防抱死制动系统的构成1.1 车轮速度传感器 汽车防抱死制动系统的构成包含很多系统,主要具体我们从以下几方面深入分析。
第一点,车轮速度传感器,通常情况下车轮的左右前轮,或者是左右后轮内部都安装相应的传感器,他主要是为了检测各个车轮的转速以及车轮打滑出现的几率,而汽车制动能否安全稳定直接关乎人民生命财产安全,所以为了降低不必要事故问题的发生,我们必须要选择正确的传感器进行安装,也要确保汽车防抱死制动系统零件的完整性[1]。
第二点,很多汽车在行驶过程中会因传感器失灵而致使问题的出现,所以我们通常情况下可以采用多个车轮速度推定计算车身速度的方法,来检测汽车在行驶过程中每一个车轮的转速。
1.2 防抱制动系统执行元件 防抱制动系统执行原件,也是该系统中的重要组成部分,关乎汽车能否安全运行,具体我们做好以下分析。
首先,工作人员在配管中安装设主泵和车轮分泵的过程中,他能够发挥很大的作用,目的是为了调节通向各车油轮油缸的制动油压,以此来实现控制制动力的目标,确保汽车能够安全稳定行驶。
同时为了监视整个汽车系统的工作状况,相关工作人员也要相将相应的制动油压控制在合理的范围内,并借助控制指令第一时间传送到ABS执行原件中去,且发挥援建的最大化作用。
其次 ECU往往是根据汽车车轮速度传感器的车轮速度信号,进一步去推算当前汽车行驶过程中整个车身的速度,当然我们也可以借助其他方式监测各个车轮的运转状况,这样才能够确保汽车制动的安全稳定性。
汽车系统字母代号解释1、ABS 防抱死制动系统2、EBD电子制动力分配3、EBA紧急制动辅助装置4、CBC转弯制动控制5、BAS制动力辅助系统6、BA 机械制动辅助系统7、ASR驱动(轮)防滑系统8、TCS循迹控制系统9、TRC牵引力控制系统Traction Control10、ESP 电控行驶平稳系统11、DSC动态稳定控制系统12、VSC电子稳定装置13、MSR发动机阻力矩控制14、EDS电子差速锁15、OBD车载自动诊断系统16、HUD抬头数字显示Heads Up Display1、ABS是刹车防抱死系统.ABS工作时就相当于以很高的频率进行点刹,于是在紧急情况下踩制动踏板,肯定会感到制动踏板在颤动,同时也会听到制动总泵发出的“哒哒”声,这便是ABS在正常工作。
由于制动总泵在不断调整制动压力,从而对制动踏板有连续的反馈力。
因此,在这种情况下,一定要“坚定不移”地踩住制动踏板,同时采取积极措施避险。
2、EBD是电子制动力分配系统.EBD用高速计算机在汽车制动的瞬间,分别对四只轮胎附着的不同地面进行感应、计算,得出不同的摩擦力数值,使四只轮胎的制动装置根据不同的情况用不同的方式和力量制动,并在运动中不断高速调整,从而保证车辆的平稳、安全。
当紧急刹车车轮抱死的情况下,EBD在ABS动作之前就已经平衡了每一个轮的有效地面抓地力,可以防止出现甩尾和侧移,并缩短汽车制动距离。
EBD实际上是ABS的辅助功能,它可以改善提高ABS的功效。
所以在安全指标上,汽车的性能又多了“ABS+EBD”。
3、EBA是电子控制煞车辅助, 这个系统可以感应驾驶人对煞车踏板的作动需求程度, 当电脑从煞车踏板所侦测到的煞车动作, 来判断驾驶人此次煞车的意图, 如果是属於非常紧急、急迫的煞车, EBA此时将会指示煞车系统产生更高的油压使ABS发挥作用, 而使煞车力更快速的产生减少煞车距离, 电子控制煞车辅助系统尤其是对於脚力较差的妇女及高龄驾驶者, 在规避紧急危险的煞车时甚有帮助。
abs─防抱死制动系统abs英文全称是“anti-lock brake system”。
没有abs时,汽车紧急制动时,四个车轮会被完全抱死,这时只要有轻微侧向力作用(比如倾斜的路面或者地上的一块小石头),汽车就会发生侧滑,甩尾,甚至完全调头。
特别是在弯道行驶时,由于前轮抱死,汽车将因车轮缺乏附着而丧失转向能力,沿着惯性方向向前直至停止。
abs的功能就在于通过控制刹车油压的收放,达到对车轮抱死的控制。
当车轮制动时,安装在车轮上的传感器立即能感知车轮是否抱死,并将信号传给电脑,电脑会马上降低被抱死车轮的制动力,车轮又继续转动,转动到一定程度,电脑又施加制动,这样不断重复,直至汽车完全停下来。
通过“抱死-松开-抱死-松开”的循环工作,车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态。
安装abs后,汽车能显著改善制动性能,有效保证驾乘者的安全。
ebd/ebv─制动力分配装置ebd为英文缩写,其全称是“electric brake force distribution”。
其德文缩写为ebv,全称是“electronic?鄄sche bremsenkraft verteiler”。
通常情况下,由于四只轮胎附着地面的条件不同,因此,汽车制动时,很容易因轮胎与地面的摩擦力不同,产生打滑、倾斜和侧翻等现象。
ebd的功能就是在汽车制动的瞬间,分别计算出4个轮胎摩擦力数值,然后通过调整制动装置,达到制动力与摩擦力(牵引力)的匹配,以保证车辆的平稳和安全。
ebd主要是对abs起辅助功能,提高abs功效。
重踩刹车时,ebd 会在abs作用之前,依据车辆的重量分布和路面条件,有效分配制动力,以使4个车轮得到更接近理想化刹车力的分布。
因此,abs+ebd 就是在abs的基础上,平衡每一个轮的有效地面抓地力,改善刹车力的平衡,防止出现甩尾和侧移,并缩短汽车制动距离,使得汽车的安全性能更胜一筹。
esp─电子稳定程序esp英文全称是“electronic stability program”。
ABS汽车防抱死制动系统设计优秀设计摘要ABS系统可以显著提高或改善汽车紧急制动时的操控性和稳定性,缩短了制动距离,是一种新型的汽车电子控制产品,并得到了越来越广泛的应用。
本文以轿车为研究对象,展开对汽车ABS的研究。
主要完成了以下的工作:通过对单个车轮时的受力分析确定了影响车轮附着系数的主要因素;通过比较电磁感应式轮速传感器和霍尔效应传感器的性能优缺点,采用并设计了霍尔效应式轮速传感器;通过对控制结构的分析设计了以INTEL公司生产的80C196KC单片机为核心的实时控制系统,包括信号输入电路、控制输出电路、驱动电路等硬件部分;经比较各种控制方案,确定了“逻辑门限制法”作为控制方案,并选用加速度和滑移率的组合作为控制参数。
采用事件门限来计算车轮的转速。
本文通过学习比较根据所学只是设计了ABS控制系统。
从理论上实现了ABS 的控制功能,完成了设计要求。
在设计过程中对汽车制动理论和制动装置有了较为深入的了解,扩大了自己的知识面,自己解决问题的能力也得到了提高。
关键词:防抱死制动系统电子控制单元门限值滑移率轮速传感器ABSTRCTAnti-lock Braking System (ABS) is an important device to improve the active safety of vehicle. ABS can greatly improve steering control ability during the brake maneuver and shorten stopping distance. Today with the improvement of the vehicle speed, ABS is applied widely.With the car as the research object, the research on ABS hasbeen carried on. And a series of work were finished:The dynamic situation of wheel was analyzed. Then, the model of hydraulic ABS was built and assured main complication affect the wheeler appendiculate coefficient.By comparing the capability of electromagnetism rotate speed sensor with Houer rotate speed sensor, we chose the later, and have designed a sensor of this kind.Via analyse the control system structure, we have designed a real-time system with the singlechip 80c196kc produced by Intel company .It comprises with signal input, singlechip system, output, drive electro circuit and otherwise parts of hardware segment.After comparing the different projects of the controllers, the method of logic rate has been comfirmed, and the combination of acceleration and slippage rate as been chose as control parameters. The time gate method to calculate the wheel rotate speed was adopted.In this paper, based on the knowledge I have mastered, I designed a ABS system and realized the control function in theory, accomplished my assignment. I have gotten a in-depth understand of motorcar trig theory and equipment. It widen my knowledge scope, improved my ability of solving problems.Kyewords: ABS electronic control slippage gate rotate speed sensor目录1 防抱死制动系统概述 (1)1.1 ABS的功能 (1)1.2 防抱死制动系统的发展历史 (2)1.3 防抱死制动系统的发展趋势 (3)1.4 国内ABS系统研究的理论状态和具有代表的ABS产品公司 (5)2.1 制动时汽车的运动 (7)2.1.1 制动时汽车受力分析 (7)2.1.2 车轮抱死时汽车运动情况 (8)2.2 滑移率定义 (10)2.3 滑移率与附着系数关系 (10)2.4 制动时车轮运动方程 (12)2.5 采用防抱死制动的必要性 (13)2.6 防抱死制动系统的基本工作原理 (14)3 防抱死制动系统硬件设计 (18)3.1 防抱死制动系统的布置形式与组成 (18) 3.1.1防抱死制动系统的布置形式 (18) 3.1.2防抱死制动系统的基本组成 (21) 3.2 80C196KC最小系统 (23)3.2.1 CPU简介 (24)3.2.2 时钟电路设计 (28)3.3 防抱死制动系统轮速传感器选择 (29) 3.3.1霍尔传感器的设计 (32)3.3.2霍尔开关电路的选择 (32)3.3.3传感器齿盘的设计 (34)3.4 防抱死制动调压系统工作过程9 (35) 3.5 电源设计 (39)3.6 信号输入电路设计 (39)3.7 电磁阀驱动电路的设计 (40)3.8 泵电机驱动电路的设计 (43)3.9 ABS系统报警LED灯设计 (44)3.10 EPROM和RAM的扩展 (45)3.11故障诊断硬件电路设计 (47)3.12硬件抗干扰设计 (48)3.13车轮制动器的选择 (52)4.1 控制方案和控制参数的选取 (55)4.2 控制参数及其计算 (56)4.2.1门限减速度的求取 (56)4.2.2门限加速度的求取 (58)4.2.3路面识别技术 (58)4.2.4车身参考速度的确定 (58)4.3 控制过程 (62)4.4 程序设计 (65)5 结论与展望 (67)5.1 研究工作总结 (67)5.2 防抱死制动系统发展方向 (67)参考文献 (70)英文翻译 (68)附录 (77)致谢 (84)1 防抱死制动系统概述1.1 ABS的功能汽车ABS在高速制动时用来防止车轮抱死,ABS是英文Anti-lock Brake Syetem的缩写,全文的意思是防抱死制动系统,简称ABS。
ABS与传统制动系统的联系与区别
防抱死制动系统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,使车轮避过锁死点.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防抑死系统,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%、30%—10%、15%—20%. 普通制动系统在湿滑路面上制动,或在紧急制动的时候,车轮容易因制动力超过轮胎与地面的摩擦力而完全抱死. 近年来由于汽车消费者对安全的日益重视,大部分的车都已将ABS列为标准配备.如果没有ABS,紧急制动通常会造成轮胎抱死,这时,滚动摩擦变成滑动摩擦,制动力大大下降.而且如果前轮抱死,车辆就失去了转向能力;如果后轮先抱死,车辆容易产生侧滑,使行车方向变得无法控制.所以,ABS系统通过电子或机械的控制,以非常快的速度精密的控制制动液压力的收放,来达到防止车轮抱死,确保轮胎的最大制动力以及制动过程中的转向能力,使车辆在紧急制动时也具有躲避障碍的能力.。
ABS与汽车制动系统汽车的制动性也是汽车的主要性能之一。
自从汽车诞生之日起,汽车的制动性就显得至关重要;并且随着汽车技术的发展和汽车行驶车速的提高,其重要性也显得越来越明显。
制动性直接关系到交通安全,重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等情况有关。
所以,汽车的制动性是汽车行驶的重要保障。
汽车的制动性及其评价指标汽车行驶时能在短距离内停车并且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力,以及汽车在一定坡道上能长时间停车不动的驻车制动器性能称为汽车的制动性。
汽车的制动性主要由制动效能、制动效能的恒定性和制动时汽车的方向稳定性三方面来评价。
一、提高汽车安全性的制动控制系统有汽车参与的交通事故中,事故的预防、事故的回避、乘客保护等安全领域与汽车的运动性能有密切的关系。
事故预防中起主要作用的是驾驶员,事故发生瞬间对乘客保护主要是汽车的被动安全设备起作用,而事故的回避则与汽车的制动控制系统有紧密的关系。
在事故预防环节中人和环境的作用是主要的,在事故回避环节中车的作用是主要的。
在汽车中,提高安全性的制动控制系统除了ABS、TCS、ESP(VSC、VDS)等,另外还有BAS(Brake Assist System,制动器辅助系统)。
制动辅助系统BAS是当紧急刹车时,根据踩的速度、力度,制动系统自动感知而输出更强的制动力。
它的工作原理是,令刹车泵里的真空量增加,使你一脚踩下去,制动力度大大提高,从而提高了驾驶安全性。
即使车子已经熄火了,它还会使刹车制动能力保持一段时间。
它的功能是在紧急制动时,提供一个附加的制动力来帮助没能及时形成较大制动力的驾驶员,制动助力加快制动踏板的移动;当司机施加在制动踏板上的制动力不太大时,增加制动力,使车辆的紧急制动性能最佳。
有关调查显示,约有90%的汽车驾驶员紧急情况刹车时缺乏果断,而BAS则能从驾驶员踩下制动踏板的速度,探测车辆行驶情况。
紧急情况下,当驾驶员迅速踩下制动踏板力度不足时,BAS便会启动,并在不足1秒的时间内把制动力增至最大,从而缩短紧急制动刹车距离。
ABS虽然能够缩短刹车距离,但如果驾驶员采用点刹时,车轮往往不会抱死,ABS 没有机会发挥作用。
而制动辅助BAS,则让现有的ABS具有一定的智能。
当驾驶者迅速用力踩下刹车踏板时,BAS就会判断车辆正在紧急刹车,从而启动ABS,迅速增大制动力。
二、 ABS系统的保养与正确使用ABS(防抱死制动系统)作为一种主动安全装置,在现代汽车上运用已经很广泛了。
由于其在制动过程中的控制方式及工作过程与以往普通的制动系统有所区别,因此在使用保养方面也与传统的制动系统有所不同,否则会引发ABS系统故障。
总结多年的维修经验,笔者认为车主在使用装有ABS系统的汽车时要做到“四要”、“四不要”。
四要(1)要始终将脚踩住制动踏板不放松。
这样才能保证足够和连续的制动力,使ABS有效地发挥作用。
(2)要保持足够的制动距离。
当在良好路面上行驶时,至少要保证离前面的车辆有3s的制动时间;在不好的路面上行驶,要留给制动更长一些的时间。
(3)要事先练习使用ABS,这样才能使自己对ABS工作时的制动踏板振颤有准备和适应能力。
(4)要事先阅读汽车驾驶员手册。
这样才能进一步理解各种操作。
四不要(1)不要在驾驶装有ABS的汽车时比没有装ABS的汽车更随意。
有些车主认为汽车装有ABS后,安全性加大,因此在驾驶中思想就会放松,为事故埋下隐患。
(2)不要反复踩制动踏板。
在驾驶有ABS的车时,反复踩制动踏板会使ABS的工作时断时续,导致制动效能降低和制动距离增加。
实际上,ABS本身会以更高速率自动增减制动力,并提供有效的方向控制能力。
(3)不要忘记控制转向盘。
在制动时,ABS系统为驾驶者提供了可靠的方向控制能力,但它本身并不能自动完成汽车的转向操作。
在出现意外状况时,还得需要人来完成转向控制。
(4)不要在制动过程中,被ABS的正常液压工作噪声和制动踏板振颤吓住。
这种声音和振颤都是正常的,且可让驾驶者由此而感知ABS在工作。
经过了一百多年的发展,汽车制动系统的形式已经基本固定下来,但是随着电子(特别是大规模、超大规模集成电路)的发展,汽车制动系统的形式也将发生变化。
BBW(全电路制动,Break-By-Wire)系统的出现,将会彻底颠覆使用液压油或空气作为传力介质的传统制动系统。
全电制动不同于传统的制动系统,因为其传递的是电,而不是液压油或压缩空气,可以省略许多管路和传感器,缩短制动反应时间。
与传统的制动系统相比,BBW具有很多优点:结构简单,省去了传统制动系统中的制动油箱、制动主缸、助力装置、液压阀、复杂的管路系统等部件,使整车质量降低;制动时间短,提高制动性能;无制动液,维护简单;系统总成制造、装配、测试简单快捷,制动分总成为模块化结构;采用电线连接,系统耐久性能良好;易于改进,稍加改进就可以增加各种电控制功能。
作为一种全新的制动系统,BBW给制动系统带来了巨大的变革,为将来的车辆智能控制提供条件。
但是,要想全面推广,还有不少问题需要解决,比如:当前汽车的电力系统不能满足制动能量要求、控制系统失效时的处理和如何清除其它干扰信号对控制系统造成的影响等。
目前BBW系统主要是应用在混合动力制动控制系统汽车上,采用液压制动和电制动两种制动系统;但是随着未来技术的发展,BBW全电路制动系统取代传统制动系统将成为现实。
回答人的补充2010-04-27 15:39汽车ABS技术的发展趋势研究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 BrakingSystem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。
一、ABS的工作原理汽车制动时由于车轮速度与汽车速度之间存在着差异,因而会导致车轮与路面之间产生滑移,当车轮以纯滚动方式与路面接触时,其滑移率为零;当车轮抱死时其滑移率为100%。
当滑移率在8%~35%之间时,能传递最大的制动力。
制动防抱死的基本原理就是依据上述的研究成果,通过控制调节制动力,使制动过程中车轮滑移率控制在合适的范围内,以取得最佳的制动效果。
ABS系统硬件构成主要由传感器(包括轮速传感器、减速度传感器和车速传感器)、电子控制装置、制动压力调节器三大部分组成,形成一个以滑移率为目标的自动控制系统。
传感器测量车轮转速并将这一数据传送至电子控制装置上,控制装置是一个微处理器,它根据车轮转速传感器信号来计算车速。
在制动过程中,车轮转速可与控制装置中预先编制的理想减速度的特性曲线相比较。
如果控制装置判断出车轮减速度太快和车轮即将抱死时,它就发出信号给液压调节器,液压调节器可根据来自控制装置的信号对制动器的卡钳或轮泵的油压进行控制(作用、保持、释放、重新作用)。
这一动作,每秒钟能出现10次以上。
二、ABS技术的发展及应用现状基于制动防抱理论的制动系统首先是应用于火车和飞机上。
1936年,德国博世公司(BOSCH)申请一项电液控制的ABS装置专利,促进了ABS技术在汽车上的应用。
汽车上开始使用ABS始于1950年代中期福特汽车公司,1954年福特汽车公司在林肯车上装用法国航空公司的ABS装置,这种ABS装置控制部分采用机械式,结构复杂,功能相对单一,只有在特定车辆和工况下防抱死才有效,因此制动效果并不理想。
机械结构复杂使ABS装置的可靠性差、控制精度低、价格偏高。
ABS技术在汽车上的推广应用举步艰难。
直到70年代后期,由于电子技术迅猛发展,为ABS技术在汽车上应用提供了可靠的技术支持。
ABS控制部分采用了电子控制,其反应速度、控制精度和可靠性都显著提高,制动效果也明显改善,同时其体积逐步变小,质量逐步减轻,控制与诊断功能不断增强,价格也逐渐降低。
这段时期许多家公司都相继研制了形式多样的ABS装置。
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。