《电子技术在制动系统上的发展与应用》讲义.doc_大学文库

电子技术在制动系统上的发展与应用从汽车诞生时起,车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色早期的制动系统只是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力以完成制动。近年来,随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高,电子技术的飞速发展则给制动系统提供了更广阔的发展空间。本文着重介绍日新月异的电子技术在制动系统上的发展与应用,并就制动系统的未来发展方向提出笔者的观点。、电子技术在制动系统上的发展与应用 (一)主要电子技术在制动系统上的发展与应用 1.防抱死制动系统随着电子技术的发展,世界汽车技术领域最大最显著的成就就是防抱死制动系统(ABS)的使用和推广。早在1936年,德国博世( BSOCH)公司申请了一项电液控制的ABS装置专利促进了防抱死制动系统在汽车上的应用。这一专利被认为是ABS 系统形成中的里程碑,其原理一直沿用至今。最早的ABS的控制部分主要是机械式的,系统相对简单,只有在特定的车辆参数和工况下防抱死效果才显著;在车辆参数及工况发生变化时,防抱死功能就会丧失。直到20世纪70~80年代电子技术有了很大的发展,使得ABS系统性能可靠,不但更具智能化,而且更经济实用,能更广泛地应用到汽车工业之中目前的ABS集微电子技术、精密加工技术、液压控制技术为一体,是机电体化的高技术产品。它的安装大大提高了汽车的主动安全性和操纵性。防抱死装置 ˉ般包括三部分:控制器(电子计算机)、电磁阀与轮速传感器。轮速传感器可以探测到运动参数,如车轮角速度、角加速度、车速等,如果车轮有抱死倾向,此时控制器控制执行系统减小制动压力。当轮速恢复并且地面摩擦力有减小趋势时,控制器又控制执行系统增加制动压力。这样使车轮一直处于最佳的制动状态,最有效地利用地面附着力,得到最佳的制动距离和制动稳定性

电子技术在制动系统上的发展与应用从汽车诞生时起，车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色。早期的制动系统只是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力以完成制动。近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，电子技术的飞速发展则给制动系统提供了更广阔的发展空间。本文着重介绍日新月异的电子技术在制动系统上的发展与应用，并就制动系统的未来发展方向提出笔者的观点。一、电子技术在制动系统上的发展与应用（一）主要电子技术在制动系统上的发展与应用 1．防抱死制动系统随着电子技术的发展，世界汽车技术领域最大最显著的成就就是防抱死制动系统（ABS）的使用和推广。早在 1936 年，德国博世（BSOCH）公司申请了一项电液控制的 ABS 装置专利促进了防抱死制动系统在汽车上的应用。这一专利被认为是 ABS 系统形成中的里程碑，其原理一直沿用至今。最早的 ABS 的控制部分主要是机械式的，系统相对简单，只有在特定的车辆参数和工况下防抱死效果才显著;在车辆参数及工况发生变化时，防抱死功能就会丧失。直到 20 世纪 70～80 年代电子技术有了很大的发展，使得 ABS 系统性能可靠，不但更具智能化，而且更经济实用，能更广泛地应用到汽车工业之中。目前的 ABS 集微电子技术、精密加工技术、液压控制技术为一体，是机电一体化的高技术产品。它的安装大大提高了汽车的主动安全性和操纵性。防抱死装置一般包括三部分:控制器（电子计算机）、电磁阀与轮速传感器。轮速传感器可以探测到运动参数，如车轮角速度、角加速度、车速等，如果车轮有抱死倾向，此时控制器控制执行系统减小制动压力。当轮速恢复并且地面摩擦力有减小趋势时，控制器又控制执行系统增加制动压力。这样使车轮一直处于最佳的制动状态，最有效地利用地面附着力，得到最佳的制动距离和制动稳定性

目前,一些国家和地区(如欧洲、日本、美国等)已制定法规,使ABS成为汽车的标准装备。以1992年欧共体巸EC岀台的制动法规为例,该法规规定了03、 N2、N3及M3类部分车型强制装备ABS的时间表。而我国在制动法规中只规定了最大总质量大于12000kg的M3类旅游客车和最大总质量超过16000kg允许挂接04类挂车的N3类车辆必须安装符合GB1359中规定的一类防抱死制动系统[1]。由此可以看出,我国对装备ABS的要求还远远低于国外的要求。 2.防滑控制系统在车辆防抱死制动控制系统(ABS)发展成为成熟的产品之后,20世纪80 年代中后期,防滑控制系统(ASR)也得到了发展。ASR系统利用驱动轮上的车速传感器,当感受到驱动轮打滑时,控制元件便通过油门降低转速,使之不再打滑,防止因急剧加速而令车轮转速剧增或汽车突然偏离直线。它可以在起步或弯道中速度发生急剧变化时,改善车轮与地面的附着力,提高其安全性能。该系统当任何一个或两个车轮均不受控制而打滑时,会自动减低发动机输出功率并制动受影响的车轮, 因此在冰雪路面或湿滑路面上,有其优越的特点。此外,还能使汽车在车轮开始制动的瞬间,使发动机以最小的输出扭力,配合制动压力的控制,来达到最大的减速性能。车轮的驱动打滑与制动抱死是很类似的问题。在汽车起动或加速时,或者汽车行驶在湿滑路面时因驱动力过大而使驱动轮高速旋转,超过摩擦极限而引起打滑,此时,车轮同样不具有足够的侧向力来保持车辆的稳定,车轮切向力也减少,影响加速性能。由此看出,防止车轮打滑与抱死都是要控制汽车的滑移率,所以在ABS系统的基础上发展了驱动防滑系统(ASR)。 ASR大多借用ABS的硬件,两者共存一体,发展成为ABS/ASR系统目前,ABS/ASR已在欧洲载货车新车中普遍使用,并且欧共体法规 EEC/71/320已强制性规定在总质量大于3.5t的某些载货车上使用,重型车是首先装用的[2]。而在我国还没有这方面的强制规定 3.电子控制制动系统

目前，一些国家和地区（如欧洲、日本、美国等）已制定法规，使 ABS 成为汽车的标准装备。以 1992 年欧共体 EEC 出台的制动法规为例，该法规规定了 O3、 N2、N3 及 M3 类部分车型强制装备 ABS 的时间表。而我国在制动法规中只规定了最大总质量大于 12000kg 的 M3 类旅游客车和最大总质量超过 16000kg 允许挂接 O4 类挂车的 N3 类车辆必须安装符合 GB13594 中规定的一类防抱死制动系统[1]。由此可以看出，我国对装备 ABS 的要求还远远低于国外的要求。 2．防滑控制系统在车辆防抱死制动控制系统（ABS）发展成为成熟的产品之后，20 世纪 80 年代中后期，防滑控制系统（ASR）也得到了发展。ASR 系统利用驱动轮上的车速传感器，当感受到驱动轮打滑时，控制元件便通过油门降低转速，使之不再打滑，防止因急剧加速而令车轮转速剧增或汽车突然偏离直线。它可以在起步或弯道中速度发生急剧变化时，改善车轮与地面的附着力，提高其安全性能。该系统当任何一个或两个车轮均不受控制而打滑时，会自动减低发动机输出功率并制动受影响的车轮，因此在冰雪路面或湿滑路面上，有其优越的特点。此外，还能使汽车在车轮开始制动的瞬间，使发动机以最小的输出扭力，配合制动压力的控制，来达到最大的减速性能。车轮的驱动打滑与制动抱死是很类似的问题。在汽车起动或加速时，或者汽车行驶在湿滑路面时因驱动力过大而使驱动轮高速旋转，超过摩擦极限而引起打滑，此时，车轮同样不具有足够的侧向力来保持车辆的稳定，车轮切向力也减少，影响加速性能。由此看出，防止车轮打滑与抱死都是要控制汽车的滑移率，所以在 ABS 系统的基础上发展了驱动防滑系统（ASR）。 ASR 大多借用 ABS 的硬件，两者共存一体，发展成为 ABS/ASR 系统。目前，ABS/ASR 已在欧洲载货车新车中普遍使用，并且欧共体法规 EEC/71/320 已强制性规定在总质量大于 3.5t 的某些载货车上使用，重型车是首先装用的[2]。而在我国还没有这方面的强制规定。 3．电子控制制动系统

ABS/ASR只是解决了紧急制动时附着系数的利用,并可获得较短的制动距离及制动方向的稳定性,但是它不能解决制动系统中的所有缺陷。因此ABS/ASR就进一步发展演变成电子控制制动系统(EBS)[2]。对于采用气制动系统的汽车来讲 EBS系统主要由气压制动系统和电子控制系统组成。气压制动系统包括制动踏板、储气筒、气压控制阀、气压制动管路和制动气室等。电子控制系统主要包括ECU控制器、各种传感器(如3D力传感器、制动器摩擦片磨损传感器、耦合力传感器等) 及电子控制线路等。它在ABS/ASR功能之外又增加了很多新的功能,最重要的特点是各个车轮上的制动力可以独立控制。ABS只有在极端情况下(车轮完全抱死)才会控制制动,在部分制动时,电子制动便可控制单个制动压力,因此反应时间缩短, 确保在任一瞬间得到正确的制动压力。 EBS系统的优点是:由于使用了电子系统,减少了制动系统机械传动的滞后时间,缩短了制动距离,从而增加了交通安全性。它在低制动强度时,使制动摩擦片磨损最小;在中等制动强度时,利用ABS功能达到最佳的道路附着系数利用率;而在高制动强度时,则可以施加最大的制动压力,从而获得最佳的控制制动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。德国的博世公司在1993年与斯堪尼亚公司联合首次在其牵引车及挂车上装用了EBS[2]。目前国内的汽车企业在应用EBS技术上还属于起步阶段,距离实际应用尚需时日,因为无论是整车技术参数匹配还是各种性能试验都是一个漫长而繁复的过程。因此EBS要想在实际中应用开来,并不是一个简单的问题,除技术尚需进一步完善外,系统的成本和相关的法规也是其投入应用的关键然而EBS作为一个全新的系统,它还是有很大的潜力,必将给现在及将来的制动系统带来变革 (二)其他电子技术在制动系统上的发展以下简要介绍一下其它电子技术在制动系统上的发展。作为电子控制系统, 它们都是在ABS系统的基础上发展起来并与ABS配合使用的。目前国外汽车业仅在采用液压制动的轿车上使用过,对我们来讲先期了解还是十分必要的

ABS/ASR 只是解决了紧急制动时附着系数的利用，并可获得较短的制动距离及制动方向的稳定性，但是它不能解决制动系统中的所有缺陷。因此 ABS/ASR 就进一步发展演变成电子控制制动系统（EBS）[2]。对于采用气制动系统的汽车来讲， EBS 系统主要由气压制动系统和电子控制系统组成。气压制动系统包括制动踏板、储气筒、气压控制阀、气压制动管路和制动气室等。电子控制系统主要包括 ECU 控制器、各种传感器（如 3D 力传感器、制动器摩擦片磨损传感器、耦合力传感器等）及电子控制线路等。它在 ABS/ASR 功能之外又增加了很多新的功能，最重要的特点是各个车轮上的制动力可以独立控制。ABS 只有在极端情况下（车轮完全抱死）才会控制制动，在部分制动时，电子制动便可控制单个制动压力，因此反应时间缩短，确保在任一瞬间得到正确的制动压力。 EBS 系统的优点是:由于使用了电子系统，减少了制动系统机械传动的滞后时间，缩短了制动距离，从而增加了交通安全性。它在低制动强度时，使制动摩擦片磨损最小;在中等制动强度时，利用 ABS 功能达到最佳的道路附着系数利用率;而在高制动强度时，则可以施加最大的制动压力，从而获得最佳的控制制动力。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。德国的博世公司在 1993 年与斯堪尼亚公司联合首次在其牵引车及挂车上装用了 EBS[2]。目前国内的汽车企业在应用 EBS 技术上还属于起步阶段，距离实际应用尚需时日，因为无论是整车技术参数匹配还是各种性能试验都是一个漫长而繁复的过程。因此 EBS 要想在实际中应用开来，并不是一个简单的问题，除技术尚需进一步完善外，系统的成本和相关的法规也是其投入应用的关键。然而 EBS 作为一个全新的系统，它还是有很大的潜力，必将给现在及将来的制动系统带来变革。（二）其他电子技术在制动系统上的发展以下简要介绍一下其它电子技术在制动系统上的发展。作为电子控制系统，它们都是在 ABS 系统的基础上发展起来并与 ABS 配合使用的。目前国外汽车业仅在采用液压制动的轿车上使用过，对我们来讲先期了解还是十分必要的

全电制动控制系统是一个全新的系统,给制动控制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: (1)驱动能源问题。采用全电路制动控制系统,需要较多的能源,一个盘式制动器大约需要lkW的驱动能量。目前车辆12V电力系统提供不了这么大的能量, 因此,将来车辆动力系统采用高压电,加大能源供应,可以满足制动能量要求,而同时需要解决高电压带来的安全问题。 (2)控制系统失效处理。全电制动控制系统面临的一个难题是制动失效的处理。因为不存在独立的主动备用制动系统,因此需要一个备用系统保证制动安全不论是ECU元件失效,传感器失效还是制动器本身或线束失效,都能保证制动的基本性能。 (3)抗干扰处理。车辆在运行过程中会有各种干扰信号,如何消除这些干扰信号造成的影响,这也是一个难题。目前存在多种抗干扰控制系统,但方法各有优缺点,都不能完全解决抗干扰问题 (4)电制动控制系统的软件和硬件如何实现部件化,以适应不同种类的车型需要;如何实现底盘的部件化,也是一个重要的难题。只有将制动、转向、悬架导航等系统进行综合考虑,从算法上部件化,建立数据总线系统,才能以最低的成本获得最好的控制系统。三、结论综合汽车制动系统的发展来看,现代汽车制动技术正朝着电子制动方向发展,从最开始的单一电子控制到正在发展中的全电控制都以改善汽车制动性能、增加汽车的清洁与舒适性为目标,给汽车工业造成了巨大影响。但电子技术的应用也不是一帆风顺的,它不仅受电子技术发展的制约,同时车辆技术、各国具体国情、公众的接受程度和法规的制定也限制了它的发展。以ABS系统为例,从ABS技术的出现到ABS的标准出台,再到装备ABS法规的强制执行,在欧洲经历了50年左右的时间。而在我国,虽然从ABS的研究到制动法规的推行只经历了不到20年的时间, 但并不代表法规已贯彻到底,这和我国经济发展水平、大众消费心理、汽车厂家的

全电制动控制系统是一个全新的系统，给制动控制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: （1）驱动能源问题。采用全电路制动控制系统，需要较多的能源，一个盘式制动器大约需要 1kW 的驱动能量。目前车辆 12V 电力系统提供不了这么大的能量，因此，将来车辆动力系统采用高压电，加大能源供应，可以满足制动能量要求，而同时需要解决高电压带来的安全问题。（2）控制系统失效处理。全电制动控制系统面临的一个难题是制动失效的处理。因为不存在独立的主动备用制动系统，因此需要一个备用系统保证制动安全，不论是 ECU 元件失效，传感器失效还是制动器本身或线束失效，都能保证制动的基本性能。（3）抗干扰处理。车辆在运行过程中会有各种干扰信号，如何消除这些干扰信号造成的影响，这也是一个难题。目前存在多种抗干扰控制系统，但方法各有优缺点，都不能完全解决抗干扰问题。（4）电制动控制系统的软件和硬件如何实现部件化，以适应不同种类的车型需要;如何实现底盘的部件化，也是一个重要的难题。只有将制动、转向、悬架、导航等系统进行综合考虑，从算法上部件化，建立数据总线系统，才能以最低的成本获得最好的控制系统。三、结论综合汽车制动系统的发展来看，现代汽车制动技术正朝着电子制动方向发展，从最开始的单一电子控制到正在发展中的全电控制都以改善汽车制动性能、增加汽车的清洁与舒适性为目标，给汽车工业造成了巨大影响。但电子技术的应用也不是一帆风顺的，它不仅受电子技术发展的制约，同时车辆技术、各国具体国情、公众的接受程度和法规的制定也限制了它的发展。以 ABS 系统为例，从 ABS 技术的出现到 ABS 的标准出台，再到装备 ABS 法规的强制执行，在欧洲经历了 50 年左右的时间。而在我国，虽然从 ABS 的研究到制动法规的推行只经历了不到 20 年的时间，但并不代表法规已贯彻到底，这和我国经济发展水平、大众消费心理、汽车厂家的