整理制动系统的应用技术Word格式.docx

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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以成为性能可靠、成本日趋下降的具有广泛应用前景的成熟产品。

1992年ABS的世界年产量已超过1000万辆份，世界汽车ABS的装用率已超过20%。

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。

2　制动控制系统的现状

当考虑基本的制动功能量，液压操纵仍然是最可靠、最经济的方法。

即使增加了防抱制动（ABS）功能后，传统的“油液制动系统”仍然占有优势地位。

但是就复杂性和经济性而言，增加的牵引力控制、车辆稳定性控制和一些正在考虑用于“智能汽车”的新技术使基本的制动器显得微不足道。

传统的制动控制系统只做一样事情，即均匀分配油液压力。

当制动踏板踏下时，主缸就将等量的油液送到通往每个制动器的管路，并通过一个比例阀使前后平衡。

而ABS或其他一种制动干预系统则按照每个制动器的需要时对油液压力进行调节。

目前，车辆防抱制动控制系统（ABS）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；

从理论上来说，整个控制过程车轮滑移率不是保持在最佳滑移率上，并未达到最佳的制动效果。

另外，由于编制逻辑门限ABS有许多局限性，所以近年来在ABS的基础上发展了车辆动力学控制系统（VDC）。

结合动力学控制的最佳ABS是以滑移率为控制目标的ABS，它是以连续量控制形式，使制动过程中保持最佳的、稳定的滑移率，理论上是一种理想的ABS控制系统。

滑移率控制的难点在于确定各种路况下的最佳滑移率，另一个难点是车辆速度的测量问题，它应是低成本可靠的技术，并最终能发展成为使用的产品。

对以滑移率为目标的ABS而言，控制精度并不是十分突出的问题，并且达到高精度的控制也比较困难；

因为路面及车辆运动状态的变化很大，多种干扰影响较大，所以重要的问题在于控制的稳定性，即系统鲁棒性，应保持在各种条件下不失控。

防抱系统要求高可靠性，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。

现在，多种鲁棒控制系统应用到ABS的控制逻辑中来。

除传统的逻辑门限方法是以比较为目的外，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，无理论而言，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。

另外，也有采用其它的控制方法，如基于状态空门及线性反馈理论的方法，模糊神经网络控制系统等。

各种控制方法并不是单独应用在汽车上，通常是几种控制方法组合起来实施。

如可以将模糊控制和PID结合起来，兼顾模糊控制的鲁棒性和PID控制的高精度，能达到很好的控制效果。

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）。

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。

目前，ABS/ASR已在欧洲新载货车中普遍使用，并且欧共体法规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，重型车是首先装用的。

然而ABS/ASR只是解决了紧急制动时附着系数的利用，并可获得较短的制动距离及制动方向稳定性，但是它不能解决制动系统中的所有缺陷。

因此ABS/ASR功能，同时可进行制动强度的控制。

ABS只有在极端情况下（车轮完全抱死）才会控制制动，在部分制动时，电子制动使可控制单个制动缸压力，因此反应时间缩短，确保在任一瞬间得到正确的制动压力。

近几年电子技术及计算机控制技术的飞速发展为EBS的发展带来了机遇。

德国自20世纪80年代以来率先发展了ABS/ASR系统并投入市场，在EBS的研究与发展过程中走到了世界的前列。

德国博世公司在1993年与斯堪尼公司联合首次在Scania牵引车及挂车上装用了EBS。

然而EBS是全新的系统，它有很大的潜力，必将给现在及将来的制动系统带来革命性的变革。

3　制动控制系统的发展

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。

车辆制动控制系统的发展主要是控制技术的发展。

一方面是扩大控制范围、增加控制功能；

另一方面是采用优化控制理论，实施伺服控制和高精度控制。

在第一方面，ABS功能的扩充除ASR外，同时把悬架和转向控制扩展进来，使ABS不仅仅是防抱死系统，而成为更综合的车辆控制系统。

制动器开发厂商还提出了未来将ABS/TCS和VDC与智能化运输系统一体化运用的构想。

随着电子控制传动、悬架系统及转向装置的发展，将产生电子控制系统之间的联系网络，从而产生一些新的功能，如：

采用电子控制的离合器可大大提高汽车静止启动的效率；

在制动过程中，通过输入一个驱动命令给电子悬架系统，能防止车辆的俯仰。

在第二个方面，一些智能控制技术如神经网络控制技术是现在比较新的控制技术，已经有人将其应用在汽车的制动控制系统中。

ABS/ASR并不能解决汽车制动中的所有问题。

因此由ABS/ASR进一步发展演变成电子控制制动系统（EBS），这将是控制系统发展的一个重要的方向。

但是EBS要想在实际中应用开来，并不是一个简单的问题。

除技术外，系统的成本和相关的法规是其投入应用的关键。

经过了一百多年的发展，汽车制动系统的形式已经基本固定下来。

随着电子，特别是大规模、超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。

如凯西-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器的操作机理。

通过采用4个比例阀和电力电子控制装置，K-H公司的EBM就能考虑到基本制动、ABS、牵引力控制、巡航控制制动干预等情况，而不需另外增加任何一种附加装置。

EBM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、完全的电路制动BBW（Brake-By-Wire）的开发使传统的液压制动装置成为历史。

4　新型制动方式（电容反馈制动）

整流部分采用普通的不可控整流桥进行整流（如图中的VD1——VD6组成），滤波回路采用通用的电解电容（图中C1、C2），延时回路采用接触器或可控硅都行（图中Ｔ1）。

充电、反馈回路由功率模块IGBT（图中VT1、VT2）、充电、反馈电抗器L及大电解电容Ｃ（容量约零点几法，可根据变频器所在的工况系统决定）组成。

逆变部分由功率模块IGBT组成。

保护回路，由IGBT、功率电阻组成 

4.1电动机发电运行状态

CPU对输入的交流电压和直流回路电压νd的实时监控，决定向VT1是否发出充电信号，一旦νd比输入交流电压所对应的直流电压值（如380VAC—530VDC）高到一定值时，CPU关断VT3，通过对VT1的脉冲导通实现对电解电容C的充电过程。

此时的电抗器L与电解电容C分压，从而确保电解电容C工作在安全范围内。

当电解电容C上的电压快到危险值（比如说370V），而系统仍处于发电状态，电能不断通过逆变部分回送到直流回路中时，安全回路发挥作用，实现能耗制动（电阻制动），控制VT3的关断与开通，从而实现电阻R消耗多余的能量，一般这种情况是不会出现的。

4.2电动机电动运行状态

当CPU发现系统不再充电时，则对VT3进行脉冲导通，使得在电抗器L上行成了一个瞬时左正右负的电压（如图标识），再加上电解电容C上的电压就能实现从电容到直流回路的能量反馈过程。

CPU通过对电解电容C上的电压和直流回路的电压的检测，控制VT3的开关频率以及占空比,从而控制反馈电流，确保直流回路电压νd不出现过高。

BBW是未来制动控制系统的L发展方向。

全电制动不同于传统的制动系统，因为其传递的是电，而不是液压油或压缩空气，可以省略许多管路和传感器，缩短制动反应时间。

4.2.1.全电制动的结构如图2所示。

其主要包含以下部分：

（1）电制动器

其结构和液压制动器基本类似，有盘式和鼓式两种，作动器是电动机；

（2）电制动控制单元（ECU）

接收制动踏板发出的信号，控制制动器制动；

接收驻车制动信号，控制驻车制动；

接收车轮传感器信号，识别车轮是否抱死、打滑等，控制车轮制动力，实现防抱死和驱动防滑。

由于各种控制系统如卫星定位、导航系统，自动变速系统，无级转向系统，悬架系统等的控制系统与制动控制系统高度集成，所以ECU还得兼顾这些系统的控制；

（3）轮速传感器

准确、可靠、及时地获得车轮的速度；

（4）线束

给系统传递能源和电控制信号；

（5）电源

为整个电制动系统提供能源。

与其他系统共用。

可以是各种电源，也包括再生能源。

4.2.2.全电路制动系统具有的优点

从结构上可以看出这种全电路制动系统具有其他传统制动控制系统无法比拟的优点：

（1）整个制动系统结构简单，省去了传统制动系统中的制动油箱、制动主缸、助力装置。

液压阀、复杂的管路系统等部件，使整车质量降低；

（2）制动响应时间短，提高制动性能；

（3）无制动液，维护简单；

（4）系统总成制造、装配、测试简单快捷，制动分总成为模块化结构；

（5）采用电线连接，系统耐久性能良好；

（6）易于改进，稍加改进就可以增加各种电控制功能。

全电制动控制系统是一个全新的系统，给制动控制系统带来了巨大的变革，为将来的车辆智能控制提供条件。

但是，要想全面推广，还有不少问题需要解决：

首先是驱动能源问题。

采用全电路制动控制系统，需要较多的能源，一个盘式制动器大约需要1kW的驱动能量。

目前车辆12V电力系统提供不了这么大的能量，因此，将来车辆动力系统采用高压电，加大能源供应，可以满足制动能量要求，同时需要解决高电压带来的安全问题。

其次是控制系统失效处理。

全电制动控制系统面临的一个难题是制动失效的处理。

因为不存在独立的主动备用制动系统，因此需要一个备用系统保证制动安全，不论是ECU元件失效，传感器失效还是制动器本身、线束失效，都能保证制动的基本性能。

实现全电制动控制的一个关键技术是系统失效时的信息交流协议，如TTP/C。

系统一旦出现故障，立即发出信息，确保信息传递符合法规最适合的方法是多重通道分时区（TDMA），它可以保证不出现不可预测的信息滞后。

TTP/C协议是根据TDMA制定的。

第三是抗干扰处理。

车辆在运行过程中会有各种干扰信号，如何消除这些干扰信号造成的影响，目前存在多种抗干扰控制系统，基本上分为两种：

即对称式和非对称式抗干扰控制系统。

对称式抗干扰控制系统是用两个相同的CPU和同样的计算程序处理制动信号。

非对称式抗干扰控制系统是用两个不同的CPU和不一样的计算程序处理制动信号。

两种方法各有优缺点。

另外，电制动控制系统的软件和硬件如何实现模块化，以适应不同种类的车型需要；

如何实现底盘的模块化，是一个重要的难题。

只有将制动、转向、悬架、导航等系统综合考虑进来，从算法上模块化，建立数据总线系统，才能以最低的成本获得最好的控制系统。

电制动控制系统首先用在混合动力制动系统车辆上，采用液压制动和电制动两种制动系统。

这种混合制动系统是全电制动系统的过渡方案。

由于两套制动系统共存，使结构复杂，成本偏高。

随着技术的进步，上述的各种问题会逐步得到解决，全电制动控制系统会真正代替传统的以液压为主的制动控制系统。

图是这种全电制动控制系统的配置方案。

5　电动汽车制动能量回收控制策略的研究

电动汽车的驱动电机运行在再生发电状态时，既可以提供制动力，又可以给电池充电回收车体动能，从而延长电动车续驶里程。

对制动模式进行了分类，并详细探讨了中轻度刹车时制动能量回收的机制和影响因素。

提出了制动能量回收的最优控制策略，给出了仿真模型及结果，最后基于仿真模型及XL型纯电动车对控制算法的效果进行了评价。

电动汽车（EV）的研究是在环境保护问题及能源问题日益受到关注的情况下兴起的。

在EV性能提高并逐步迈向产业化的过程中，提高能量的储备与利用率是迫切需要解决的两个问题。

尽管蓄电池技术有了长足进步，但由于受安全性、经济性等因素的制约，近期不会有大的突破。

因此如何提高EV能量利用率是一个非常关键的问题。

制动能量回收问题对于提高EV的能量利用率具有重要意义。

电动汽车采用电制动时，驱动电机运行在发电状态，将汽车的部分动能回馈给蓄电池以对其充电，对延长电动汽车的行驶距离是至关重要的。

国外有关研究表明，在存在较频繁的制动与起动的城市工况运行条件下，有效地回收制动能量，可使电动汽车的行驶距离延长百分之十到百分之三十。

目前国内关于制动能量回收的研究还处在初级阶段。

制动能量回收要综合考虑汽车动力学特性、电机发电特性、电池安全保证与充电特性等多方面的问题。

研制一种既具有实际效用、又符合司机操作习惯的系统是有一定难度的。

本文对上述问题作了一些积极的探索，并得出了一些有益的结论。

6　汽车制动系统的维修

制动液：

通常制动液的维护周期为2年或者4.8万km。

关于制动液的推荐维护周期，欧洲制造商笼统地定为几年；

而日本和美国的汽车制造商则在其车主手册中一般都有详细的描述。

对于具有防抱死ABS功能的制动系，及时地补充制动液就显得尤为重要。

这主要是由于其蓄能器中灰尘和湿气的污染会导致价格不菲的阀体发生故障，并由此埋下安全隐患。

当车主发现制动力衰弱时，可以使用制动液湿度测试纸辅助分析故障原因是否因制动液缺损所致。

如果该故障的根源为制动液不足，必须及时补充足量的制动液。

由制动液储液罐通风口处正常渗入（或当储液罐盖打开时非正常进入）的湿气和灰尘缩短了制动液的维护周期。

在对制动液进行维护的同时，切不可疏忽车轮制动部分。

刹车垫、制动鼓、旋转体及制动钳：

当前驱车辆主领潮流时，人们关注的焦点是如何对担当了2/3制动任务的前轮制动系进行科学有效的维护。

现在，由于各种后驱车、全驱车、货车和SUV遍地开花，人们“重前轻后”的传统观念已经在逐步改变。

逐渐取代石棉衬片的半金属刹车垫将导致旋转体全表面的严重磨损。

对车轮制动部件或刹车垫的检查是一项复杂的工作，并不是简简单单地从两边目测一下前轮刹车垫中间点的磨损量。

在实际操作过程中，即使制动钳的开口距离恰好能够让您看到两边的刹车垫，也并不等于就可以得心应手、畅通无阻地操作了。

此外，由于制动器防护罩的普及应用，使得旋转体与刹车垫的接触面被多重遮挡、难以察看。

至于采用盘式制动的后轮，那更是深藏不露，令人难窥其貌。

通常，只有系统出现明显泄漏时，我们才会着重检查制动液的密封性。

其全面系统的检查包括传统的静态检查（即原地静态查找泄漏点）和动态检查（即检查制动过程中的密封状况）。

无论如何，当车辆制动系维护后续驶里程达到4.8万km时，便需要对车辆的制动系进行一次全面的专业维护。

制动旋转体上的轻微划痕并无大碍。

不过由于紧固螺母拧紧力不均和制动旋转体厚度不均而导致旋转体的过度磨损将严重影响制动性能。

为了减轻重量，许多旋转体采用了非常规结构尺寸，从而难以满足部分机床加工夹持的基本要求。

如果您发现某一旋转体已经过加工，那么请按照同一车轴上第二只旋转体的尺寸对其进行更换。

理论上，可以仅更换一只旋转体，但是为了获得最佳的制动平衡效果，还是建议同时更换同一车轴上的两只旋转体。

该建议同样也适用于后轮制动鼓。

在制动过程中，通过感受制动钳活塞的回复运动，便可以完成制动钳关键功能的自动检查工作。

如果制动钳活塞回位不顺，请更换一只新的制动钳；

如果要泄放或充注制动液，请确认泄放阀可以正常打开；

如果泄放阀凝结，请更换为新的制动钳。

如果石棉衬片已经磨损了3.175mm，此时即使在轻载负荷下，其安全续驶里程也已经很有限了。

另外，如果此时需要进行中高负荷的刹车，该磨损衬片衰弱的制动力必将使行车的安全性大打折扣。

一些后轮盘式制动的后驱车采用了帽式旋转体，该帽式旋转体还充当了驻车制动鼓。

有很多车主常常忽略取消驻车制动便直接驱动汽车，其旋转体和制动蹄进行直接的金属-金属摩擦，结果必将导致旋转体、刹车垫和制动蹄发生严重磨损

7　制动系统常见的故障

制动不灵现象:

汽车在行驶中,踏下制动踏板不能立即停车,或制动反应迟缓,车轮无拖印,制动距离不符合规定。

原因:

造成制动不灵的原因主要为供气系统故障,控制装置故障及制动器故障。

一是供气系统故障表现在:

空气压缩机磨损或损坏；

供气管路堵塞或漏气；

调压装置调整不当；

储气筒排污阀漏气。

二是控制装置及传动装置的故障表现在:

主制动控制阀进气阀关闭不严；

制动阀膜片破损；

制动气室膜

8　影响汽车制动性能检测结果的因素

在检测汽车制动性能时常常出现因为某些因素而不能检测出汽车的性能毛病等。

所以在此也因该注意影响检测制动性能的因素：

GB7258－2004规定：

机动车安全技术检验时机动车制动性能的检验宜采用滚筒反力式制动检验台或平板制动检验台检验制动性能，其中前轴驱动的乘用车更适合采用平板制动检验台检验制动性能。

不宜采用制动检验台检验制动性能的机动车及对台试制动性能检验结果有质疑的机动车应路试检验制动性能。

8.1两种检验方法的比较

8.1.1.路试法检验制动性能的优点

路试法检验制动性能的优点是直观、简便，能真实的反映汽车实际行驶过程中汽车动态的制动性能，如轴荷转移的影响；

能综合反映汽车其他系统的结构性能对汽车制动性能的影响，如转向机构、悬架系统结构和型式对制动方向稳定的影响，且不需要大型设备与厂房。

但也存在下列不足之处。

（1）拖、压印作出定性分析，但不易取得定量的数值。

（2）不易诊断故障发生的具体部位。

（3）重复性较差。

制动距离的长短和制动减速度的大小，往往因驾驶员操作方法、路面状况和道路交通状况而异。

只有在专用试验道路上用专用试验仪器的情况下才能获得重复性较好的检验结果。

（4）除道路条件外，路试还将受到气候条件等的限制且有发生事故的危险。

（5）消耗燃料，磨损轮胎，紧急制动时的冲击载荷对汽车各部件都有不良影响。

8.1.2.台试法检验制动性能的优点

台试法检验制动性能的优点是迅速、准确、经济、安全，不受外界条件的限制，重复性较好，能定量测得各轮制动全过程（制动力随时间增长的过程）的参数。

由于检测时是滚筒推动车轮转，因此，它可以检测车轮的阻滞力和驻车制动力；

检测过程可包括制动器作用阶段和持续制动阶段，故可检查车轮的制动蹄摩擦片与制动鼓接触配合状态，判断制动鼓的圆度；

又因制动台在测试时，左、右轮各自同时采集制动力，所以可以分析同一轴制动力的平衡状态、给故障诊断提供可靠依据。

所以台试法已成为汽车诊断与检验的发展方向，在国内外获得了广泛应用。

台试法除需要大型设备与相应厂房外，也存在许多不足之处。

本文主要针对滚筒反力式制动试验台分析影响制动性能检测结果的因素。

8.2轮胎气压对制动性能测试结果的影响

车轮滚动时，轮胎与滚筒的接触区域产生法向、切向的相互作用力以及相应的轮胎和支承面的相对刚度确定了变形的特点。

当弹性轮胎在硬质钢制滚筒上滚动时，轮胎的变形是主要的，此时由于轮胎内部摩擦产生弹性迟滞损失，是轮胎变形时对它做的功不能全部收回，此能量消耗在轮胎各组成部分间摩擦及橡胶、帘线等物质的分子间的摩擦，最后转化成热能而消失在大气中。

这种损失即为弹性物质的迟滞损失。

轮胎气压对滚动阻力系数影响很大，气压低时在硬质滚筒上轮胎变形大，滚动时迟滞损失增加，增大了阻滞力（过大时，使阻滞力不合格），为了减少该项所引起的检测误差，要求在制动性能检测前必须将轮胎气压充至标准气压。

8.3采样时间对制动性能测试的影响

制动测试时滚筒的转动速度较低与实际制动状况相差甚远。

这将影响所测制动力上升速度使制动协调时间延长，若与采样时间不能很好匹配时甚至可能影响所测得制动力值大小。

目前绝大多数汽车检测站采用欧模式的制动试验台，即在两个滚筒之间安装着第三滚筒。

第三滚筒与车轮表面线速度相等。

当车轮制动时，车轮与大滚筒的滑移率达到20%时，控制装置就关闭驱动滚筒旋转的电动机，避免车轮与大滚筒之间滑移时间过长，减少轮胎的磨损。

如果关机时间过早，将不能测得最大制动力，使测得的制动力偏小。

8.4车轮抱死滑移对制动性能测试的影响

通常台试时被检车辆处于空载状态，且制动时没有因惯性作用而引起的轴荷前移作用故前轴车轮容易抱死而不易测到前轴制动器可能提供的最大制动力。

在测量制动时，为了获得足够的附着力，以避免车轮抱死，允许在车辆上增加足够的附加质量或施加相当于附加质量的作用力（附加质量或作用力不计入轴荷）；

也可采取防止车辆移动的措施（例如加三角垫块或采取牵引等方法）。

当采取上述方法之后，仍出现车轮抱死并在滚筒上打滑或整车随滚筒滚动向后移出的现象，而制动力仍未达到合格要求时，不能简单判定为不合格（有可能是因为这种型号的制动试验台不适合检测该车型，如安置角、附着系数过小等因素。

），应改用国家标准中规定的其他方法进行检验。

对满载/空载两种状态时后轴轴荷之比大于2.0的货车和半挂牵引车，宜加载（或满载）检验制动性能，此时所加载荷应计入轴荷和整车重量。

加载至满载时，整车制动力百分比应按满载检验考核；

若未加载至满载，则整车制动力百分比应根据轴荷按满载检验和空载检验的加权值考核。

如：

假设一辆货车的整备质量为5t，最大允许总质量为10t（即核定载质量为5t），前轴、后轴的