汽车液压制动系统工作状态模型及故障模式研究.doc

重庆交通大学硕士学位论文汽车液压制动系统工作状态模型及故障模式研究姓名：孔薇申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：杨志刚20090401，（），：，】刊，】嗡：；重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：飞紊良日期：鲫年纱月日重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。学位论文作者虢己板指导撕躲书渺醐：加口年弘月日日期：加产髟月夕日本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社系列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权益。学位论文作者签名：乏巍日期：洳年厶月日艚溯徘书抑嗍冲月罗日第一章绪论课题的提出第一章绪论汽车是现代文明的象征，汽车的出现推动了人类文明的发展，随着国民经济的持续、快速的发展，我国汽车工业取得了长足的进步，逐渐成为支柱产业。近十年的时间内，中国汽车产销量保持了快速增长势头。作为现代社会重要的交通工具之一，有着不可或缺的作用，汽车运行的舒适性和安全性越来越受到人们的关注，并且要求也越来越来高，这就对汽车的维修保障提出了更高的要求。汽车故障诊断是在汽车不解体或仅拆卸个别零件的条件下，查找故障部位和查明故障原因的过程；汽车诊断技术，是指能用于查找和分析汽车故障元件及故障区域的技术。随着汽车技术的发展，特别是电子技术、计算机技术在汽车上的应用，汽车故障诊断从传统的听、看、闻等经验诊断方式，发展为以集成化、智能化的诊断设备为手段，以信息技术为依托的现代汽车故障诊断技术【。从更为长远的角度看来，汽车安全技术的发展，将会不仅仅局限于汽车的故障诊断技术，而向更加智能化的方向发展，即汽车状态远程监测，使汽车的故障真正能够做到防患于未然。从另一个角度来说，随着汽车用途的日益广泛，保有量的急剧增长，及其结构和技术的不断进步，使汽车生产商之间的竞争加剧。为了提高市场份额，汽车厂商会倾向于提供更长时间、更长距离的保修期限，但同时，这样会提高企业生产成本和管理成本，这就迫切需要能对汽车的故障进行预测。目前研究人员和学者研究提出的机电设备状态远程监测与故障诊断系统，大都是针对大型重要设备。这些系统实施往往需要监测现场人员的协助，而且现场需配置费用较高的检测设备，不适合汽车的移动性和小价值的特点，因此不能直接应用于汽车的状态监测。因此，无论就汽车状态远程监测与故障预测的现实价值而言，还是就其远程实时监测部分将来作为智能交通系统（）重要的组成部分来说。开展这方面的研究工作都具有实际而深远的意义【】。汽车状态远程监测技术研究现状近年来，汽车不断向着复杂化、自动化、机电液气一体化的方向发展。汽车运行状态远程监测工作可以使汽车这种高性能机电一体化产品提高其工作可靠第一章绪论性，并使其具有预防故障发生的能力。国外汽车状态远程监测技术研究现状国外发达国家早在世纪年代初就已经开始进行汽车状态远程监测方面的研究工作。而国内在这方面的研究还仍处于起步阶段。美国联邦运输部在年进行了公交系统中车辆监测和通信系统的研究，并提交了该系统的技术和经济可行性分析报告。该系统由车辆实时定位装置、车辆状态信息传输装置、驾驶员与控制中心之间的语音传输装置、计算机实时监控中心四部分组成，可以提供公交车辆的运行线路、运行时间、维护保养和驾驶员操作等基本信息，还可为乘客提供各种实时信息服务。该系统已经在美国、加拿大以及欧洲进行了试用，但是由于前期硬件设施投资较大以及政府部门的原因，并没有推广使用。年英国帝国理工学院进行了汽车运行和排放状态远程监测系统研究，得到了英国政府、其他高校以及几家交通公司的支持，研究通过采用先进的数据采集技术、车辆定位技术、信息技术和数据仓储技术实现准确可靠而有效的车辆运行状态及尾气排放远程监测，系统监控中心对车辆传输的数据进行存储、分析及显示。年英国曼彻斯特大学工程学院的柴油机尾气排放研究小组在城市消防车上进行了远程监测研究工作，以汽车柴油机尾气作为远程监测具体目标，其目的是尽量减少行驶中柴油机各种污染气体的排放。研究中柴油机信息传输装置和监控计算机之间的通信采用，传输的参数包括发动机转速、车速和发动机排气温度等，由监控计算机分析所得的结果可以通过因特网进行远程传输。就目前的发展状况而言，汽车状态的远程监测系统的开发尚未真正成熟，只是小范围或实验性的应用于某个参数的监测，还不能够真正对汽车运行状态进行监测。国内汽车状态远程监测技术研究现状目前国内汽车几乎都没有配备运行状态远程监测设备，以及配套的状态远程监测技术。相对于国外汽车状态远程监测技术在汽车状态和尾气排放方面的具体应用研究而言，国内目前的研究主要处于理论研究方面，没有实际应用的先例。国内汽车运行状态远程监测研究主要在以下几个方面：基于的汽车状态远程监测系统【该系统就汽车本身来说分为软件和硬件两部分，软件部分主要由车辆运行状第一章绪论态监测模块、故障诊断模块组成，硬件由车载通信设备、报警装置以及微处理器等组成。其中两个软件模块与车载通信模块均配有接口，以便及时将车辆运行中的异常情况和诊断结果发送到交通指挥中心和汽车维修中心。该系统虽然对于提高车辆行驶的安全性和交通运行效率具有重要意义，但是离实际应用还有一段距离。因为该系统是从整体来考虑的，因此它牵涉到的部门和人员比较多，譬如系统中与车载通信设备进行通信的是汽车维修中心和交通指挥中心，相当于需要两个监测中心才能保证该系统顺利运行，其经济性明显不合理；另外，系统将车辆运行状态监测模块和故障诊断模块全部集中在车辆上，这也是不合理的，因为故障诊断是一个综合和系统的工作，它的实现不可能通过一个简单的车载微机来实现，这样既不能达到故障诊断的目的，同时还增加了单个车辆的投资。所以这种基于的汽车状态远程监测系统还需要进一步改进和完善。基于的车辆定位及状态监测系纠】最初是为美国军方提供服务的。它能够提供实时二维位置、二维速度和高精度时间信息，是一种全球性、全天候、连续的卫星无线电导航系统。系统由安装于车辆上的接收机获得本车实际位置和速度等信息，经过控制单元处理后通过通信电台传送到调度管理中心，管理中心获得这些信息后进行处理和分析，发出管理指令。车辆上的控制单元根据接收的指令，选择执行各种命令。然而，由于车辆监控系统中传统的通信方式是采用集群移动通信，它需要设置中央控制器、集群信道机、终端管理机等设备；扩容时还要增加中继站和专用线路，硬件投资太大，并目受集群移动通信系统本身通信模式的限制，较难实现漫游。因此，仅仅依靠系统进行汽车状态远程监测难度较大。基于的车辆动态监控及调度系统【该系统由移动车辆、控制中心二部分组成。移动车辆上装备有接收机、车载移动电话和数据转换器，负责采集车辆定位数据，并通过数据转换器处理后，由车载移动电话经发出。控制中心主要由移动电话、数据转换器以及计算机构成。中心控制计算机上装有系统软件，实时接收传来的定位信息，进行变换、匹配及其它处理，然后以相应方式显示在计算机屏幕上，管理者可随时了解（实时查询）移动车辆的位置，并可通过现场侦听功能，随时了解现场情况。控制中心也可以随时通过移动电话向指定车辆发布调度指令，与现场进行对话。该系统具有良好的定位与监控功能，将通信技术与定位系统技术应用十车辆管理，是交通运输管理水平的一次飞跃。但是，由于该系统主要的出发点仍然是应用于交通管理，系统的功能还没有涉及到汽车零部件或总成运行状态的远程监测，也没有充分利用当今世界发展最快也是应用范围最广的技术，因此它第一章绪论也是不完整的。现代汽车的功能越来越复杂，一个实用的汽车运行状态远程监测系统，只有在汽修企业、科研院所、汽车生产厂的协同支持下，才能不断地发展和完善。虽然国内由于受网络基础、经济技术等条件限制，在这一方面起步比较晚，离实际应用还有一段距离。但是实现汽车运行状态的远程监测技术具有巨大的经济效益和社会效益，使得这一新兴技术有着广阔的应用前景，它必将随着汽车工业飞速发展而发展【引。课题研究目的和意义课题研究目的汽车运行状态远程监测系统适应汽车故障诊断的复杂性、多变性。这对延长汽车的正常运营周期，提高维修质量，缩短维修时间，增强汽车运行的可靠性和安全性，减少和预防事故起到积极的推动作用。同时也实现了专家知识和经验的交流、汇集、复制、传播和长期保存。而记录运行中大量的原始信息，为汽车合理运行和快速诊断经验的积累及其改进设计提供比较可靠的依据和后台支持。为汽车维修服务业提供信息资源，提高企业服务质量。课题研究意义有利于使汽车保持良好的运行性能，确保道路畅通为了实现道路畅通，除了改建、新建道路和桥梁等基础设施之外，还有必要对车辆的正常运行提出要求。即车辆应时刻保持良好的运行状况和工作性能，避免因车辆故障引起的交通堵塞和交通事故，从而达到道路畅通的目的。因此，必须发展一种实时监测汽车运行状态的系统，借助于现代移动通信和计算机通信网络远程监测汽车运行状态，可以及时发现汽车潜在的故障，及时提供警示信息或技术服务，确保汽车具有良好的运行性能。有助于车辆管理部门对车辆排放污染情况进行实时监测车辆发动机性能的变坏会导致严重的废气排放。通过检测发动机的运行参数，可以间接监测汽车的废气排放，有利于环保。能为汽车用户提供更好的技术服务近年来国内汽车消费仍大幅度上升，但如何为汽车用户更好地服务（尤其是技术服务）是汽车生产企业、汽车销售商和汽车维修企业所面临的重大课题。不管奎鲕县否柏幺艘若沿右电捍的古术腽辞都县难伟用户威到满音的雨用汽奎第一章绪论运行状态远程监测系统，可以对车辆故障及时进行远距离准确诊断、分析，以实现利用高科技手段更好地为用户提供技术服务。有利于促进（智能交通系统）的发展因为按照的体系结构，汽车运行状态远程监测系统应是的一个组成部分，对它的研究可以促进的发展。对该系统的研究和应用符合国家信息化发展的方针“信息化是我国加快实现工业化和现代化的必然选择。随着信息化高速公路的完善发展和的日益成熟，信息技术在交通上的应用越来越广泛，而且它不断给社会带来巨大的经济效益。利用信息技术对车辆运行状态进行实时、在线监测和故障诊断是汽车维修行业全面实现客户车辆管理信息化、技术服务信息化的一个重要应用方面。有利于提高汽车维修企业的技术水平和服务水平。汽车运行状态远程监测系统利用移动通信系统和计算机网络对汽车的运行状态进行远程监测、故障预测及诊断，及时、在线地测试汽车的运行状况，迅速、准确地诊断、分析汽车故障或潜在故障，使其得到尽快的技术服务，防患于未然，零；确保车辆在良好的状态下运行。这不仅提高了汽车检修和维修的可靠性，消除不必要的浪费，对于减少交通事故、保持道路畅通也具有重要的意义和作用，同时长期积累的故障数据的第一手参考资料还可以为汽车开发设计单位及生产制造单孽位的设计、制造、装配等部门提供改进。应用和发展这样的系统必然成为未来的一种趋势。汽车运行状态远程监测与预测系统概述汽车运行状态远程监测与预测是一项涉及多门学科技术领域，如电子技术、现代控制理论、汽车诊断技术、通讯技术、计算机工程、信号处理等的综合性技术，它可以实时在线的对车辆的运行状态进行监测，通过无线数据传输及远程监测中心的专家系统对运行参数进行分析，来反应目前车辆运行状况，及时的发现故障隐患，防范于未然。并可以将车辆运行参数进行存储，作为一线技术信息提供给汽车生产、维修服务等企业，促进汽车技术的进步，服务质量的提高。系统主要研究内容为：掌握汽车运行状态远程监测技术发展现状，针对汽车液压制动系统，设计汽车运行状态远程监测系统的总体结构，通过对汽车制动系统的研究，建立动态工作模型，找出关键参数，并对关键参数进行计算与推理，分析制动系统故障模式；研究与开发远程监测技术的车载系统，通过车载系统的硬件电路设计与软件程序的开发，实现对车辆制动系统运行关键参数的采集，经第一章绪论过无线发送模块实现数据同专家系统的收发；由专家系统针对收到的车辆目前运行状况参数进行分析与推理，以结论形式发送至车载系统，最终由车载系统的显示模块将结果告知车辆驾驶人员。故该系统可对车辆运行参数进行收集分析，监测车辆运行状态，在车辆运行过程中查找出车辆存在的故障隐患，提高车辆安全性能。该系统涉及了多项学科技术，但考虑到驾驶员行车安全，因而不应过多参与系统功能的实现，同时考虑汽车自身移动性、小价值、数量大且分散的特点。系统的设计方案如图所示。图汽车运行状态远程监测与预测系统总体设计框图汽车运行状态远程监测与预测系统的研究工作主要由以下三个部分组成：系统的选择，需要采集的系统关键参数的确立，对关键参数分析）汽车正常工作状态分析对汽车正常工作状态进行动态建模，建立汽车运行过程中各个运行参数的动态关系。包括整车模型、轮胎模型及制动系统模型三部分。）研究主要系统的选择由于车辆由多个系统组成，而研究重点放在了汽车液压制动系统。制动系统传感器数量较少，一般涉及有制动踏板行程传感器，制动液位传感器，轮速传感器，及踏板力传感器等。）关键参数的确立确立影响系统安全性与稳定性的关键参数都有哪些，并分析哪一个参数影响第一章绪论系统的哪个部分，也就是说，哪一个部分存在故障时有可能是由于哪个或哪些参数引起的，确立参数的阈值等。通过分析选择的制动系统及所需要采集的关键参数来设计车载系统）相应传感器的选择和设计由制动系统关键参数确定所应用到的传感器，研究相应传感器的工作原理。）硬件电路设计，软件程序的开发，及对车载系统电路的实验调试汽车远程监测中心专家系统监测中心主要是接收来自于车载系统的汽车运行参数，并分析汽车运行状态，得出相应的结论。这部分工作涉及到了诊断专家系统的知识库的建立，推理机的建立，无线通讯模块的设计等。本文的主要研究内容本文的主要工作是对汽车运行状态及故障模式进行合理的分析，完成整个系统的前期的理论研究，其整个系统的建立打下良好的基础。这部分研究的内容及其在系统中的作用如图所示。图本文研究与系统关系本文的主要研究内容为：根据汽车的运行情况，对汽车的运行状态进行分析，第一章绪论建立汽车动态工作模型：分析常见汽车故障模式，确立系统的监测参数；结合动态工作模型，对监测参数进行分析。汽车故障检测参数是车载系统对汽车状态监测所需传感器进行选取的重要依据；汽车动态工作模型为远程监测中心专家系统的推理机对汽车实际运行状态进行计算推理提供理论支持；而对汽车故障模式的总结分析，则是知识库规则构建的理论依据。由此可见，汽车运行状态远程监测及故障预测系统作为一个有机联系的整体，本文所作的研究工作是必不可少的。它为车载系统与专家系统提供理论及技术支持，将这两个子系统的研究内容紧密的联系起来，使整个系统的状态监测及故障预测工作具有科学性、可信性。由于汽车的复杂性及时间限制，本文不能对汽车每个系统的工作状态及故障模式一一进行分析，在此以汽车液压制动系统为例，进行研究工作的展开。本文的研究工作主要分为以下几个方面：）详细分析汽车液压制动系统工作过程及建立相关动态工作工作模型。）对所建立模型进行分析，对模型间相互关系及参数间的相互关系进行分析。）根据所建立模型，确立汽车液压制动系统中汽车运行状态监测参数。）对可能对模型产生影响的因素进行分析。）对汽车液压制动系统故障模式进行分析。）对汽车液压制动系统故障预测参数进行分析，为故障预测的实现奠定基础。第二章汽车液压制动系统及相关理论基础第二章汽车液压制动系统及相关理论基础汽车制动系统概述汽车制动系统定义汽车上便于驾驶员能根据道路和交通等情况，借以使外界（主要是路面）在汽车某些部分（主要是车轮）施加一定的力，对汽车进行一定程度的强制制动的一系列专门装置称为制动系统。它可以使行使中的汽车减速甚至停车，使下坡行驶的汽车的速度保持稳定，使已驶停的汽车保持不动。汽车制动性是汽车的主要性能之一，也只有制动性良好、制动系工作可靠的汽车，才能充分发挥其动力性能【。制动系统的组成任何制动系都具有以下四个基本组成部分（如图所示）：图制动系统基本组成）供能装置包括供给、调节制动所需能量以及改善传能节制状态的各种部件。其中产生制动能量的部分称为制动能源。）控制装置句括产生制动动作和控制制动效果的各个部件。）传动装置包括将制动能量传输到制动器的各个部件。）制动器产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力（制动力）的部件。第二章汽车液压制动系统及相关理论基础较为完善的制动系统还具有制动力调节装置以及报警装置、压力保护装置等附加装置。汽车液压制动系统概述汽车液压制动系统概述汽车制动系统按照其功用，通常可分为行车制动、应急制动和驻车制动。液压制动系统属于行车制动中的一种，是利用特制油液作为传力介质，将驾驶员施与踏板上的力放大后传至制动器，推动制动蹄片产生制动力矩。液压制动系统大多用于总重小于的汽车。汽车液压制动系统制动原理介绍汽车以一定速度行驶，具有一定的动能，要想使其减速停车，路面必须对汽车车轮产生一个强制阻力，即制动力。实际上，制动就是将汽车的动能强制转化为热能，扩散于大气中。以一种简单的液压制动系（如图所示），来说明一般液压制动系统的制动原理。图制动系统工作原理示意图卜制动踏板：一推杆；一主缸活塞；￥动主缸；一油管；一制动轮缸；一轮缸活塞：一制动鼓；一摩擦片：制动蹄；卜制动底板；一支承销；一制动蹄复位弹簧第二章汽车液压制动系统及相关理论基础该液压制动行车制动装置的车轮制动器由旋转部分、固定部分和张开机构组成。旋转部分是制动鼓，它固定于轮毂上和车轮一起旋转固定部分是制动蹄和制动底板等。以下为张开机构，制动蹄上铆有摩擦片，蹄的下端松套在支承销上，支承销固定在制动底板上，上端用回位弹簧拉紧压靠在轮缸活塞上，制动底板用螺钉与转向节凸缘前轮或桥壳凸缘后轮固定在一起。制动蹄用液压轮缸通过油压的压力推动活塞使制动蹄张开，或用凸轮的张力机构来促动。制动时，踩下制动踏板，推杆便推动主缸活塞，迫使制动油进入轮缸，推动轮缸活塞使制动蹄张开，与制动鼓全面贴合压紧，此时不旋转的摩擦片对旋转的制动鼓将产生一个摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向相反，大小决定于轮缸的张力、摩擦系数和制动鼓及制动蹄的尺寸。制动鼓将该力矩传到车轮后，由于车轮与路面间有附着作用，车轮即对路面作用一个向前的周缘力，与此相反，路面会给车轮一个向后的反作力，它的大小等于被车轮半径除得的商值。方向与汽车行驶方向相反，这个力就是车轮受到的制动力。各轮上制动力的和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。放松制动踏板，在各回位弹簧的作用下，制动蹄与制动鼓的间隙又恢复，因而制动解除。汽车液压制动系统工作过程介绍现对汽车液压制动系统的制动过程进行一个全面的分析。一，、一”扭一一一一一一图制动系统工作过程示意图汽车液压制动系统工作过程示意图如图所示。驾驶员接到紧急停车信号时，并没有立即行动，而要经过。秒后才意识到应进行紧急制动，并开始移动右第二章汽车液压制动系统及相关理论基础脚，再经过，秒后到达点才开始踩到制动踏板。这一时间，称为驾驶员反应时间。这一段时间，一般为，它与制动蹄（鼓）的性能无关。在点以后，随着驾驶员踩踏板的动作，踏板力迅速增加，到达点时达到最大值。不过由于制动系中有一定的残余压力，且蹄片由回位弹簧拉着，蹄片与制动鼓之间存在着间隙，所以要经过，秒下踏时间后到达点，地面制动力才起作用，使汽车开始产生减速度。由点到点是制动力的增长过程所需要的时间，：，。：，称为制动器的作用时间或滞后时间。它的长短一方面取决于驾驶员踩踏板的速度，更重要的一方面受制动器结构形式与维修质量的影响。由到，为持续制动时间，这一阶段车辆的制动力稳定，基本不变。到，点驾驶员松开制动踏板，但制动力的消除仍需要一段时间，这段时间。称为制动释放时间。按规定，制动释放时间不得太于。从制动的全过程来看，它包括：驾驶员看到情况做出反应、制动器起作用、持续制动和制动完全释放四个阶段。在汽车液压制动系统进行动态建模过程中的时间变量，并没有将驾驶员的反应时间所在内。汽车液压制动系统制动管路介绍前置发动机后轮驱动的汽车，有大约的重量压在后轮上，所以，它的制动系统采用垂宣布置的或前轮独立的。前置前驱动的汽车，汽车后轮只负担大约的车重，后轮单独制动时，不能产生足够的制动力，所以，前置前驱动汽车的制动系统采用型或成交叉型制动方式，左前轮制动器和右后轮制动器连在一起，左后轮制动器与右前轮制动器连在一起。双比例阀自动分配制动力。如图所示。图型制动系统管路布置示意图删第二章汽车液压制动系统及相关理论基础制动管路将制动液从制动主缸输送到制动器，在这个制动系统里，制动液基本是相同的，大部分油管是钢管，用管夹固定在车体上，以免振动损坏。在车体与悬挂之间，必须使用柔性管（即通常所称的制动软管），以适应转向和悬挂系统的运动。制动软管是耐压胶管，不能卷进车轮里。汽车液压制动系统比例阀介绍为保证制动安全性许多国家在制订有关汽车制动法规时，对制动效能和制动时的方向稳定性提出越来越严格的要求。制动时若前轮（转向轮）先抱死滑移，而后轮还在滚动，汽车将丧失转向能力（跑偏）：若后轮先抱死滑移，而前轮还在滚动，在侧向干扰力作用下，汽车将产生侧滑（甩尾），甚至掉头，造成严重事故。现代汽车越来越多地采用各种制动力调节元件比例阀，使前、后轮促动管路压力的实际分配特性曲线在不同程度上接近于相应的理想分配特性曲线。按照车轮负重的比例，比例阀将制动力分配到前后轮。制动力由轮胎与地面间摩擦力而决定。随着负载的增大而增大。比例阀调整制动力的分配与车轮的负载相适应，应该对压力或负载敏感。目前使用的比例阀有单腔、双腔（复式、组合式）、感载阀、惯性阀等。惯性比例阀的特点在于，它是通过汽车减速度而不是通过后悬架挠度来感载的，其结构简单，既可以调节单个轴上的制动力，也可以调节整个汽车的总制动力。在采用惯性比例阀后，由于其在不同轴荷和减速度下都具有规定的前后轮制动压力比，故可满足车辆所需的制动平衡曲线的要求。保证车辆在制动时能控制后制动管路中的压力，实现前轮先抱死，防止因后轮制动力过大而造成汽车侧滑，以达到改善车辆稳定性的要求。在本文的建模过程中，将以安装有惯性比例阀的车辆为例进行分析。系统介绍系统概述汽车防抱死制动系统，简称（）。是现代汽车制动系统的关键部件之一，它是用来在汽车制动过程中，防止车轮完全抱死，提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵能力，缩短制动距离的一种安全装置【。的功能主要有以下三点：）提高制动过程中汽车行驶的方向稳定性；第二章汽车液压制动系统及相关理论基础）保证驾驶员在汽车制动过程中仍能控制转向盘，从而实现避开障碍物；）缩短制动距离。基本结构一般由电子控制单元（）、制动压力调节装置和轮速传感器等部分组成。电子控制单元（）具有对制动系统进行监测和控制两方面的功能。根据传感器所收集的信号，加以分析后，对制动压力发出控制指令。并在异常情况时，发出报警。制动压力调节单元属于执行机构。它的功能是根据的指令来调节各个车轮制动器的制动压力。其结构因制动系统的不同而不同。应用最为广泛的是液压式控制系统。液压式制动压力调节装置的主要元件是液压电动泵和液压控制电磁阀，利用液压泵和电磁阀产生的液压压力来控制汽车的制动力。轮速传感器顾名思义就是获取汽车车轮转速信号的传感器。它可以产生与车轮轮速成正比的交流信号。就是根据对轮速传感器传回的信号进行分析后的结果，进行制动抱死控制的。所以，轮速传感器是非常重要的。分类在液压制动的汽车上，制动压力调节装置常串联在制动主缸与制动轮缸之间，通过电磁阀直接或间接地控制轮缸的制动压力。根据工作原理的不同，液压制动系统采用的压力调节装置又可分为可变容积式和循环式。直接通过高压工作油路的容积增减来控制压力的，称可变容积式调压器。减压时，将分泵压力油释放至压力控制回路以外的低压储油池，再用液压泵将储油池的低压油加压后输送回制动主缸的，称再循环式调压器。减压时，轮缸释放的压力油不再送回低压储油池，而用液压泵直接输送给制动主缸的，称循环式调压器，亦常称回流泵式调压器。在本文中，以再循环式压力调节装置为例进行分析计算。控制方法介绍系统的控制效果主要取决与系统所采用的控制方法和控制通道。现在系统采用的控制技术，大多是预测控制技术，即预先规定控制参数和设定值等控制条件，然后进行检测控制。预测控制技术包括：）仅以车轮减速度为控制参数的控制方式；第二章汽车液压制动系统及相关理论基础）仅以滑移率为控制参数的控制方式；）以车轮减速度和加速度为控制参数的控制方式；）以车轮减速度、加速度和滑移率为控制参数的控制方式。在本文中，以第四种控制方式为例进行分析计算。在实际工作过程中，控制循环每秒钟大约次。控制通道目前汽车四轮系统大多数都采用三通道控制。三通道通常都是对两个前轮进行独立的控制，对两个后轮按低选原则进行一同控制，以易抱死的车轮即轮胎转矩较小的车轮为标准，给后轮施加相等的制动力矩控制车轮制动。汽车在紧急制动时，会使前轮的重量向前移动，使前轮的附着力比后轮的附着力大得多，一般前轮的附着力约占总附着力的。对前轮进行独立控制，可使两前轮在制动过程中始终保持较大的抵抗外界的侧向力作用的能力，使汽车保持良好的转向操纵能力，同时也能充分利用两前轮的附着力产生制动力，有助于缩短汽车的制动距离。对两后轮按低选原则进行一同控制，即使汽车的两后轮附着力相差较大时，两后轮的制动力都将被限制在较小的附着力水平，使两后轮的制动力始终保持平衡，从而保证汽车在各种道路条件下进行制动时都具有良好的方向稳定性。但是，两后轮按低选原则一同进行控制时，可能会使附着力较大的后轮不能产生充分的制动，但由于在制动时，后轮制动力占总制动力的比例较小，所以由此造成的制动力损失并不明显。虽然对两前轮进行独立控制，会造成两前轮制动力不平衡，但由于两前轮制动力不平衡对汽车行驶方向的稳定性影响较小，而且还可以通过转向操作对其造成的影响进行修正。对于型制动管路的汽车而言，由于两个后轮不是连接同动管路，因此需要四个通道，但其实质上仍然是三通道】。本章小结本章详细介绍了汽车制动系统的功能及分类组成；阐述了汽车液压制动系统的结构及工作原理；然后针对液压制动系统，分析了汽车液压制动的工作全过程，最后对汽车系统进行的简单的介绍，为进一步对液压制动系统分析、液压制动系统故障模式分析及监测参数临界状态的确立打下了坚实的基础。第三章汽车液压制动系统动态工作模型建立及监测方案研究第三章汽车液压制动系统动态工作模型建立及监测方案研究汽车液压制动系统动态工作模型创建思路为了能够对汽车制动系统的工作状态进行有效地监测，需要建立汽车液压制动系统的动态工作模型，以便更好的对汽车运行状态进行分析。在本文所建立模型中，共分为三个大的部分，即制动时的整车模型、轮胎模型及液压制动系统工作模型。三个模型输入输出参数及参数相互关系如图所示。由于制动系统模型中的各个中间变量不易测得，只能作为中间变量，而不能作为状态监测参数。故引入整车模型及轮胎模型，根据建立的制动器制动力矩方程，将液压制动系统动态工作模型中的参数与车辆运行参数紧密结合起来。从图中可以看出，整个模型的输入输出参数有：车轮转速、车速、滑移率、车轮角减速度、制动踏板行程。图模型关系示意图厂一第三章汽车液压制动系统动态工作模型建立及监测方案研究制动时汽车的运动学分析地面制动力、制动器制动力及附着力对行驶的汽车施加适当的力，汽车就会平稳的停住。其本质原因是在制动过程中，轮胎和地面之间产生了一个与汽车行驶方向相反的力。这个力是使得汽车制动并减速行驶的外力，即地面制动力。地面制动力取决于两个摩擦副的摩擦力：一是制动器内制动蹄摩擦片与制动鼓间的摩擦力制动器摩擦力，另一个是轮胎与路面间的摩擦力附着力。它们之间的关系如图所示。在汽车制动时，这里只考虑车轮的运动为滚动与抱死拖滑两种状态。当制动踏板力较小时，制动器摩擦力矩不大，地面与轮胎之间的摩擦力即地面制动力，足以克服制动器摩擦力而使车轮滚动。显然，车轮滚动时地面制动力就等于制动器制动力，且随踏板力的增长而正比的增长。但地面制动力是滚动摩擦的约束反力，它的值不能超过附着力，即（）一慨（）图制动过程中地面制动力、制动器制动力与附着力的关系，式中：地面制动力（忉；。制动器制动力（忉；轮胎与路面间的纵向附着力（）；纯纵向附着系数。当制动器踏板力或制动系统中液压值只上升到某一值时、地面制动力达到时，车轮即抱死不转出现拖滑现象。制动器液压时，制动器制动力。由于制动器摩擦力矩的增长而仍按直线关系继续上升。但是，若作用在车轮上的法向载荷为常数，地面制动力达到附着力巴的值后就不再增加【】。由此可见，只有汽车具有足够的制动器制动力，同时地面能够提供高的附着力时，才能够获得足够的地面制动力【。汽车制动过程中轮胎工作状态动态模型的建立概述第三章汽车液压制动系统动态工作模型建立及监测方案研究汽车制动过程中，轮胎作为连接车身与路面的唯一部件，除空气阻力以外，车辆的其他外力，几乎都是通过其与地面的作用产生的。轮胎的力学性能对汽车的操控稳定性、舒适性、动力性和制动安全性起着极其重要的作用。其与路面的接触力学特性决定了汽车的动力学特性。因此，建立合理的轮胎动力学模型对研究汽车整车制动系统的研究分析具有极其重要的作用与意义。在本系统中所建立的轮胎模型的主要目的，是建立轮胎与地面间附着力及附着系数的动态方程，从而确定纵向附着力的变化规律。图表示的是在本系统中所建立轮胎模型的输入和输出关系。车轮转速车速滑移率垂直载荷轮胎参数附着系数地面附着力图轮胎模型的输入输出关系如图所示，轮胎模型的输入条件有轮胎参数、车轮速度、汽车减速度及车轮的垂直载荷。通过车轮速度和汽车减速度获得参考车速，然后根据参考车速可以计算出车轮的滑移率，对车轮的滚动状态进行分析后，可以获得轮胎附着系数关于滑移率的动态方程。车辆制动时轮胎模型汽车轮胎模型大致分为三类：在对轮胎力特性实验数据进行统计分析基础上而得的含有拟合参数的经验公式；在理论模型的基础上结合实验统计数据分析而得的含有拟合参数的半经验公式；在对轮胎进行力学简化建立其纯理论物理模型的基础上而得的解析公式。经验模型或半经验模型大都具有形式简洁、计算简单、对其特定轮胎的计算精确度较高等优点，但通用性差，理论模型则是以其通用特性而更具有实用魅力【。本文中对汽车制动系统的研究是工作状态理论预测基础，考虑到需要所建立模型的通用性，本文将采用轮胎理论模型。在分析制动轮胎模型时，需首先引入轮胎制动滑移率的概念。制动滑移率的定义为【】：第三章汽车液压制动系统动态工作模型建立及监测方案研究：（）式中：自由滑动的车轮动态半径（册）；，参考车速（）；彩车轮转速（）。轮胎在纯滚动时滑移率：纯拖滑时滑移率；边滚边滑时。滑移率的数值说明了车轮运动中滑动成分所占的比例，滑移率越大，滑动成分越多，制动过程中路面与轮胎之间的附着系数会随滑移率变化。，带束胎面一一足图制动时轮胎滚动状态制动时，轮胎的滚动状态如图所示。以单个轮胎为研究对象，以轮胎接地面前端为原点建立坐标系，路面相对于车轮中心移动。建立制动时轮胎的滚动模型【，。制动时，轮胎的旋转速度会比车速慢，即：，（）所有在接地部位，轮胎底面和带束的相对速度可以表示为：，一（）式中：矿轮胎底面与带束间的相对速度（）。以胎面上一点为研究对象，那么，该点从轮胎接地面前段移动到距离（单位：）所需的时间，（单位：）为：，：三（），一（），因此制动时在离开地面前端的距离点，胎面和带束的相对变位为：第三章汽车液压制动系统动态工作模型建立及监测方案研究（）联立方程、，可以得到：（）式中：血制动时轮胎胎面和带束的相对变位（聊）。由于胎面和带束的相对变位，轮胎在接地面存在着切向的弹性应力。在胎面橡胶和路面之间没有发生滑动时，胎面的切向弹性应力为：，（）式中：疋胎面的切向弹性应力（）：，轮胎接地面橡胶单位面积纵向刚度（）。由上式可以看出，当滑移率一定时，随着的增大，胎面上的切向弹性应力也增大，此外路面还对胎面作用有摩擦应力，为轮胎的接地压力，为静摩擦系数。假设轮胎接地面形状是宽为（单位：），长为（单位：）的矩形，而且