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C汽R制动控制pȝ的发展与展望
发表旉Q?009-10-15

从汽车诞生时P车辆制动pȝ在R辆的安全斚w扮演着臛_重要的角艌Ӏ近q来Q随着车辆技术的q步和汽车行驉度的提高,q种重要性表现得来明显。众多的汽R工程师在改进汽R制动性能的研I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,包括制动控制的理论和Ҏ(gu)Q以及采用新的技术?/P>

1.制动控制pȝ的历?/P>

最原始的制动控制只是驾驶员操纵一l简单的汽R发动机教学模?/A>向制动器施加作用力,q时的R辆质量比较小Q速度比较低,机械制动以满车辆制动的需要。随着汽R自重的增加,助力装置Ҏ(gu)械制动器来说已显得十分必要。这Ӟ开始出现真I助力装|?932q生产的凯_拉克V16四轮车重量ؓ2860kgQ采用直径ؓ419.1mm的鼓式制动器Qƈ有制动踏板控制的真空助力装置。林肯公怹?932q推出V12轿RQ该车采用通过4根Y索控制真I加力器的鼓式制动器?/P>

随着U学技术的发展以及汽R工业的发展,其是军用R辆及军用技术的发展Q?A >透明液压传动演示pȝ车辆制动有了新的H破Q液压制动是l机械制动后的又一重大革新。Duesenberg Eight车率先用了轿R液压制动器。以“克来斯勒”ؓ商标的四轮液压制动器?924q问世。通用和福特分别于1934q和1939q采用了液压制动技术。到50?0q代Q液压助力制动器才成为现实?/P>

80q代后期Q随着全透明整R教学模型?sh)子技术的发展Q世界汽车技术领域最大最显著的成就是防抱制动系l?ABS)的用和推广。ABS集微?sh)子技术、精密加工技术、液压控制技术ؓ一体,是机?sh)一体化的高技术品。它的安装大大提高了汽R的主动安全性和操纵性。防p|一般包括三部分Q传感器、控制器(?sh)子计算?与压力调节器。传感器接受q动参数Q如车轮角速度、角加速度、R速等Q然后送给控制装置Q控制装|进行计ƈ与规定的数D行比较后Q?A >数控机床实训?/A>l压力调节器发出指oQ制动力矩减小Q防止R轮抱歅R?/P>

1936q_博世(BSOCH)公司甌一电(sh)液控制的ABS装置专利促进防抱制动pȝ在汽车上的应用?969q的特Continental·MKlll车的后轮使用了真I助力的ABS制动器;1971q_克来斯勒Imperial车采用了四轮?sh)子控制的ABS装置。这些早期的ABS装置性能有限Q?A >数控机床实验?/A>可靠性不够理惻I且成本高?979q_默h茨推Z一U性能可靠、带有独立液压助力器的全数字?sh)子pȝ控制的ABS制动装置。美?985q的Continental·MKVll采用带有数字昄微处理器、复合主~、液压制动助力器、电(sh)阀及执行器“一体化”的ABS防抱装置。随着大规模集成电(sh)路和大规模集成?sh)\技术的出现Q以及电(sh)子信息处理技术的高速发展,ABS以成为性能可靠、成本日下降的hq泛应用前景的成熟品?992qABS的世界年产量已超q?000万辆份,世界汽RABS的装用率已超q?0%。一些国家和地区(如欧zӀ日本、美国等)已制定法规,使ABS成ؓ汽R生物实验室设?/A>标准讑֤?/P>

2.制动控制pȝ的现?/P>

当考虑基本的制动功能时Q液压操U仍然是最可靠、最l济的方法。即使增加了防抱制动(ABS)功能后,传统的“a液制动系l”仍然占有优势地位。但是,复杂性和l济性而言Q增加的牵引力控制、R辆稳定性控制和一些正在考虑用于“智能汽车”的新技术基本的制动器昑־微不道?/P>

传统的制动控制系l只做一样事情,卛_匀分配Ҏ(gu)压力。当制动t板t下Ӟȝמ将{量的a液送到通往每个制动器的\Qƈ通过一个比例阀使前后^衡。而ABS或其他一U制动干预系l是按照每个制动器的需要对Ҏ(gu)压力q行调节?/P>

目前QR辆防抱制动控制系l?A target=_blank>制冷制热实验室设?/A>已发展成为成熟的产品Qƈ在各UR辆上得到了广泛的应用Q但是这些品基本都是基于R轮加、减速门限及参考滑UȝҎ(gu)设计的。方法虽然简单实用,但是其调试比较困难,不同的R辆需要不同的匚w技术,需要在许多不同的道路上加以验证Q从理论上来_整个控制q程车轮滑移率不是保持在最xUȝ上,q未辑ֈ最佳的制动效果。另外,׃传统的逻辑门限ABS有许多局限性,所以近q来在ABS的基上发展了车辆动力学控制系l?VDC)。结合动力学控制的最佳ABS是以滑移率ؓ控制目标的ABSQ它是以q箋量控制Ş式,使制动过E中保持最佳的、稳定的滑移率,理论上是一U理想的ABS控制pȝ。滑Uȝ控制的难点在于确定各U\况下的最xUȝQ另一个难Ҏ(gu)车辆速度的测量问题,它应是低成本可靠的技术,q最l能发展成ؓ使用的品。对以滑Uȝ为目标的ABS而言Q?A target=_blank>数字?sh)\实验?/A>控制_ֺq不是十分突出的问题Qƈ且达到高_ֺ的控制也比较困难Q因\面及车辆q动状态的变化很大Q多U干扰媄响较大,所以重要的问题在于控制的稳定性,应保持在各种条g下不失控。防ql要求高可靠性,否则会导致hw伤亡及车辆损坏。因此,发展E_性的ABS控制pȝ成ؓ关键。现在,多种E_控制pȝ应用到ABS的控刉辑中来。除传统的逻辑门限Ҏ(gu)是以比较为目的外Q增益调度PID控制?A target=_blank>心肺复苏模拟?/A>变结构控制和模糊控制是常用的E_控制pȝQ是目前所采用的以滑移率ؓ目标的连l控制系l。模p控制法是基于经验规则的控制Q与pȝ的模型无养Ih很好的稳定性和控制规则的灵zL,但调试整定控制参数比较困难,无理论可aQ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Q控制规律有一定的规律Q可以ȝZ

另外Q也有采用其他的控制Ҏ(gu)?sh)喷发动机实验?/A>Q如Z状态空门及U性反馈理论的Ҏ(gu)Q模p神l网l控制系l等。各U控制方法ƈ不是单独应用在汽车上Q通常是几U控制方法组合v来实施。如可以模p控制和PIDl合hQ兼模p控制的E_性和PID控制的高_ֺQ能辑ֈ很好的控制效果?/P>

车轮的驱动打滑与制动抱死是很cM的问题。在汽R起动或加速时Q因驱动力过大而驱动轮高速旋转、超q摩擦极限而引h滑。此Ӟ车轮同样不具有够的侧向力来保持车辆的稳定,车轮切向力也减少Q媄响加速性能。由此看出,防止车轮打滑与抱死都是要控制汽R的滑UȝQ所以在ABS的基上发展了驱动防滑pȝ(ASR)?/P>

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(sh)子控制单元中增加?A target=_blank>动力转向实验?/A>驱动防滑逻辑pȝQ来监测驱动轮的转速。ASR大多借用ABS的硬Ӟ两者共存一体,发展成ؓABS/ASRpȝ?/P>

目前QABS/ASR已在Ƨ洲载货车新车中普遍使用Qƈ且欧׃法规EEC/71/320已强制性规定在总质量大?.5t的某些蝲货R上用,重型车是首先装用的。然而ABS/ASR只是解决了紧急制动时附着pL的利用,q可获得较短的制动距d制动方向E_性,但是它不能解军_动系l中的所有缺陗因此ABS/ASRp一步发展演变成?sh)子控制制动pȝ(EBS)。它包括ABS/ASR功能Q同时可q行制动强度的控制。ABS只有在极端情况下化学实验室设?/A>才会控制制动Q在部分制动Ӟ?sh)子制动便可控制单个制动~压力,因此反应旉~短Q确保在M瞬间得到正确的制动压力。近几年?sh)子技术及计算机控制技术的飞速发展ؓEBS的发展带来了机遇。d国自80q代以来率先发展了ABS/ASRpȝq投入市场,在EBS的研I与发展q程中走C世界的前列。d国的博世公司?993q与斯堪公司联合首ơ在Scania牵引车及挂R上装用了EBS。然而EBS是全新的pȝQ它有很大的潜力Q必给现在及将来的甉|及电(sh)气技术实验装|?/A>带来变革?/P>

3.制动控制pȝ的发?/P>

今天QABS/ASR已经成ؓƧ美和日本等发达国家汽R的标准设备,但是Q在发展中国Ӟ如中国,装备ABS/ASRpȝq是q几q的事,q且没有相应的法规规定汽车必装?A target=_blank>汽R?sh)器万能试验?/A>。因此,管ABS/ASR在一些发辑֛家已被法规规定ؓ汽R的必装设备,但是Q其要想在发展中国家成ؓ汽R的标准设备,仍然有好多工作要做?/P>

车辆制动控制pȝ的发展主要是控制技术的发展。这一斚w是扩大控制范围、增加控制功能;另一斚w是采用优化控制理论,实施伺服控制和高_ֺ控制?/P>

ABS功能的扩充除ASR外,设计者还计划把?zhn)架和转向控制扩展q来QABS不仅仅是高l修?sh)工实训考核装置Q更成ؓl合的R辆控制系l。制动器开发厂商还提出了未来将ABS/TCS和VDC(车辆动态控?与智能化q输pȝ一体化q用的构惟뀂随着?sh)子控制传动、?zhn)架系l及转向装置的发展,生电(sh)子控制系l之间的联系|络Q从而生一些新的功能,如:采用?sh)子控制的离合器可大大提高汽车静止启动的效率。在制动q程中,通过输入一个驱动命令给?sh)子?zhn)架pȝQ能防止车辆的俯仰?/P>

一些智能控制技术如经|络控制技术是现在比较新的控制技术,已经有h其应用与汽车的制动控制柴a发动机实验台pȝ中。前已所qͼABS/ASRq不能解x车制动中的所有问题。因此由ABS/ASRp一步发展演变成?sh)子控制制动pȝ(EBS)Q必是控制pȝ发展的一个重要的方向。但是EBS要想在实际中应用开来,q不是一个简单的问题。除技术外Q系l的成本和相关的法规是其投入应用的关键?/P>

l过了一癑֤q的发展Q汽车制动系l的形式Q已l基本固定下来。随着?sh)子技术,特别是大规模、超大规模集成电(sh)路的发展Q汽车制动系l的形式也将发生变化。如凯西-h(K-H)公司在一辆实验R上安装了一U电(sh)-?EU)制动pȝQ该pȝd改变了制动器的操作机理。通过采用4个比例阀?A target=_blank>发动验台QK-H公司的EBMp考虑到基本制动、ABS、牵引力控制、E航控制制动干预等情况Q而不需另外增加M一U附加装|。EBMpȝ潜在的优Ҏ(gu)比标准制动器能更加有效的分配基本制动力,从而制动距离~短5%。K-H公司q是开发EU和BBWpȝ唯一的一家公司。这U系l在朝着完全无a涌Ӏ完全的?sh)\制动BBWq上一个新台阶。显Ӟ传统的液压制动装|不久将步化油器的后,d道\而消失?/P>

4.完全?sh)\制动

完全?sh)\制动BBW是未?A target=_blank>自动变速器实验?/A>的发展方向。毋庸置疑,׃h不可克服的缺点,当今使用液压Ҏ(gu)I气作ؓ传力介质的传l制动系l,必将被全?sh)制动所取代。全?sh)制动不同与传统的制动系l,因ؓ其传递的是电(sh)Q而不是液压a或压~空气,可以省略许多\和传感器Q羃短制动反应时间。其主要包含如下部分Q?/P>

(1)?sh)制动器。其l构和液压制动器基本cMQ有盘式和鼓式两U,作动器是?sh)动机?/P>

(2)?sh)制动控制单?ECU)。接收制动踏板发出的信号Q?A target=_blank>?sh)工实训考核?/A>Q接攉车制动信P控制驻R制动Q接收R轮传感器信号Q识别R轮是否抱歅R打滑等Q控制R轮制动力Q实现防抱死和驱动防滑。因未来的R辆,各种控制pȝ如卫星定位、导航系l,自动变速系l,无转向pȝQ?zhn)架系l等的控制系l与制动控制pȝ高度集成Q所以ECUq得兼顾q些pȝ的控Ӟ

(3)轮速传感器。准、可靠、及时地获得车轮的速度Q?/P>

(4)U束。给pȝ传递能源和甉|制信P

(5)甉|。ؓ整个?sh)制动系l提供能源,与其他系l共用。可以是各种甉|Q也包括再生能源?/P>

从结构上可以看U全?sh)\制动pȝh其他数控车床l合实训考核装置比拟的优点:

(1)整个制动pȝl构单,省去了传l制动系l中的制动a、制动主~、助力装|。液压阀、复杂的\pȝ{部Ӟ使整车质量降低;

(2)制动响应旉短,提高制动性能Q?/P>

(3)无制动液Q维护简单;

(4)pȝL刉、装配、测试简单快P制动分L为模块化l构Q?/P>

(5)采用늺q接Q系l耐久性能良好Q?/P>

(6)易于改进Q稍加改q就可以增加各种甉|制功能?/P>

全电(sh)制动控制pȝ是一个全新的pȝQ给发动机实训台带来了巨大的变革Qؓ来的R辆智能控制提供条件。但是,要想全面推广Q还有不问题需要解冻I

(1)驱动能源问题。采用全?sh)\制动控制pȝQ需要较多的能源Q一个盘式制动器大约需?000W的驱动能量。目前R?2V?sh)力pȝ提供不了q么大的能量Q因此,来车辆动力pȝ采用高压?sh),加大能源供应Q可以满_动能量要求,同时需要解决高?sh)压带来的安全问题?/P>

(2)控制pȝ失效处理?A target=_blank>发动机实验台面(f)的一个难题是制动失效的处理。因Z存在独立的主动备用制动系l,因此需要一个备用系l保证制动安全,不论是ECU元g失效Q传感器失效q是制动器本w,U束失效Q都能保证制动的基本性能。但决不是回Cl制动控制的老\上去。实现全?sh)制动控制的一个关键技术是pȝ失效时的信息交流协议Q如TTP/C。系l一旦出现故障,立即发出信息Q确保信息传递符合法规最适合的方法是多重通道分时?TDMA)Q它可以保证不出C可预的信息滞后。TTP/C协议是根据TDMA制定的?/P>

(3)抗干扰处理。R辆在q行q程中会有各U干CP如何消除q些q扰信号造成的媄响,目前存在多种抗干扰控制系l,基本上分ZU:对称式和非对U式抗干扰控制系l。对U式抗干扰控制系l是用两个相同的CPU和同L(fng)计算E序处理制动信号。非对称式抗q扰控制pȝ是用两个不同的CPU和不一L(fng)计算E序处理制动信号。两U方法各有优~点。另外,家用?sh)器实训讑֤?/A>的Y件和g如何实现部g化,以适应不同U类的R型需要;如何实现底盘的部件化Q是一个重要的N。只有将制动、{向、?zhn)架、导航等pȝl合考虑q来Q从法上部件化Q徏立数据ȝpȝQ才能以最低的成本获得最好的控制pȝ?/P>

?sh)制动控制系l首先用在؜合动力制动系lR辆上Q采用液压制动和?sh)制动两U制动系l。这U؜合制动系l是全电(sh)制动pȝ的过度方案。由于两套制动系l共存,使结构复杂,成本偏高?/P>

随着未来技术的q步Q上q的各种问题会逐步得到解决Q全?sh)制动控制系l会真正代替传统的以液压Z的制动控制系l?/P>

5.l论

lg所qͼ数字?sh)\实验?/A>正朝着?sh)子制动控制方向发展。全?sh)制动控制因其巨大的优越性,取代传l的以液压ؓȝ传统制动控制pȝ而占据下一代制动控制系l统d位。同Ӟ随着其他汽R?sh)子技术特别是大规模集成?sh)\的发展,?sh)子元g的成本及寸不断下降。汽车电(sh)子制动控制系l将于其他汽车电(sh)子系l如汽R?sh)子?zhn)架pȝ、汽车主动式方向摆动E_pȝ、电(sh)子导航系l、无人驾驶系l等融合在一h为综合的汽R?sh)子控制pȝQ未来的汽R中就不存在孤立的制动控制pȝQ各U控制单元集中在一个ECU中,q将逐渐代替常规的控制系l,实现车辆控制的智能化。但是,钛_实验室设?/A>的发展受整个汽R工业发展的制U。有一个巨大的汽R现有及潜在的市场的吸引,各种先进的电(sh)子技术、生物技术、信息技术以及各U智能技术才会陆l应用到汽R制动控制pȝ中来?


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