汽车文化-制动系统.ppt

汽车文化 制动系统四川交通职业技术学院 4 4064 408 2 素材收集 肖俊杰冷元斌王毅熊超制作 段坤琪张腾庞潇技术指导 唐汉文顾问 吴勇王庆龙徐强吴绍飞演讲 庞潇 2019 12 20 高端 大气 上档次 一 制动系统概述1 定义 作用 汽车制动系是指在汽车上设置的一套 或多套 能由驾驶员控制的 能产生与汽车行驶方向相反外力的专门装置 制动系统的作用是 使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车 使下坡行驶的汽车速度保持稳定 使已停驶的汽车在各种道路条件下 包括在坡道上 稳定驻车 2 制动系组成 汽车制动系一般至少有两套独立的制动装置 它们是 行车制动装置 脚制动装置 在行车中使用 一般它的制动器安装在汽车的全部车轮上 驻车制动装置 手制动装置 主要用于停车后防止汽车滑溜 它的制动器可装在变速器或分动器之后的传动轴上 又称为中央制动器 上述两套装置是各种汽车基本的制动装置 3 制动系类型 1 按制动器用途分 行车制动器 驻车制动器 辅助制动器 2 按制动传动机构的制动力源分 1 人力式制动系统 单靠驾驶员施加于制动踏板和手柄上的力作为制动力源的传动机构 其中又分为液压式和机械式两种 机械式仅用于驻车制动 2 动力式制动系统 利用发动机的动力作为制动力源 并由驾驶员通过踏板或手柄加以控制的传动机构 其中又分为气压式 真空气压式 空气液压式 3 伺服制动系统 兼用人力和发动机动力进行制动的制动系统称为伺服制动系统或助力制动系统 3 按制动传动机构的布置形式分 1 单回路制动系 传动装置采用单一的气压或液压回路 当制动系中有一处漏气 油 时 整个制动系统失效 2 双回路制动系 所有行车制动器属于两个彼此隔绝的回路 因而 其中一个回路失效 还能利用另一回路获得一定的制动力 从而提高了汽车制动的可靠性和安全性 4 制动装置的基本机构和工作原理 行驶中的汽车 具有一定的功能 要使它按需减速停车 路面必须对车轮产生一个阻止汽车行驶的力 即制动力 这个力的方向与汽车行驶的方向相反 制动的实质就是将汽车的动能强制地转化为热能 扩散于大气中 一般制动系的基本结构与工作原理 可用一种简单的液压行车制动系的结构和工作原理示意图来说明 1 基本结构 它由车轮制动器和液压传动机构两部分组成 制动传动机构由制动踏板1 推杆2 制动主缸4和油管5组成 2 车轮制动器主要由旋转部分 固定部分和张开机构组成 旋转部分是金属的制动鼓8 它固定于轮毂上和车轮一起旋转 固定部分主要包括制动蹄10和制动底板11等 制动蹄上铆有摩擦片9 制动蹄的下端松套在支承销12上 支承销固定在制动底板上 制动蹄的上端用回位弹簧13拉紧压靠在轮缸活塞7上 制动底板用螺钉紧固在转向节凸缘 前轮 或桥壳凸缘 后轮上 张开机构是液压制动轮缸6 又称制动分泵 它用油管5与装在车架上的液压制动主缸4 亦称制动总泵 相连通 主缸4中的活塞3可由驾驶员通过踏板1来操纵 2 工作原理 制动系统的一般工作原理是 利用固定部分和旋转部分之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动的趋势 1 在不制动时 摩擦片9的外圆面与制动鼓8的内圆面之间有一定间隙 使车轮能自由旋转 制动时 踩下制动踏板1 推杆2推动主缸活塞3前移 制动液的油压升高后 通过油管5进人轮缸6 并推动轮缸活塞7外移 活塞7推动两制动蹄10外张 此时制动蹄10绕支承销12转动 使制动蹄上的摩擦片9压紧在制动鼓8的内圆面上 这样不旋转的摩擦片9对旋转的制动鼓8产生一个摩擦力矩M 其方向与车轮旋转方向相反 制动鼓将该力矩传到车轮后 由于车轮与路面间的附着作用 车轮即对路面作用一个向前的周缘力F 同时 路面也会给车轮一个反作用力Fb 方向与汽车行驶方向相反 这个力就是车轮受到的制动力 各车轮上制动力的和就是汽车受到的总制动力 制动力由车轮经车桥和悬架传给车架及车身 迫使整个汽车产生一定的减速度 甚至停车 制动力Fb越大 则汽车减速度也越大 此时汽车的动能转变为热能并扩散到空气中 解除制动时 放松制动踏板 在回位弹簧13的作用下 制动蹄10回到原位 同时蹄鼓间隙得到恢复 因而制动作用被解除 16 二 ABS的控制技术 ABS的布置及通道ABS控制方式ABS控制方法ABS控制过程 17 ABS的布置及通道 四通道式三通道式双通道式单通道式 18 ABS的布置及通道 四通道式 压力控制阀 轮速传感器 19 ABS的布置及通道 三通道式 压力控制阀 轮速传感器 20 ABS的布置及通道 二通道式 压力控制阀 轮速传感器 21 ABS的布置及通道 单通道式 压力控制阀 轮速传感器 四通道式制造成本高 制动过程中容易产生横摆力矩 ABS采用这种布置方式的很少 双通道式尽管制造成本低 但很难兼顾汽车对制动效能和方向稳定性的要求 ABS采用这种布置方式的也不多见 实际使用的ABS液压系统以三通道式居多 三通道式的前轮有两个独立的控制通道 后轮则只有一个控制通道 在下段的控制方式分析中我们可以看出 采用这种布置方式 可以充分利用两个前轮的附着力 同时保证制动过程中的方向稳定性 单通道式的控制通道一般布置在汽车的后桥上 其制造成本低 在一些轻型载货车上有较广泛的应用 23 ABS控制方式 独立控制低选择控制高选择控制修正的独立控制智能选择控制 24 ABS控制方式 独立控制 控制方式 每个车轮都有专用通道 一个轮速传感器对应一个压力控制阀 优点 每个车轮的附着系数利用率达到最大值 以获得最佳制动效果 制动距离短 缺点 对不对称路面 由于附着系数不同 左右轮产生的路面制动力不同 导致车辆产生附加的横摆力矩 使车辆难以控制 操纵性和方向稳定性不太好 多用于中重型载货车的后轴 25 独立控制时的制动横摆力矩 26 ABS控制方式 低选择控制 控制方式 一个车桥上的两个车轮由一条通道控制 即两个轮速传感器对应一个压力控制阀 制动压力取决于预先抱死车轮的状态 对于不对称路面 选择附着系数较低的一侧车轮 优点 左右车轮产生的制动力相同 减少或消除了横摆和转向力矩 操纵性和方向稳定性好 缺点 附着系数较高的一侧车轮的附着系数得不到充分利用 制动距离加大 27 27 ABS控制方式 高选择控制 控制方式 一个车桥上的两个车轮由一条通道控制 即两个轮速传感器对应一个压力控制阀 制动压力取决于后抱死车轮的状态 对于不对称路面 选择附着系数较高的一侧车轮进行控制 优点 附着系数得到充分利用 制动距离短 缺点 对于附着系数不对称的路面 该控制方式会产生附加的横摆力矩 降低制动时的方向稳定性 28 28 ABS控制方式 修正的独立控制 控制方式 和独立控制一样 每个轮速传感器对应一个压力控制阀 具体控制方式是 对一个车桥上的左右轮中附着系数低的一侧车轮用独立控制 附着系数高的另一侧按一定的比例以低于最大附着系数利用率进行控制 或者使其控制压力的建立时间推后一段 优点 综合了独立控制和低选择控制的优点 制动距离较短 方向稳定性较好 29 29 ABS控制方式 智能选择控制 控制方式 一个车桥上的两个车轮由一条通道控制 即两个轮速传感器对应一个压力控制阀 左右轮附着系数相同 低选择控制左右轮附着系数不同 当附着力低的一侧其附着系数相对较高时 用低选择控制 而其附着系数相对较低时 选择系统趋向于高选择控制 30 30 ABS控制方法 逻辑门限值控制PID控制模糊控制 31 这种控制方法是基于车轮角速度对制动力矩 制动力系数和滑移率的变化十分敏感 在制动过程中 车轮抱死总是出现在d dt相当大的时刻 因此可以预选一个角减速度门限值 a 当实际的角减速度超过此门限值时 ECU发出指令 开始降低制动压力使车轮得以加速旋转 再选一个角加速度低门限值 a1 当车轮的角加速度达到此门限值时 ECU发出指令 使制动压力保持不变 当车轮的角加速度增大到高门限值 a2时 又开始增大制动压力 车轮作减速运动 所以可以采用一个轮速传感器作为输入信号 同时在ECU中设置合理的车轮角加 减速度门限值 实现防抱死制动的控制 这种方法称为简单逻辑门限值控制 其逻辑判定条件可以表示为 逻辑门限值控制 1 32 逻辑门限值控制 2 d dtap保压 上一个是减压过程d dt ap增压 上一个是保压过程An 角减速度门限值 Ap 角加速度门限值 33 33 简单逻辑门限值控制可以适应不同的路面特性 但当路面制动力系数发生突变时 系统不能快速适应 此外 在初始和高速紧急制动情况下 有可能使防抱制动逻辑在后续的控制中失效 因此需要将角速度和滑移率这二个门限结合起来 以识别不同的路况 目前 ABS采用的基本上都是基于车轮加 减速度门限值及滑移率的控制方法 逻辑门限控制具有控制简单 计算量小 便于实现的优点 目前已经在汽车上应用的ABS产品几乎无一例外地采用该方法 逻辑门限控制的缺点在于控制系统中的各种门限及保压时间都是通过反复试验得出 耗资巨大 产品开发周期长 而且从理论上讲 在整个控制过程中车轮滑移率并不总是保持在最佳滑移率上 而是在它的附近波动 并未达到最佳的制动效果 逻辑门限值控制 3 34 PID控制 图为ABSPID控制的方框图 从图中可以看出 该方法将期望的滑移率ST与实际滑移率S之差eS定义为PID的输入 由PID控制算法算出控制参数值 液压制动系统的液压或气动制动系统的气压p 反馈给制动系统 构成典型的反馈控制 PID控制的难点在于PID参数的整定 一般结合具体的汽车用试凑的方法确定 只要PID参数选择恰当 就会得到较好的控制效果 35 模糊控制 模糊控制也是目前研究人员研究比较多的ABS控制方法之一 模糊控制通过模糊逻辑和近似推理方法 把人的经验形式化 模糊化 使之成为计算机可以接受的控制模型 模糊控制是基于经验规则的控制 与系统的模型无关 有很好的鲁棒性和控制规则灵活性 控制规则符合人的思维规律 该控制方法是今后的发展方向 三 EBD电子制动力分配系统 一 简介EBD的英文全称是ElectricBrakeforceDis tribution德文缩写为EBV 所以很多欧洲车用EBV表示 比如奥迪A6 宝来 高尔夫等 由于EBD造价昂贵 在国外也只配备在较高档的新款汽车中 汽车制动过程中若前轮先抱死滑移 汽车能够维持直线减速停车 处于稳定状态 二 作用EBD能够根据由于汽车制动时产生轴荷转移的不同 而自动调节前 后轴的制动力分配比例 提高制动效能 并配合ABS提高制动稳定性 汽车在制动时 四只轮胎附着的地面条件往往不一样 EBD的工作原理恰恰就是用高速计算机在汽车制动的瞬间 分别对四只轮胎附着的不同地面进行感应和计算 得出不同的摩擦力数值 使四只轮胎的制动装置根据不同的情况用不同的方式和力量制动 并在运动中不保持调整 使制动力与摩擦力相匹配 从而保证车辆的平稳 实际调整前后轮时 它可依据车辆的重量和路面条件来控制制动过程 自动以前轮为基准去比较后轮轮胎的滑动率 即车辆的实际车速和车轮的圆周线速度之差与车辆实际车速之比 如发觉前后车轮有差异 而且差异程度必须被调整时 它就会调整汽车制动液压系统 使前 后轮的液压接近理想化制动力的分布 可以说在ABS动作启动之前 EBD巳经平衡了每一个轮的有效地面抓地力 防止出现后轮先抱死的情况 改善制动力的平衡并缩短汽车制动距离 当紧急刹车车轮抱死的情况下 EBD在ABS动作之前就已经平衡了每一个轮的有效地面抓地力 可以防止出现甩尾和侧移 并缩短汽车制动距离 从工作原理来讲 它是ABS的一个附加作用系统 可以提高ABS的效用 共同为行车安全添筹加码 所以在安全指标上 汽车的性能又多了 ABS EBD 值得一提的是 即使车载ABS失效 EBD也能保证车辆不会出现因甩尾而导致翻车等恶性事件的发生 同时它还能较大地减少ABS工作时的振噪感 不需要增加任何的硬件配置 成本比较低 不少专业人士更是直观地称之为 更安全 更舒适的ABS 在车轮轻微制动时 电子制动力分配 EBD 功能就起作用 转弯时尤其如此 速度传感器记录4个车轮的转速信息 电子控制单元计算车轮的转速 如果后轮滑移率增大 则调节制动压力 使后轮制动压力降低 电子制动力分配 EBD 功能保证了较高的侧向力和合理的制动力分配 EBD使用特殊的ECU 中央处理器 功能来分配前轴和后轴之间的制动力 当汽车制动时 中央处理器根据接收到的轮速信号 载荷信号 踏板行程信号以及发动机等有关信号 经处理后向电磁阀和轴荷调节器发出控制指令 使各轴的制动力得到合理分配 EBD在汽车制动时即开始控制制动力 而ABS则是在车轮有抱死倾向时开始工作 EBD的优点在于在不同的路面上都可以获得最佳制动效果 缩短制动距离 提高制动灵敏度和协调性 改善制动的舒适性 由于现阶段在汽车上安装EBD系统的成本还很高 所以现在的汽车并没有大量的装配这种配置 只是在少数中高档车上配备 但是随着经济的发展和人们安全意识的提高和其本身的重要性 不久的将来EBD系统定会是汽车上的一项基本配置 并得到广泛的关注 三 ESP的类型目前ESP有3种类型 1 4通道或4轮系统 能自动地向4个车轮独立施加制动力 2 2通道系统 只能对2个前轮独立施加制动力 3 3通道系统 能对2个前轮独立施加制动力 而对后轮只能一同施加制动力 实际上ESP是一套电脑程序 通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析 进而向ABS TCS发出纠偏指令 来帮助车辆维持动态平衡 ESP的电脑会计算出保持车身稳定的理论数值 再比较由侧滑率传感器和加速度传感器所测得的数据 发出平衡 纠偏指令 主要控制偏航率 转向不足 会产生向理想轨迹曲线外侧的偏离倾向 而转向过度则正好相反 向内侧偏离 四 ESP的工作原理 具体的纠偏工作是这样实现的 ESP通过TCS装置牵制发动机的动力输出 同时指挥ABS对各个车轮进行有目的的刹车 产生一个反横摆力矩 将车辆带回到所希望的轨迹曲线上来 比如转向不足时 刹车力会作用在曲线内侧的后轮上 而在严重转向过度时会出现甩尾 这种倾向可以通过对曲线外侧的前轮进行刹车得到纠正 不足转向时的控制策略ESP判别汽车具有较大的不足转向倾向 控制系统会自动对位于弯道内侧的后轮实施瞬时制动 以产生预定的滑移率 导致该车轮受到的侧向力迅速减少而纵向制动力迅速增大 于是产生了一个与横摆方向相同的横摆力矩 此外还获得了两个附带的减少不足转向倾向的因素 首先 由于制动而使车速降低 其次 由于差速器的作用 对内侧后轮制动从而导致外侧后轮被加速 即外侧后轮受到的驱动力增加而侧向力减少 于是产生了又一个所期望的横摆力矩 过度转向时的控制策略在出现过度转向时 驱动力分配系统就会降低驱动力矩 以提高后轴的侧向附着力 地面作用于后轴的侧向力相应会提高 从而产生一个与过度转向相反的横摆力矩 位于弯道外侧的非驱动前轮开始时几乎不滑动 若仅依靠动力分配系统还不能制止开始发生的不稳定状态 控制系统将自动对该前轮实施瞬时制动 使它产生较高的滑移率 导致该车轮受到的侧向力迅速减少而纵向制动力迅速增大 于是也产生一个与横摆方向相反的横摆力矩 由于对一个前轮制动 车速也会降低 从而获得了一个附带产生的有利于稳定性的因素 五 ESP系统的结构 1 带有ECU液压调节器2 轮速传感器3 转角传感器4 侧向加速度传感器和横摆角速度传感器5 与发动机管理系统的通信 ESP系统由传统制动系统 传感器 液压调节器 汽车稳定性控制电子控制单元和辅助系统组成 在电脑实时监控汽车运行状态的前提下 对发动机及控制系统进行干预和调控 在汽车行驶过程中 方向盘转角传感器监测驾驶者转弯方向和角度 车速传感器监测车速 节气门开度 制动主缸压力传感器监测制动力 而侧向加速度传感器和横摆角速度传感器则监测汽车的横摆和侧倾速度 ECU根据这些信息 通过计算后判断汽车要正常安全行驶和驾驶者操纵汽车意图的差距 然后由ECU发出指令 调整发动机的转速和车轮上的制动力 如果实际行驶轨迹与期望的行驶轨迹发生偏差 则ESP系统自动控制对某一车轮施加制动 从而修正汽车的过度转向或不足转向 以避免汽车打滑 转向过度 转向不足和抱死 从而保证汽车的行驶安全 六 ESP的用途 ESP系统的出现 极大地改善了汽车在行驶过程中的安全性和操纵性 特别是在路况很差 路面被雨水和冰雪覆盖时 ESP控制系统在车辆行驶过程中 始终监测车的运动状态 尤其是与转向相关的运行状态 一旦出现不稳定的预兆 ESP控制系统便实时予以修正 从而使汽车的行驶安全性大大提高 驾车人员感觉更灵活 更快捷 更安全 ESP系统使汽车在极限状况下更容易操纵 它可以降低汽车突然转向时的危险 提高方向稳定性 ESP系统可以辩识汽车的趋向 并且做出反应 它可在单个车轮上施加制动力 从而产生附加横摆调节力矩 帮助汽车回到正确的方向上来 6 1ESP降低事故风险当不得不采取紧急避让动作时 也许弯道比预料的还要急拐 或者路面状况突然发生变化时 德国保险公