文献综述-汽车液压制动驱动机构的设计

PAGEPAGE6汽车液压制动系统的发展张海燕（河北科技师范学院机械电子系机械设计制造及其自动化）摘要:阐述了汽车制动控制统统的历史、现状和发展趋势,着重分析了人力液压制动系统的工作原理,讨论了ABS防抱死系统的鲁棒性和BBW系统的基本原理,介绍了液压制动系统中液压油的使用要求。关键词:制动系统;制动缸;制动控制从汽车自问世以来,制动系统在车辆行车和驻车的安全方面扮演着至关重要的角色.近年来,随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高,这种重要性表现得越来越明显.众多的汽车工程师在改进汽车制动性能的研究中倾注了大量的心血.目前关于汽车制动的研究主要集中在制动控制方面[1],包括制动控制的理论和方法,以及新技术推广应用.。1．制动系统的历史对汽车的制动作用.由于那时的车辆的重量比较小,速度比较低,机械制动也能满足车辆制动的需要,但随着汽车自身重量的增加,助力装置对机械制动器来说已显得十分必要.于是开始出现了真空助力装置.1932年生产的质量为2860kg的凯迪拉克轿车四轮采用直径419.1mm的鼓式制动器,并有制动踏板控制的真空助力装置.林肯公司也在同年推出同种类型的轿车,该车采用了通过四根软索控制真空助力器的鼓式制动器[2].随着科学技术的发展及汽车工业的发展,尤其是军用车辆及军用技术的发展,车辆制动有了新的突破,液压制动是继机械制动后的又一重大突破.DuesenbergEight车率先使用了轿车液压制动器.克莱斯勒的四轮液压制动器于1924年问世.通用和福特分别于1934年和1939年采用了液压制动技术.到20世纪50年代,液压助力制动器开始在制动系统中应用[3].20世纪30年代后期,随着电子技术的发展,世界汽车技术领域最显著的成就是ABS防抱死制动系统(antilockbrakingsystem)[1]的使用和推广.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.它的使用大大提高了汽车的主动安全性和操纵性.防抱死控制装置一般包括三部分:传感器、控制器(ABSECU)与压力调节器.传感器接受运动参数,如车轮角速度、角加速度、车速等传送给控制装置,控制装置进行计算并与规定的数值进行比较后,给压力调节器发出指令.1936年,博世公司申请一项电液控制的ABS装置专利,促进了防抱死制动系统在汽车上的应用.1969年福特使用了真空助力的ABS制动器;1971年,克莱斯勒车采用了四轮电子控制的ABS装置.这些早期的ABS装置性能有限,可靠性不够理想,且成本高.1979年,默·本茨推出了一种性能可靠、带有独立液压助力器的全数字电子系统控制的ABS制动装置.1985年美国开发出带有数字显示微处理器、复合主缸、液压制动助力器、电磁阀及执行器“一体化”的ABS防抱死装置.随着大规模集成电路和超大规模集成电路技术的出现,以及电子信息处理技术的高速发展,ABS已成为性能可靠、成本日趋下降的具有广泛应用前景的成熟产品.一些国家和地区(如欧洲、日本、美国等)已制定法规,使ABS成为汽车的标准设备[4].2.制动控制系统的发展现状传统的制动控制系统的主要特点是能均匀分配油液压力.当制动踏板踏下时,制动主缸就将等量的油液送到每个制动器的制动轮缸中,并通过一个比例阀使前后平衡.而ABS或其他制动干预系统则根据每个制动器的需要对油液压力进行调节.目前ABS系统已发展成为成熟的产品,并在各种车辆上得到了广泛的应用,但是这些产品基本都是基于车轮加、减速门限及参考滑移率方法设计的.方法虽然简单实用,但是其调试比较困难,不同的车辆需要不同的匹配技术,在许多不同的道路上加以验证.制动控制系统的重要问题在于控制的稳定性,即系统鲁棒性(robustness),应保证在各种条件下制动系统的控制作用不失效.防抱死系统要求高可靠性,否则会导致人身伤亡及车辆损坏.因此,发展鲁棒性的ABS控制系统成为关键所在.现在,多种鲁棒控制系统都应用到ABS的控制逻辑中来[4].除了传统的逻辑门限方法外,增益调度PID控制、变结构控制和模糊控制是常用的鲁棒控制系统,是目前所采用的以滑移率为目标的连续控制系统.模糊控制法是基于经验规则的控制,与系统的模型无关,具有很好的鲁棒性和控制规则的灵活性,但调整控制参数比较困难,尚无理论计算公式,基本上是靠试凑的方法.然而对大多数基于目标值的控制而言,控制规律有一定的规律.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,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的基础上发展了驱动防滑系统(ASR)[6].ASR是ABS的逻辑和功能扩展.ABS在增加了ASR功能后,主要的变化是在电子控制单元中增加了驱动防滑逻辑系统,来监测驱动轮的转速.ASR大多借用ABS的硬件,两者共存一体,发展成为ABS/ASR系统.今天,ABS/ASR已经成为欧美和日本等发达国家汽车的标准设备,并且已在欧洲新载货车中普遍使用,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,重型车辆首先装用的.随着技术的成熟和发展,现在的高级轿车也开始采用ABS/ASR系统.然而ABS/ASR只是解决了紧急制动时附着系数的利用,可获得较短的制动距离及制动方向稳定性,但是不能解决制动系统中的所有缺陷.3.制动控制系统的发展趋势经过一百多年的发展,汽车制动系统的结构已经基本固定下来.随着电子技术,特别是大规模、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.凯西-海斯(K-H)公司在一辆实验车上安装了一种电-液(EH)制动系统,该系统彻底改变了制动系统的工作原理.通过采用4个比例阀和电力电子控制装置,该系统能处理基本制动、ABS、牵引力控制、巡航控制制动干预等情况,而不需增加任何一种附加装置.该系统潜在的优点是比标准制动器能更加有效地分配基本制动力,从而使制动距离缩短5%.一种完全无油液、完全通过电路控制的BBW(Brake-By-Wire)[7]系统的开发将使传统的液压制动控制系统成为历史.BBW系统是未来制动控制系统的发展方向.全电制动系统不同于传统的制动系统,因为其传递的是电流,而不是液压油或压缩空气,可以省去许多管路和传感器,缩短制动反应时间.4.汽车制动液的使用制动液是液压制动系统的重要组成部分,它的质量好坏对制动系统的工作可靠性有很大的影响.因此制动液应具有高温下不易液化、低温下流动性良好、吸水性差而溶水性良好、能润滑液压系统的运动件而不会使其腐蚀,不会使橡胶件发生膨胀、变硬和损坏等特点.在选用制动液时应根据制动系统是否安装ABS装置来选择.因为没有安装ABS的车辆在紧急制动时往往会使车轮抱死,安装ABS后,可使汽车在紧急制动时车轮不会被抱死而防止出现侧滑,因此ABS装置工作时,制动系统产生的摩擦热比未装ABS装置的车高,制动液的恶化变质也会相对早地出现,适合于ABS的只能是高沸点的制动液,如果使用低沸点的制动液,会因容易产生气阻而使汽车处于非常危险的状态.如果在制动液变质的情况下继续使用,将会使制动主缸、制动轮缸、油压控制器等产生损伤、吸湿率增加,使制动力下降[8].因此,要对装有ABS装置车辆的制动液进行从严选用,严格遵守汽车制造厂商推荐的更换周期.另外还要根据使用条件,在必要时提前进行更换.6.结束语介绍汽车制动控制系统的进展历史,详细阐述制动控制系统由简单的机械制动装置发展到ABS防抱死制动控制系统,可以尝试模糊控制方法以改进汽车控制系统的性能.现代汽车制动控制技术正朝着电子制动控制方向发展.全电制动控制因其巨大的优越性,将取代传统的以液压为主的传统制动控制系统.同时,随着其他汽车电子技术特别是超大规模集成电路的发展,电子元件的成本及尺寸不断下降.另外汽车电子制动控制系统将与其他汽车电子系统融合在一起成为综合的汽车电子控制系统,未来的汽车中就不存在孤立的制动控制系统,各种控制单元集中在一个ECU中,并将逐渐代替常规的控制系统,实现车辆控制的智能化.参考文献：[1]SchinkelM.Anti-lockbrakingcontrolusingaslidingmodelikeapproach[J].ProceedingsoftheAmericanControlConference,2002,(3):23862391.[2]KazemiR.DevelopmentofanewABSforpassengercarsusingdynamicsurfacecontrolmethod[J].ProceedingsoftheAmericanControlConference,2001,(2):677683.[3]陈家瑞.汽车构造[M].北京:机械工业出版社,2000.[4]沙奇林.ABS控制逻辑对车辆动力学模型参数及滑移率的规避分析[J].汽车工程,1996,16(6):329333.[5]陈军.防抱死制动系统不同控制方法的模拟研究[J].汽车技术,1989,(11):2326.[6]马岳军.基于ABS的ABSASR集成液压系统设计[J].液压与气动,2004,(6):2729.[7]戴冠军、周军、孙伟等[M]汽车底盘维修大全–杭州：浙江科学技术出版社2000.4[8]张大成、戴波南等[M]上海桑塔纳2000系列轿车维修手册–北京:北京理工大学出版社2001.12[9]ParkShinsuk.Numericalevaluationofbrakingfeeltodesignoptimalbrake-by-wiresystem[J].InternationalJournalofVehicleDesign,2005,37(1):123.[10]陈家瑞等汽车构造[M]-北京：人民交通出版社20AutomobilehydraulicbrakesystemdevelopmentZhangHaiyan(Dept.ofMachineryandElectron,HebeiAbstract:Elaboratedtheautomobilebrakecontrolentirelyhistory,thepresentsituationandthetrendofdevelopment,haveemphaticallyanalyzedthemanpowerhydraulicbrakesystemprincipleofwork,discussedABStoguard