毕业论文：汽车abs技术的发展趋势研究终稿

毕业论文：汽车abs技术的发展趋势研究终稿内容摘要：

重要里程碑”。 可惜该书的作者恐怕没想到这一天竟还要再等 30 年之久 [1]。 当时开发刹车防抱死装置的技术瓶颈是什么。 首先该装置需要一套系统实时监测轮胎速度变化量并立即通过液压系统调整刹车压力大小，在那个没有集成电路与计算机的年代，没有任何机械装置能够达到如此敏捷的反应。 等到 ABS 系统的诞生露出一线曙光时，已经是半导体技术有了初步规模的 60 年代早期。 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 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 和 公司股权及 ABS 领域的研发成果，1975 年 AEG、 Teldix Gmbh 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。 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 系统向湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文 6 实用化发展奠定了技术基础。 Bosch 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抱死系统 —— Bosch ABS 2，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 ABS 2 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， ABS2 的控制效果已经相当理想。 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样的 ABS 系统。 以及 Bosch 公司 1986 年推出的具有防抱死制动和驱动防滑功能的 ABS／ ASR 2U 型。 机械与电子元件持续不断的发展和改进使 ABS 的优越性越来越明显，随着激烈的竞争，技术的日趋成熟， ABS 变得更精密更可靠，价格也在下降。 1987 年欧共体颁布一项法规：要求从 1991 年起，欧共体所有成员国生产的所有新车型均需装备防抱死制动装置。 同时规定凡载重 1 6t 以上的货车必须装备 ABS 并且禁止无此装置的汽车进口。 日本规定，从 1991 年起，总质量超过 13t 的牵引车、总质量超过 1 0t 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 ABS。 目前，国际上 ABS 在汽车上的应用越来越广泛，已成为绝大多数汽车的标准装备。 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％。 国外 ABS 的发展状况 ABS 理论的提出，是在 1928 年，最早应用在火车上，上世纪 40 年代末 50 年代初民航飞机开始采用 ABS[3]。 1936 年 Bosch 公司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死系统的专利权。 1954 年， Ford 公司将飞 机的制动防抱死系统移置在林肯（ Lincoln）轿车上，从而揭开了汽车应用 ABS 的序幕。 1973 年，美国国家公路交通安全局（ NHTSA）颁布了 FMVSS121 法规，规定采用空气制动的载货车，必须安装 ABS 装置。 法规迫使大量的汽车装上了 ABS，但是 ABS 的故障带来了大量的使用问题，相继发生了一些制动事故，从而迫使 NHTSA 不到一年就撤消了 FMVSSI21中关于制动距离和车轮不得抱死的要求。 上世纪 70 年代早期和中期，数字式电子技术和大规模集成电路的迅速发展，微处理器向数控电路方向转变，为 ABS 系统向实用化发展奠 定了技术基础。 在计算机技术高速发展的推动下，欧洲研制成由数字计算机与电湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文 7 磁阀调节器组成的、较为现代型的电控防抱死制动系统。 数字计算机不易受干扰，响应速度快，可以把制动液压循环的次数增加到 10 余次／ S，用以调节制动液压的电磁阀的开启、关闭时间只需要 0． 004 S，其速度完全可以与数字计算机处理数据的速度相匹配。 这种较为现代型的 ABS 装置，体积小，质量轻，动作更快，控制更准确。 1978 年， ABS有了突破性的发展， Bosch 公司与奔驰公司合作研制出三通道四轮带有数字式控制器的ABS—— Bosch ABS 2，并批量 装于奔驰轿车上。 紧接着， 在宝马 7 系列轿车上，也采用了这套系统，这是世界上第一次批量生产四轮控制 ABS 系统的生产厂家。 由于微处理器的引入，使 ABS 开始具有了智能，从而奠定了 ABS 的基础和基本模式。 Bosch 公司在 1983 年将 ABS 2 型改进为 ABS 2S 型，用大规模集成电路替代分离元件，使 ECU中的元器件数量减少到 60个； 1985年又将 ABS 2S型的结构简化，推出经济型 Bosch ABS 2E； 1986 年 Bosch 公司先推出了 Bosch ABS／ ASR 2U型，安装在许多高级轿车上（如宝马、凌马、皇冠、凯迪 拉克）。 上世纪 90 年代以后， ABS 技术已日趋成熟，制造成本不断降低， ABS 迅速普及。 目前，最著名的 ABS 公司有 Bosch， Wabco， Delphi 和 Lucas等 [4]。 ABS 系统在欧美日等汽车强国，得到了广泛的应用，已经成为轿车的标准设备，装车率达到 100％。 1992 年，欧洲 EEC 指令委员会规定了汽车装用 ABS 的时间表，要求大货车、大客车和挂车在 1998 年之后必须装用 ABS 系统； 1992 年，日本规定所有观光客车必须安装 ABS 系统；美国则因为 1973 年 FMVSS121 法规的失败，对再次强制安装 ABS 系统表示慎 重，但是政府加强了对安装 ABS 系统义务化的宣传；另外，大多数美国保险公司宣布：凡装备 ABS 系统的车辆可减收保险费。 随着车辆动力学、计算机技术和电子技术的发展， ABS 除本身朝着集成化、低价格、大批量的方向发展外，还在原有系统上进行了扩展。 可以实现防滑控制功能（包括制动防滑和牵引控制），并与一体化、主动悬架、电子转向控制等系统，构成综合控制装置等方向发展。 国内 ABS 的研究和应用概况 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GB 12676l999《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。 湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文 8 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。 其试样在南京 IVECO 轻型客车上匹配使用全面达到了国家标准 GB 126761999 和 欧洲法规 EEC R13 的要求。 这对振兴我国汽车工业与汽车零部件业具有划时代意义，标志着我国汽车液压 ABS 国产化已迈出坚实的一步。 同时合肥工业大学也研制出国内具有自主知识产权的液压制动电子防抱死系统，率先在 HF6700 轻型汽车上匹配使用获得成功。 国内液压 ABS 技术含量与国外虽有一定的差距，但在政府的大力支持和国内丰富的人力资源配合下，我相信国内可以在较短的时间内在 ABS 技术某些领域赶超国际水平。 湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文 9 2 ABS 基本结构和工作原理 ABS 基本组成及工作过程 组成 图 1 ABS 系统的组成 见图 1， ABS 是在液压双回路制动系统的基础上加装上轮速传感器、 ABS 电控单元（ ECU）和制动压力调节器而构成的。 轮速传感器及制动压力调节器与电控单元相连，控制单元从轮速传感器接收轮速信号，经分析处理后判断是否有车轮即将被抱死滑移，若有车轮被抱死滑移，即刻向制动压力调节器发出调节指令，调节器对制动器进行调节控制。 工作过程 湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文 10 图 2 ABS 系统的工作原理 见图 2，制动时，电控单元（ ECU）从传感器获取车轮转速信息，判断车轮有无抱死滑移状态。 轮缸升压过程：制动时车轮没有处于抱死滑 移时， ABS 不工作，压力调节器电磁阀不通电，柱塞处于下方，主缸与轮缸接通，由主缸控制制动油压的增减，随时可对轮缸进行升压以产生制动作用。 轮缸减压过程：当传感器检测到车轮有抱死滑移时，控制单元向调节器发出指令，使电磁阀活塞运动到最上方，主缸与相关轮缸通道被截断，同时，轮缸和储液器接通，轮缸压力下降，且电机启动使液压泵工作，把从轮缸流回储液器的制动液加压后送入主缸。 轮缸保压过程：当制动压力回到制动稳定区时， ECU 发出指令使电磁阀活塞处于中间位置，关闭主缸与轮缸及轮缸与储 液器之间的通道，使轮缸的压力处于稳定状态。 轮缸增压过程，经过短暂保压过程后，电磁阀断电，柱塞下降，使主缸与轮缸通道再次接通，轮缸压力再次回升。 上述过程反复进行，反映到踏板上，引起反弹，驾驶员可以感觉到 ABS 进入工作状态。 ABS 的主要装置 湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业 论 文 11 轮速传感器 作用：检测车轮速度，并将速度信号输入 ABS 的电控单元。 （ a） 电磁式 结构简单、成本低，但车速过快和过慢时测不出或误检，抗干扰能力差。 感应头 由磁体、线圈组成， 通过固定在车身上的支架安装在齿圈附近。 齿圈 安装在 车 轮上与车轮一同旋转。 齿圈在磁场旋转，齿圈与感应头之间的间隙以一定速度变化，磁通的增减变成交流电信号输入 ECU 以获得轮速信号。 （ b） 霍尔式 与电磁式相比，霍尔式抗干扰能力强，检测准确性高，被广泛采用。 传感头 由磁体、霍尔元件、电子电路组成。 齿 圈 安装在 车 轮上与车轮一同旋转。 当齿圈转过传感头时，不同的位置磁力线强弱不同，引起霍尔元件中电压的周期性变化，将该信号输入 ECU 而检测到车轮速度。 电控单元 电控单元一般由输入电路、运算电路、输出级电路及安全保护电路等构成。 接收轮速传感器及其它传感器输送的信号，进行测量、比 较、分析、放大和判断处理，通过精确计算获知制动时车轮的滑移率、车轮的加减速度，以判断车轮是否有抱死趋势，再上输出级电路发出控制命令，控制制动压力调节器去执行调压任务。 压力调节器 ABS 制动压力调节器 串接于制动主缸和轮缸之间。 分为可变容积式压力调节器和循环式压 力调节 器。 （ a） 可变容积式：利用总泵和分泵间容积的改变来调节控制制动压力，是由电磁阀间接控制制动。