汽车专业毕业设计论文—ABS系统的原理与检修.doc
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1、ABS系统的原理与维修 摘要: “ABS” 是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统。它的主要作用是改善整车的制动性能,提高行车安全性,防止在制动过程中车轮抱死(即停止滚动),从而保证驾驶员在制动时还能控制方向,并防止后轴侧滑。现代汽车上大量安装防抱死制动系统,ABS既有普通制动系统的制动功能,又能防止车轮锁死,使汽车在制动状态下仍能转向,保证汽车的制动方向稳定性,防止产生侧滑和跑偏,是目前汽车上最先进、制动效果最佳的制动装置。本论文重点介绍了福特车系坦孚(Treves)式ABS、达科(Delco)式ABS的维修。关键词:ABS系统;ABS原理;福特车系坦孚式ABS的维修第一章 汽车AB
2、S的发展历程第一节 ABS在国外的发展历程ABS系统的发展可以追溯到本世纪初期,早在1928年制动防抱理论就被提出,在30年代机械式制动防抱系统就开始在火车和飞机上获得应用,博世(BOSCH)公司在1936年第一个获得了用电磁式车轮转速传感器获取车轮转速的制动防抱系统的专利权。进入50年代,汽车制动防抱系统开始受到较为广泛的关注。福特(FORD)公司曾于1954年将飞机的制动防抱系统移置在林肯(LINCOIN)轿车上,凯尔塞海伊斯(KELSEHAYES)公司在1957年对称为AUTOMATIC的制动防抱系统进行了试验研究,研究结果表明制动防抱系统确实可以在制动过程中防止汽车失去方向控制,并且能
3、够缩短制动距离;克莱斯勒(CHRYSLER)公司在这一时期也对称为SKIDCONTROL的制动防抱系统进行了试验研究。由于这一时期的各种制动防抱系统采用的都是机械式车轮转速传感器的机械式制动压力调节装置,因此,获取的车轮转速信号不够精确,制动压力调节的适时性和精确性也难于保证,控制效果并不理想。随着电子技术的发展,电子控制制动防抱系统的发展成为可能。在60年代后期和70年代初期,一些电子控制的制动防抱系统开始进入产品化阶段。凯尔塞海伊斯公司在1968年研制生产了称为SURE-TRACK两轮制动防抱系统,该系统由电子控制装置根据电磁式转速传感器输入的后轮转速信号,对制动过程中后轮的运动状态进行判
4、定,通过控制由真空驱动的制动压力调节装置对后制动轮缸的制动压力进行调节,并在1969年被福特公司装备在雷鸟(THUNDERBIRD)和大陆马克III(CONTINENTALMKIII)轿车上。克莱斯勒公司与本迪克斯(BENDIX)公司合作研制的称为SURE-TRACK的能防止4个车轮被制动抱死的系统,在1971年开始装备帝国(IMPERIAL)轿车,其结构原理与凯尔塞海伊斯的SURE-TRACK基本相同,两者不同之处,只是在于两个还是四个车轮有防抱制动。博世公司和泰威士(TEVES)公司在这一时期也都研制了各自第一代电子控制制动防抱系统,这两种制动防抱系统都是由电子控制装置对设置在制动管路中的
5、电磁阀进行控制,直接对各制动轮以电子控制压力进行调节。别克(BUICK)公司在1971年研制了由电子控制装置自动中断发动机点火,以减小发动机输出转矩,防止驱动车轮发生滑转的驱动防抱转系统。瓦布科(WABCO)公司与奔驰(BENZ)公司合作,在1975年首次将制动防抱系统装备在气压制动的载贷汽车上。这一时期的各种ABS系统都是采用模拟式电子控制装置,由于模拟式电子控制装置存在着反应速慢、控制精度低、易受干扰等缺陷,致使各种ABS系统均末达到预期的控制效果,所以,这些防抱控制系统很快就不再被采用了。进入70年代后期,数字式电子技术和大规模集成电路的迅速发展,为ABS系统向实用化发展奠定了技术基础。
6、博世公司在1978年首先推出了采用数字式电子控制装置的制动防泡系统-博世ABS,并且装置在奔驰轿车上,由此揭开了现代ABS系统发展的序幕。尽管博世ABS2的电子控制装置仍然是由分离元件组成的控制装置,但由于数字式电子控制装置与模拟式电子控制装置相比,其反应速度、控制精度和可靠性都显著提高,因此,博世ABS2的控制效果己相当理想。从此之后,欧、美、日的许多制动器专业公司和汽车公司相继研制了形式多详的ABS系统。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
7、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 Braking System)名词在历史上第一次出现。世界上第一具ABS原型机于1966年出现,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年和奔驰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
8、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。“ABS 2”在3年的努力后诞生!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。两家德国车厂奔驰与宝马于1978年底决定将ABS 2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
9、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。1900年代前半期ABS系统逐渐开始普及于量产车款。Bosch在1993年推出ABS 2E的改良版。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。根据ACEA(欧洲车辆制造协会)的调查,今天每一辆欧洲大陆境内所生产的新车都搭载了ABS系统,全世界也有超过60的新车拥有此项装置。第二节A
10、BS在国内的发展情况与国际市场相比,我国汽车ABS的研究和生产得起步较晚,在十九世纪80年代初,我国才开始进行防抱死制动系统的前期研究。在这期间,东风汽车公司、长春汽车研究所、西安公路学院等单位做了许多防抱死制动系统的基础理论研究。西安公路学院与西安飞机公司合作,首次将飞机ABS系统移置汽车上,并做了大量试验工作,取得一定的进步。我国的东风汽车公司、交通部重庆公路研究所、重庆宏安ABS有限公司、陕西兴平514厂、西安公路学院等单位已经在从事汽车防抱死制动系统的研究。而我国初期对汽车防抱死制造系统的研究主要是对国外汽车ABS技术进行跟踪,通过引进国外汽车ABS产品进行技术消化和吸收,积累研究基础
11、和经验。例如:东风汽车公司从80年代初就开始研究ABS,是我国较早研究ABS的厂家之一,将德国威伯科公司的ABS装于EQ1141G型汽车上进行各种试验研究。重庆公路研究所的第一代汽车防抱死制动系统的电子控制单元(ECU ) 采用了Z80芯片, 第二代ABS 产品采用了MCS296 系列8098 单片机, 控制软件、传感器和执行器都由自己研制。1984 年,西安兴平514 厂研制出了第一代防抱制动系统,之后西安兴平514 厂与西安公路交通大学合作研制了第二代防抱制动系统,增设了路面识别功能的电路。重庆宏安公司于1993 年开始生产汽车防抱死制动系统,当年大约生产汽车防抱死制动系5000套。199
12、5年,重型汽车研究中心对自己研制的ABS 系统进行了道路试验, 但存在一些问题, 随后, 课题组重新设计了软件及硬件, 所生产的ABS 基本上已达到国外产品的性能。清华大学在分析Bosch公司的汽车防抱死制动系统和Bendix公司的汽车防抱死制动系统的基础上研发了两代汽车ABS。清华大学开发研制了ABS 软件, 进行了Bosch ABS 与南京IVECO 旅行车, 以及Bendix ABS 与克莱斯勒吉普车的匹配工作。在“九五”时期,随着我国改革开放的发展和我国汽车工业的发展壮大,国外汽车防抱死制动系统生产企业开始在我国投资设厂。美国捷特国际企业股份有限公司1995 年底在上海嘉定区戬滨投资设
13、立组装厂, 成立上海捷特安全设备有限公司, 生产机械式ABS(该厂现在已经注销转产)。德国Wabco 公司于1996 年在山东与中方合资组建了山东威明汽车产品有限公司,生产商用车的防抱死制动系统的部件及其他产品。ITT汽车工业公司在1994 年和1996 年在上海成立了两家合资企业,一家是上海汽车制动系统有限公司(现外资方为TEVES), 1997年开始生产汽车防抱死制动系统,1998年5月向上海大众和一汽大众提供汽车防抱死制动系统配套产品;另一家是上海汽车电器系统有限公司(现为法雷奥汽车电机), 生产用于防抱系统的汽车微电机。1998 年广州经济开发区成立了广州博世制动系统有限公司(现改名为
14、亚新科,博世ABS生产转到苏州),生产Bosch 公司的ABS 产品。2000年以后,由于我国汽车工业持续多年高速发展以及汽车安全日益得到国家相关管理部门、汽车厂商和消费者的重视,我国相继颁布了强制安装汽车ABS的法规及要求。这有力地推动了我国汽车防抱死制动系统市场的发展。从2000年起,我国企业投入汽车ABS的研究、开发和生产的企业越来越多,已经有广州科密、重庆聚能、西安正昌、焦作制动器、东风制动、浙江万安、浙江瑞立、浙江亚太机电、江苏黄海汽配、浙江万向等国内企业在从事汽车防抱死制动系统产品的生产。天津爱德克斯(ADVICS)汽车零部件有限公司、广州日立优喜雅(Unisia)汽车配件有限公司
15、、上海汽车制动系统有限公司、博世汽车部件(苏州)有限公司、中山日信工业有限公司、万都底盘部件(苏州)有限公司、山东威明汽车产品有限公司、德尔福(上海)动力推进系统有限公司等外资(合资)企业已经在从事汽车防抱死制动系统产品的生产。在法规方面,我国于1993年4月1日起实施了汽车防抱死制动系统性能要求和试验方法(GB13594-92),为ABS由选装件变为标准装备提供了试验方法和依据。随后又于1999年10月1日实施了汽车制动系统结构、性能和试验方法(GB12676-1999),4年以后,即2003年10月1日,其中第4.2.20条(最大总质量大于12000kg的M3类旅游客车和最大总质量超过16
16、000kg,允许挂接04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装置)和第4.3.13条(类挂车必须安装符合GB13594中要求的防抱死制动装置)将强制实施。2004年7月12日,国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会共同批准发布的国家标准机动车运行安全技术条件(GB/T7258-2004),代替了1997年版的同名标准。新GB7258规定:“总质量大于12000kg的长途客车和旅游客车、总质量大于16000 kg允许挂接总质量大于10000 kg的挂车的货车及总质量大于10000kg的挂车必须安装符合GB/T13594规定的防抱死制动装置。” 新GB72
17、58的前言指出:国家“从新GB7258发布之日起第7个月开始对新注册车实施”这一规定。最近几年,中国汽车工业发展迅速,至2006年我国生产的乘用车中,价格在8万元以上的轿车基本上都配置了ABS。甚至产品价格比较低的长安奔奔(价格在3.98-4.68万元之间)也配置了ABS。上海通用、上海大众、一汽大众、广州本田、一汽丰田等企业生产的汽车已经全部配置了ABS。第二章 ABS的结构与工作原理制动防抱死系统的主要作用就是把滑移率控制在10到20之间,此时轮胎与路面间具有较高的纵向与侧向附着系数,使汽车获得较高的制动效能,且可保持对汽车方向的控制能力。第一节 ABS的控制方式为了在制动时将滑移率控制在
18、理想滑移率附近的狭小范围之内,ABS就要对制动系统压力进行反复调节,其控制方式直接决定ABS的控制效果. 一、控制方式的种类 目前,ABS控制方式很多,主要有逻辑门限值控制、最优控制和滑动模态变结构控制等。但目前绝大多数都是采用逻辑门限值控制方式。根据现代控制理论提出的最优控制和滑动模态变结构控制等控制方式,从理论上分析,这些控制方式具有极其优异的防抱制动性能,但这些控制方式为了获取数学模型中所需的相关控制参数及状态变量,均需要准确和实时地确定汽车速度(汽车瞬时速度)。然而在汽车制动过程中,车速和轮速并不相等,而目前都是通过车速传感器的信号间接地计出车速在准确性相实时性上都不能满足这些控制方式
19、的要求。而能满足要求的车速传感器,如多谱勒(DopplM)雷达等,其成本太高、技术复杂且很少采用;加之实现这些控制方式的执行器也比较复杂,因而这些控制方式目前真正实际应用的很少。因此,观发展至今,大多数产品仍是采用逻辑门限值控制方式。所谓逻辑门限值控制,通常是预先选择一些运动参数作为控制参数,并设定相应控制门限值。在制动时,将检测的实际参数与ECU内设定的门限值进行比较,按照一定的逻辑,根据比较的结果,适时地对制动系压力进行控制和调节。这种控制方式不涉及具体的控制数学模型,避免了大量的数学计算,所需的控制参数也比较少,故结构简单,成本降低。另外这种控制方式的执行器也比较容易实现。该种控制方式的
20、缺点是系统的控制逻辑比较复杂,控制不够平稳,但人们经过大量的实践和实验,只要在控制逻辑中多考虑一些实际情况,控制参数的门限值选得合适,并通过微处理器进行控制,其效果还是相当理想的。 二、逻辑门限值控制方式的控制参数控制参数的选用是否得当,不仅关系到ABS的控制逻辑和实用性能,而且关系到ABS的整体结构和产品成本。在逻辑门限值控制方式中,普遍选用的控制参数有车轮减速度(或角减速度)、加速度(或角加速度)和车轮滑移率。在ABS的实际控制中,一般很少单独采用其中某一种参数的门限值进行控制,多是以车轮加、减速度门限和滑移率门限等多种参数结合进行控制。因为单独采用其中任何一种参数门限进行控制都存在较大的
21、局限性。例如,仅以车轮加、减速度作为控制门限,当汽车在低附着系数的路面上高速行驶时进行紧急制动,在车轮滑移率进入非稳定区域还较远时车轮减速度达到控制门限值,反应时间过短,附着系数利用率低,严重影响其控制效果。车轮滑移率会在定范围内变化,如果仅以固定的滑移率门限值作为控制门限,就很难适应各种路面,不能保证在各种路面情况下都能获得最佳效果.因此,般多采用加、减速度和滑移率的门限值进行综合控制,它具有较高的自适应性控制能力,能保证在各种行驶状态和不同路面情况下,都能较好地实现制动防抱控制。实用中,通常是将车轮的减速度和加速度作为主要控制门限。而将车轮滑移率作为辅助控制门限。只有在低附着系数路面上且低
22、速行驶情况下制动时,转而以滑移率作为主要控制门限,车轮减、加速度作为辅助控制门限。在逻辑门限值控制方式中,车轮加速度和减速度可由电子控制器根据轮速传感器输入的信号经过计算确定。而车轮的实际滑移率多数是由电子控制器根据轮速传感器输入的信号按照一定的逻辑计算或确定参考车速,然后再根据参考车速和车轮角速度来计算。由于参考车速并不是真实车速,只是实际车速的一种近似,因此通常将计算出的车轮滑移率称为参考滑移率。第二节 ABS的组成与工作原理一、 制动防抱死系统的组成通常的制动防抱死系统都是由车轮传速传感器,ECU,制动压力调节装置和报警灯等组成。制动压力调节装置主要由调压电池阀总成,电动泵总成和储液器组
23、成。下图2-1是典型的ABS系统的组成图。图2-1 典型的ABS系统组成1-车轮车速传感器;2-右前制动器;3-制动主缸;4-储液室;5-真空助力器;6-电子控制装置;7-右后制动器;8-左后制动器;9-比例阀;10-ABS警示灯;11-储液器;12-调压电池阀总成;13-电动泵总成;14-左前制动阀 在该系统中,每个车轮都安装上一个转速传感器,将关于各个车轮转速的信号输入ECU。ECU根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测和判定,并形成相应的控制指令。该指令指使制动压力调节装置对各个制动轮缸的制动压力进行调节,使车轮的滑动率控制在10%到20%之间。比列阀通过控制前后轮制
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