浅析汽车防抱死制动系统.doc

烟台汽车工程职业学院学生毕业论文浅析汽车防抱死制动系统学生姓名： 巴 帅 入学时间： 2006 年 9 月 专业名称： 汽 车 电 子 技 术 班 级：06汽车电子技术（1）班 指导教师： 王 晶 职 称： 讲 师 烟台汽车工程职业学院二九年五月课题的主要内容：通过介绍汽车防抱死制动系统（ABS）的发展，ABS的结构与工作原理，ABS的使用常识，带人们走出ABS的误区，以及ABS的市场前景和周边产品。希望能让大家对ABS有进一步的了解。其中，ABS的发展介绍了历史上两次大的发展，使人们能够了解到ABS的使用范围再不断扩大，其市场前景也是不可估量的。同时也能看出ABS的发展不断提高着汽车的安全行驶性能。第二章介绍了ABS的结构由车轮转速传感器、电子控制器、制动压力调节器组成，以及它的工作原理。第三章带领人们走出ABS的误区，同时介绍了一些ABS的使用常识。第四章介绍了ABS的市场发展和周边产品。结尾对全文进行了大体的概括并展望了ABS的美好前景。基本要求：内容要研究主题明确、问题集中、论证严密可靠、有明显的专业特色、有新见解。技术方面要做到自己的研究结果与他人的观点、材料、数据等不相混淆，引用他人的观点、材料、数据等注明来源；独立完成论文，在准备和撰写过程中接受导师指导、采纳专家建议、获得他人帮助等应实事求是地表示感谢，但不能把未对论文提供帮助的名人等列入致谢之列；涉及到的背景知识、引用的资料和数据准确无误，所用概念、术语、符号、公式等符合学术规范，没有严重错误或使用严重错译的译文；对问题的论述完整、系统、逻辑严密，关键词得当；语言精练，语句规范。摘 要在驾驶员、汽车和环境三者组成的系统中，汽车和环境之间的最基本的联系是轮胎与地面之间的作用力。由于汽车行驶状态主要是由轮胎与地面之间的纵向作用力和横向作用力决定的，因此车轮与地面之间的作用力必然要受到轮胎与路面之间附着力的限制。ABS系统可最大限度地利用轮胎与路面之间的纵向和横向附着系数，从而在制动过程中增强汽车的稳定性，防止侧滑和摆尾，同时在紧急制动过程中保持转向操作的稳定性能，有效利用纵向附着力可以缩短汽车制动距离，减轻轮胎磨损。本文在阅读大量文献基础上，介绍了汽车防抱死制动系统（ABS）的发展，ABS的结构与工作原理，ABS的使用常识，带人们走出ABS的误区，以及ABS的市场前景和周边产品。通过本文的介绍，希望能让大家对ABS有进一步的了解。关键词：ABS 制动系统 防抱死目 录1. 汽车制动防抱死技术的发展11.1 制动防抱死技术的第一次大发展11.2 制动防抱死装置的第二次大发展11.3 本章小结22ABS的结构与工作原理32.1 ABS的结构32.2 ABS的工作原理32.3 本章小结43. ABS的使用误区与使用常识53.1 ABS的误区53.2 走出ABS误区53.3 ABS使用常识53.4 本章小结74. ABS的市场发展及周边产品84.1 ABS的市场发展84.2 ABS的周边产品84.3 本章小结95总结与展望10参考文献12致 谢13浅析汽车防抱死制动系统 烟台汽车工程职业学院毕业论文1. 汽车制动防抱死技术的发展1.1 制动防抱死技术的第一次大发展汽车制动防抱死装置(英文为Antilock Braking System简称ABS)的基本功能就是可感知制动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y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突出成就的一项应用。可使得汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离，有效地提高了行车的安全性。 据欧洲各国统计，应用了制动防抱死技术后，交通事故摩托车减少10%，轿车和轻型货车减少8%，公共汽车减少4%，重型货车减少10%，平均起来减少7.5%。汽车制动防抱死系统这一优点，一直在激励着各国的汽车工程师致力于这方面的研究工作。其中英国和德国的学者为此付出了更多的努力和心血。他们也是这项技术的先驱者。1965年前后，制动防抱死装置开始安装在汽车上进行路试。1968年底，它在英国成功地安装在半挂拖车机组的牵引头的后轮上，并投入实际运营。其后十年间，制动防抱死装置主要是装在这种铰接车辆上，有效地解决了铰接车辆在制动时常发生的折转问题。在刚性车辆上如客车、高档小轿车上也有少量的应用。仅据英国统计，在这十年间，总共六千辆铰接车辆安装了制动防抱死装置。制动防抱死系统的优点也引起了政府交通管理部门的兴趣。1971年，瑞典国家交通安全组织敦促所有的路面机动车辆和拖车的制动系统都应设计或能充分利用车轮和路面间的附着能力且不应该有车轮抱死现象发生，并且预告，这种要求要在1975年变成法律而强制实施。瑞典政府的这一要求使得欧洲汽车工业界大为振奋，他们看到了政府对制动防抱死这一技术的发明和应用的态度，于是纷纷投入大量的人力、物力、财力进行制动防抱死装置的研究，由此引来了制动防抱死技术的第一次大发展。1.2 制动防抱死装置的第二次大发展进入80年代，制动防抱死装置又迎来了它的第二次大发展。在80年代初期，欧美各国突然加速了新的防抱死装置的研究和应用。制动防抱死装置在家用轿车和商用货车上的应用使市场迅速膨胀。这样大大刺激了各制动防抱死装置生产厂家投入更多的力量研制性能更好、结构更简单、使用更可靠、价格性能比更低的制动防抱死装置。于此同时，制动防抱死系统在汽车上的布置方案也迅速增多。例如对于豪华型家用轿车，以前仅有三通道、四通道两种布置方案：进入80年代以后，由于中档家用轿车对制动防抱死装置韵需求，同时又考虑到此种装置占整车价格的比例，于是相对简单的各种二通道、一通道制动防孢死装置应运而生。这是70年代没有预见到的。 由于新的制动防抱死装置布置方案的出现，1979年通过的第13号补充法规不能完全适用。于是欧洲国家又从1982年起对13号补充法规进行了修订，于1985年形成了新的文本。80年代中期以后，借助于电子控制技术的迅速进步，制动防抱死系统反应更灵敏、成本更降低、安装更方便、维修更容易、价格更易被中小型家用轿车所接受。1987年，欧共体颁布了一项法规，要求从1991年起，欧共体成员国生产的所有新车型均需装备制动防抱死装置，同时规定凡载重16t以上的货车必须装备制动防抱死装置，并且禁止无此装置的汽车进口。日本规定，从1991年起，对总质量超过13t的牵引车、总质量超过10t的运送危险品的拖车、在高速公路上行驶的大客车都必须安装制动防抱死装置。现今，德国生产的轿车已有21%装备了制动防抱死装置。它主要应用在豪华轿车上，但占总量60%以上的中低档家用轿车应用这种系统的还不多。主要原因是这种系统价格较高，占中低档轿车的整车价格比例较大。美国福特汽车公司生产的货车，制动防抱死系统的配备率达94%，而通用汽车公司1994年生产的货车和客车则全部装备了这种装置。预计在今后的五年里，世界范围内制动防抱死装置在汽车上的装有率将达到80%。1.3 本章小结本章介绍了ABS系统的两次大发展，从文中能够看出ABS的发展是曲折的，人们对ABS的需求在不断扩大，从货车客车到豪华轿车，从豪华轿车到中档家庭轿车。从中可以看出：ABS的使用范围再不断扩大，其市场前景也是不可估量的。同时也能看出ABS的发展不断提高着汽车的安全行驶性能。2 ABS的结构与工作原理2.1 ABS的结构 现代ABS尽管采用的控制方式、方法以及结构形式各不相同，但除原有的传统的常规制动装置外，一般ABS都是由传感器、电子控制器和执行器三大部分组成。其中传感器主要是车轮转速传感器，执行器主要指制动压力调节器。2.1.1 车轮转速传感器车轮转速传感器是ABS中最主要的一个传感器。车轮转速传感器常简称为轮速传感器，其作用是对车轮的运动状态进行检测，获得车轮转速（速度）信号。2.1.2 电子控制器ABS的电子控制器（Electronic Control Unit），常用ECU表示，简称ABS电脑。它的主要作用是接收轮速传感器等输入信号，计算出轮速、参考车速、车轮减速度功、滑移率等，并进行判断、输出控制指令，控制制动压力调节器等进行工作。另外，ABS电脑还有监测等功能，如有故障时会使ABS停止工作并将ABS警示灯点亮。2.1.3 制动压力调节器制动压力调节器是ABS中的主要执行器。其作用是接受ABS电脑的指令，驱动调节器中的电磁阀动作（或电机转动等），调节制动系的压力，使之增大、保持或减小，实现制动系压力的控制功能。2.2 ABS的工作原理当点火开关接通（ON）时，ABS保护继电器的电磁线圈中就会有电流流过，系统进入自检状态。经过短暂的自检后，如果发现系统中存在影响其正常工作的故障，会保持其自检时的工作状态，即关闭ABS系统。此时压力调节器中各电磁阀的电磁线圈均不通电，各电磁阀均保持在制动压力增大状态，汽车恢复常规制动状态工作。经过自检，未发现影响系统正常工作的故障，ABS就进入等待工作状态。汽车行驶过程中，各轮速传感器连续地向ABS电脑输入各车轮的轮速信号。当车速超过8km/h后，如果驾驶员踩下制动踏板进行制动时，制动灯开关闭合，蓄电池给ABS电脑一个电压信号。ABS电脑收到蓄电池电压信号后，就判定汽车进入制动状态。它将根据轮速传感器输入的信息，对四个车轮的运动状态进行分析判断。在制动过程中，各车轮制动未出现趋于抱死时，ABS不工作，此时制动过程与常规制动过程完全相同。在制动过程中，当ABS电脑判定有车轮制动趋于抱死时，就开始对相应的控制通道进行防抱死控制，将车轮滑移率控制在最佳范围之间，直至汽车速度很低或停止。在制动过程中，如果汽车为高速急转弯，当汽车的横向加速度达到一定值时，横向加速度开关中的一对触点就会断开，ABS电脑不再有蓄电池电压信号，ABS电脑由此判定汽车横向加速度已超过设定的界限值，就会对其防抱死控制过程进行修正，使ABS更为有效地工作。 ABS保护继电器，是用来防止蓄电池极性接反或蓄电池电压过高时损坏ABS电脑，起保护作用。2.3 本章小结本章介绍了ABS的结构与工作原理。ABS由传感器、电子控制器和执行器三大部分组成。其中传感器主要是车轮转速传感器，执行器主要指制动压力调节器。其工作原理为：当车速达到一定的高度，而车轮不转动的时候传感器的信号给控制器控制器会发出指令给制动油路，制动油路油压减小一部分来使车轮继续滚动，断续的车轮滚动使制动效果保持最佳状态的同时也会让车轮保持侧向的地面附着力，不会使轮子侧向滑动从而来保持对车子的方向控制！3. ABS的使用误区与使用常识3.1 ABS的误区以前消费者买车，都把有没有ABS（防抱死制动系统）作为一个重要指标。随着技术的发展，目前，我国绝大部分轿车已经将ABS作为标准配置。但对于ABS的认识以及如何正确使用，很多驾驶员还不是很清楚，甚至还出现了一些对ABS的误解。一些驾驶员认为ABS就是缩短制动距离的装置，装备ABS的车辆在任何路面的制动距离肯定比未装备ABS的制动距离要短，甚至有人错误地认为在冰雪路面上的制动距离能与在沥青路面上的制动距离相当；还有一些驾驶员认为只要配备了ABS，即使在雨天或冰雪路面上高速行驶，也不会出现车辆失控现象。ABS并不是如有些人所想的那样，大大提高汽车物理性能的极限。严格来说，ABS的功能主要在物理极限的性能内，保证制动时车辆本身的操纵性及稳定性。3.2 走出ABS误区如果汽车车轮在制动时抱死，汽车能得到的侧向附着力是最小的。这时，由于路面附着系数的不平衡、汽车本身制动力的不平衡、悬架的不平衡、汽车轮胎气压、路面弯度、颠簸或坡度等因素都可能会使汽车发生侧滑、甩尾或失控。另外，由于车辆前轮抱死，汽车会失去转向能力。一个性能优良的汽车防抱死制动系统，在制动时能够将汽车车轮的滑移率控制在20%30%之间，车轮在这种状态下，能兼顾相对最大的纵向制动力和横向抓地力，有效地保证车辆不会发生失控状况。另外，在前轮不抱死的情况下，由于有一定的抓地力，汽车还可以按照驾驶员的意愿进行转向，从而控制车辆。为了将车轮滑移率控制在理想状态下，追求车辆的稳定性，可能会牺牲一些纵向的制动力。所以，ABS起作用时，不是在所有路面上制动距离都会缩短。在冰雪路面上，由于地面提供的附着力比一般路面要小很多。ABS只能在这种附着力的基础上调节汽车的制动力，不会产生外加的制动因素。所以，在冰雪路面上的制动距离只能说比车轮抱死时短一些，比在一般路面上的制动距离还是长很多。3.3 ABS使用常识 现在基本上所有的乘用车都加装了ABS系统，对提升车辆的主动安全性能起到了很大的作用，但若使用不当，效果也会大打折扣。在这里，我们对ABS的使用原则归纳为“四要、七不要”。3.3.1 四要（1）要始终踩住制动踏板不放松，这样才能保证足够和持续的制动力，使ABS有效地发挥作用。（2） 要保持足够的安全车距。一般情况下，最小车距不应低于50m，当车速超过50km/h时，最小车距与车速数值相同，如100km/h时最小车距为100m，120km/h时，最小车距为120m。（3）要事先熟悉ABS，使自己对ABS工作时的制动踏板抖动有准备和适应能力。（4）要事先阅读汽车驾驶员手册，从而进一步地理解安装ABS的汽车生产厂提供的各种操作说明。 3.3.2 七不要（1）不要认为有了ABS就可以随心所欲地驾驶。ABS也不是绝对保险的，在车速过高和转弯过急的情况下，若车辆制动得过急过猛，则汽车仍然会产生侧滑。因此，即使你的汽车装有ABS，你也仍然需要谨慎驾驶。（2）不要采用“点刹”制动。未装有ABS的车辆在湿滑路面及车速较高情况下实施制动时，需要采用“点刹”的办法达到安全制动的目的。而装上ABS后，由于ABS能自动调整制动力，因此在实施紧急制动时，可一脚将踏板踩到底而不松开，不要担心车轮抱死打滑，否则将大大延长制动距离。（3）不要被ABS的抖动吓住。ABS在起作用时，会听到它发出的噪音，该噪音是由液压控制系统中的电磁阀和液压泵工作时产生的，不要以为制动系统出了毛病而惊慌失措，更不可将脚从制动踏板上移开，这时仍然要将制动踏板踩死而不去管它。（4）不可忽视ABS指示灯的检查。正常情况下，按通点火开关后，此灯应亮；大约3秒后自动熄灭。这一过程，实质上是电子控制装置在按自检程序对车轮传感器、液压调节器的控制阀进行通电检查，若此灯一直不亮，说明ABS有故障。（5）ABS指示灯不熄灭时不必恐慌。当行车中ABS出现故障时，防抱死制动系统自动将原制动系统的油路接通，汽车上的原制动系统仍然工作，只是没有了ABS，注意检修就可以了。（6）不可私自拆换ABS的电脑单元。如果电脑发现故障，应更换整个ABS单元。（7）对于装配了ABS,但是希望改装的车辆，请勿拆装制动管路与ABS单元连接的螺母。3.4 本章小结本章介绍了人们对ABS的误区，通过对误区的分析和讲解，使人们明白了对于ABS的一些错误看法，带人们走出ABS的误区。同时介绍了ABS的使用常识，要注意“四要，七不要” ，如果使用不当，效果也会大打折扣。也提醒了ABS的用户改正一些错误的使用方法， 从而提高了汽车行使的主动安全性能。4. ABS的市场发展及周边产品4.1 ABS的市场发展在商车领域，国内厂商取得较大进展，特别是在客车和挂车方面其市场的占有率估计接近国外的品牌。在客车方面，整车厂开始愿意加装ABS，其装车率逐年提高，而国内ABS厂商在客车的市场开拓较早，且市场比较分散，这给国内厂商带来较多的机会。同样在挂车市场上，国内厂商开始有较大的份额，这是由于挂车的价格较低，要求低价格的ABS，一些省份开始执行强制装ABS的法规，导致需求上升，而国外ABS厂商由于价格和挂车的市场的分散性，无暇顾及这一市场，这给国内ABS厂商带来较多的机会。在卡车市场，由于ABS法规实施力度不够，其装车量还是较少，国外厂商还是占有统治地位，但国内厂商的积极市场开拓及产品的逐步成熟，对国外厂商构成了很大威胁。为了拥有较高的市场占有率，国外厂商开始大幅度降价并采用制动系统与ABS系统捆绑销售的策略，以给国内ABS厂商较大的压力，并随之开始降价，新一轮的价格战已经开始，势态如何发展？相信国内企业还是更擅长于价格战，但这是以牺牲厂商的利益为代价的。在乘用车领域，过去一直是国外的品牌的汽车占主导地位，所以国内ABS厂商几乎没有机会，但这两年随着自主品牌轿车的兴起，给自主品牌的ABS产品带来了机遇，国外公司也开始降价，并采用ABS系统与制动系统捆绑销售的战略，在这一领域，国内企业还是相对弱小，而国际几家大的ABS厂商却在国内投资建厂，看来国内厂商的份额还不可能太大，但一些SUV、皮卡车及轻型车将会给国内厂商较多的机会。总而言之，2008年ABS市场逐步扩大装车率，其商用车领域主要依靠国家制动法规的引导与实施，现在处于一个过渡时期，大规模的装车应该是未来两年的事情，国内外ABS厂商都期盼这个日子早日到来。事实上，由于国内近几年交通事故越来越受到公众及政府的关注，交通事故已变成一个越来越敏感的话题。政府开始采取强力措施，有报道称，重庆公交开始在用公交车上强制加装ABS，这是一个良好的开端。4.2 ABS的周边产品4.2.1 ESP受追捧随着ABS市场的成熟，国内企业也开始关注ABS的延伸产品。作为最主要的延伸就是ESP系统，即车辆稳定控制系统。ESP在国际上也是由Bosch公司在1995年率先推出的，近几年国外的装车率进入了大规模提升阶段。Bosch公司的ESP累计销量已超过2000万套。在过去几年里，著名的汽车制造商和研究机构已经对ESP的有效性进行了多次科学调查。其中由戴姆勒-克莱斯勒、丰田，以及美国政府机构NHTSA(国家高速公路交通安全局)在内所有的研究都得出了同样的结论：ESP能够减少事故发生，挽救生命。NHTSA的研究表明，如果在美国将这种主动安全系统作为标准配置能有效降低34%的轿车单车事故、41%的轿车翻车事故，而SUV的单车事故甚至能降低59%。因此NHTSA计划通过强制在所有轻型车，包括乘用车、MPV、卡车和客车上标配ESP以大大提高美国的道路安全。依据9月14日颁布的有关法规草案的公告，在美国所有总重量低于4.5吨的轻型车上都将配置上述主动安全系统，此规定将在2009年到2012年的车型上逐步推行。4.2.2电子控制系统成为另一关注点ABS技术除上述几个方面的发展外，它另一个重要的延展是电子制动系统，它有两个方面的发展，一是在HCU方面进行改进，将比例功能引入HCU，使制动压力线性化，这样可以实现任何工况的制动控制；因为传统ABS只在紧急制动时才能发生作用，而电子制动要求任何制动都由它来控制。另一个进展就是制动器，将液压轮缸用电机来代替，由于电机的响应较快，可以方便地应用于电动车辆，其ABS性能大大改善，控制波动减小，作为主动ABS系统开始与其他被动安全系统集成，例如ABS紧急制动时，安全带自动拉紧，ACC与碰撞避免系统的结合，这些都是未来几年的发展热点。4.3 本章小结本章介绍了ABS的市场发展和周边产品。ABS的市场广阔据预测，到2010年，我国汽车ABS的总需求量将超过600万套，未来几年市场年平均增长速度将超过30%。我国许多单位和企业正在研究ABS，近两年在ABS方面可以说取得了长足的进展。许多企业都看好了国内的大好市场，这将导致竞争的加剧，未来市场的价格战将导致许多企业无力深入研发，只能停留在低端市场。如何在这种市场环境下保持企业的持久稳定的发展，是各厂商必须注意的问题。随着对ABS的深入研究，许多升级和周边产品诞生，最主要的延伸就是ESP系统，即车辆稳定控制系统。另一个重要的延展是电子制动系统，它有两个方面的发展，一是在HCU方面进行改进，另一个进展就是制动器，这些都是未来几年的发展热点。5 总结与展望本文旨在对ABS的发展、结构、工作原理、使用常识、市场等方面初步介绍了ABS的一些情况。由于条件、时间、和能力限制，没有更深入的对ABS的研究。随着汽车市场的发展和人们不断提高的需求，ABS将在汽车安全方面发挥巨大的作用，同时，随着ABS生产品的研发机和周边，汽车安全性将会进一步的提高。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： （1）ABS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。 （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。 （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。 （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。 （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