手动档机动车坡道起步辅助系统设想(标题不要放在正文里.doc

在此键入学校名称 I 手动档机动车坡道起步辅助系统设想 标题不要放在正文里 摘 要 随在我国 着社会经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高 汽车作为 生活消费品已经开始进入家庭 汽车的社会拥有量将会有很大的增长 在汽车 半坡起步时如果操作不当 就很容易造成汽车熄火溜车 有可能导致与后面的 车辆发生碰撞事故 笔者设想一套手动档机动车坡道起步辅助系统可以实现手 动档机动车在半坡起步过程能实现一定的自动化 而且操作比较简单 可以解 决手动档机动车半坡起步时的溜车现象 有效防止了溜车产生的隐患 且对平 地行驶 操作无任何影响 尤其是在山地较多的地方 此起步辅助系统可大大 减缓驾驶员对半坡起步的恐惧感 并可延长离合器摩擦片的使用寿命而且能够 节约燃油 关键词 坡道起步 机动车 手动档 辅助系统 构想 在此键入学校名称 II 目录 摘摘 要要 I 目录目录 II 引言引言 III 1 1 相关技术介绍相关技术介绍 1 1 1 汽车电子制动技术介绍 1 1 2 防抱死制动技术介绍 1 1 3 机动车坡道起步辅助系统的研究现状 2 2 2 基于基于 ABSABS 系统的坡道起步原理系统的坡道起步原理 3 2 1 坡道起步辅助系统的组成 3 2 2 坡道起步辅助系统的工作原理 4 2 3 坡道辅助起步操作流程 4 3 3 坡道起步辅助系统实施坡道驻车可行性分析坡道起步辅助系统实施坡道驻车可行性分析 6 3 1 驻车制动的设计要求 6 3 2 车辆驻车制动角度分析 6 4 4 坡道起步辅助系统设计构思坡道起步辅助系统设计构思 8 4 1 坡道起步辅助系统的硬件设计构思 8 4 2 坡道起步辅助系统的软件设计构思 8 总结总结 10 参考文献参考文献 11 在此键入学校名称 III 引言 在日常驾驶过程中 驾驶员有时需要在立交桥或者斜坡上发动汽车 汽车 从驻车状态转入行驶状态 称之为半坡起步 手动档机动车在坡道向上起步时 需要将离合器踏板踩至离合器行程的中间某个位置 俗称半联动状态 半联动 状态需要根据汽车的承载载荷及斜坡的坡度大小来调整控制 也就是说 使离 合器踏板处于中间什么位置是需要根据具体情况来调整的 对于熟练的手动档 机动车驾驶员来说 他们根据经验可以较好地控制半联动状态 使机动车在斜 坡上平稳起步 但对于不熟练的手动档驾驶员来说 半坡起步则是一项较难掌 握的操作技术 而且机动车处于半联动状态时 会加剧燃油的无功消耗和摩擦 衬片的损耗 如果半联动技术掌握的不好 在汽车半坡起步时就很容易造成汽 车熄火溜车 有可能导致与后面的车辆发生碰撞事故 本课题研究的目的就是针对手动档机动车半坡起步时出现的溜车现象 开 发一种结构简单 易操作 半坡起步不溜车 制动性能好的半坡起步辅助系统 在此键入学校名称 IV 1 相关技术介绍 1 1 汽车电子制动技术介绍 汽车电子是指应用于汽车之上的有利于增加汽车驾驶安全性 减少燃料消 耗 减少废气排放以及增加驾乘舒适性和便捷性的电子装置 汽车电子技术是 汽车技术与电子技术相结合的产物 汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中 的一次革命 在现代汽车上电子技术的应用越来越广泛 汽车已经由单纯的机 械产品发展为高级的机电一体化产品 社会的需求 法规的强制推动和技术的进步 是使汽车上采用电子技术并 蓬勃发展的根本原因 许多机械控制系统被电子控制系统所取代 使汽车电子 化的程度越来越高 自从汽车问世以来 制动系统在车辆行车和驻车的安全方面扮演着至关重 要的角色 近年来 随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高 这种重要性 表现得越来越明显 众多的汽车工程师在改进汽车制动性能的研究中倾注了大 量的心血 目前已广泛采用的汽车电子制动技术主要有防抱死制动系统 ABS 驱动 防滑系统 ASR 车辆稳定电控系统 ESP 电子制动力分配装置 EBD 电子 控制刹车辅助系统 EBA 等 1 2 防抱死制动技术介绍 汽车 ABS 的研究开发 始于 1932 年第一个英国防滑专利 U K382241 1936 年德国 Robert Bosch 公司将电磁式传感器用于测量车轮速度并申请专利 这是 ABS 形成中一个重要的里程碑 防抱死制动系统 ABS 是由电子控制系统和液压控制系统两个子系统组成 电 子控制系统由轮速传感器 控制开关 防抱死制动电子控制单元 ABS ECU ABS 指示灯以及制动压力调节器等构成 制动压力调节器既是电子控制系统的 执行元件 也是液压控制系统的始控元件 液压控制系统由常规制动装置和制动压力调节器组成 常规制动装置主要由 在此键入学校名字 2 制动总泵 制动助力器 制动分泵 制动管路和制动器等组成 制动压力调节 器主要由电磁阀 单向阀和回液泵电动机等组成 各型 ABS 尽管结构形式不尽相同 但都是在常规制动装置的基础上增设传感 器 ABS ECU 制动压力调节器和 ABS 指示灯等构成 1 3 机动车坡道起步辅助系统的研究现状 目前 针对机动车半坡起步时出现的后溜现象所开发研究的辅助装置在国 内外已经出现了很多种 有针对手动档机动车也有针对自动档机动车的半坡起 步辅助装置 国内针对机动车半坡起步所申请的专利也有很多 如郭志强的发 明专利 机动车防后溜安全半坡起步装置 其发明专利是利用棘轮 顶杆装置 或者制动杆与齿轮装置来控制机动车传动轴只能沿着一个方向转动的原理从而 实现了防后溜功能 孙智的发明 机动车斜坡起步自动配合的方法和装置 是 一种机动车斜坡起步自动配合的方法和装置 该发明是采用离合器控制在现有 机动车的刹车油泵或气泵和轮胎之间的制动闸 并安装一个止回阀和一个电磁 阀 刹车时止回阀开启 电磁阀关闭使油或气不能回流至制动总泵 油压 气压 使 制动闸紧紧贴在机动车轮圈 机动车不能移动 当起动时电磁阀开启 油或气 回流至制动总泵 制动闸自动松开 还有在手刹制动装置基础上开发的防后溜 辅助装置等等 国内目前典型的半坡起步辅助系统主要通过控制位于制动主缸和车轮轮缸 之间的隔离阀通断实现坡道起步辅助功能 当车辆在坡道起步时 驾驶员踩下 制动踏板隔离阀通电 关闭轮缸至主缸方向的油路 保持轮缸压力 从而给驾 驶员足够的时间换档和踩下油门踏板 当离合器结合到一定程度时 其传递的 扭矩刚好能克服起步阻力时隔离阀断电 迅速解除制动 实现平稳起步 在此键入学校名字 3 2 基于 ABS 系统的坡道起步原理 2 1 坡道起步辅助系统的组成 本文构想是在机动车原有防抱死制动系统的基础上开发设计的 系统设置 一个两位两通电磁阀作为半坡起步阀 增设了倾角传感器和力传感器 半坡起 步辅助系统结构原理如图 2 1 所示 整个系统可分为四个部分 1 制动系的 执行机构 包括制动蹄 10 制动鼓 8 制动轮缸 7 其作用是执行刹车动作 对于图中选择鼓式制动器作为系统的制动执行机构的理由 由于笔者的知识所 限 本论文不涉及 2 液压驱动机构 包括液压泵 4 电动机 15 和液压管 路 6 其作用是为执行机构提供动力源 3 电子控制单元 ECU 14 其作 用是对传感器 采集的信息进行处理 并对液压泵的电动机 15 和半坡起步阀 3 发出控制信号 4 传感器部分 包括倾角传感器 14 力传感器 12 和轮速传感器 11 其作用 是通过检测机动车所在坡度大小 制动蹄所受力的大小以及车速为半坡辅助系 统中的电子控制单元提供辅助起步信息 在此键入学校名字 4 图 2 1 中 1 踏板 2 制动主缸 3 半坡起步阀 4 液压泵 5 电磁阀 6 液压管路 7 制动轮缸 8 制动鼓 9 复位弹簧 10 制动蹄 11 轮速传感器 12 力传感器 13 倾 角传感器 14 电子控制单元 15 电动机 2 2 坡道起步辅助系统的工作原理 半坡起步辅助系统的工作原理是通过测力传感器检测支承销对制动蹄的支 承反力的两分力大小 系统根据力传感器测得的初始力值以及其它尺寸参数值 计算出驻车制动力的大小以及临界点时支承分力值 半坡起步按钮被按下后 随着驾驶员的起步操作 起步辅助系统首先进行 信号检测 倾角传感器 13 轮速传感器 11 和测力传感器 12 随系统的启动立即 进入工作状态 系统根据倾角传感器 13 轮速传感器 11 的测量信号判断机动 车是否需要辅助起步 当系统判断机动车需要辅助起步后 将力传感器 12 测得 的力初始值送入电子控制单元 14 电子控制单元根据力初始值和其它参数 如 制动鼓半径 摩擦系数等 计算出阻止车子沿斜坡下滑所需要的驻车制动力 以及在临界点时 即机动车驱动力等于阻力时 对应的支承反力的分力值 图 2 1 所示 电子控制单元对信号进行运算处理后对机动车施加驻车制动力 通 过向液压泵的电动机 15 发出运转控制指令 电动机带动液压泵工作 制动轮缸 7 增压 增压到一定程度后制动力达到 ECU 已计算的阻止机动车下滑的制动力 这时 ECU 发出信号停止增压并保持这个压力 以便使制动力保持不变 制动蹄 在此键入学校名字 5 10 受到制动力 P 的作用与制动鼓 8 压紧 制动蹄能产生阻止制动鼓 8 相对运动 的静摩擦力 此静摩擦力能产生足够阻止机动车沿着斜坡下滑的静摩擦制动力 矩 这样系统完成了对机动车坡道驻车动作的操作 系统施加制动力并且保持 制动力的大小不变都是在完全放开手动刹车之前完成的 经过系统的增压及保 压操作后 机动车即使在手刹制动解除后也可以平稳地停在坡道上 这时驾驶 员解除手动刹车 随着驾驶员对离合器踏板的操作机动车驱动力不断增加 这 时支承反力的两分力的大小也在不断变化 当力传感器 12 测得的分力值达到临 界值时即机动车驱动力加载到等于起步阻力时 辅助系统立即解除驻车制动力 从而实现对机动车在半坡上的起步辅助控制 2 3 坡道辅助起步操作流程 汽车在暂时或者较长时间坡道停驻时 驾驶员需要拉起手刹操纵杆使汽车 安全停驻 根据半坡起步辅助系统的工作原理可知 对于装备有半坡起步辅助 系统的汽车半坡起步时 在手动刹车驻车状态下 驾驶员的操作过程按顺序应 为 先将车子点火发动 然后按下半坡起步开关 松开手刹操纵杆 踩离合器 挂一档 松离合同时配合踩油门踏板 车子启动后 将起步辅助开关关闭 配 备有半坡起步辅助系统的汽车 驾驶员在坡道起步的操作流程如图 2 2 所示 在此键入学校名字 6 3 坡道起步辅助系统实施坡道驻车可行性 在此键入学校名字 7 分析 3 1 驻车制动的设计要求 驻车制动功能要求对已停驶的汽车 特别是在坡道上停驶的汽车 应使其 可靠的驻留原地不动 汽车在上坡或下坡过程中停车时 必须稳定地驻留原地 不动 根据 GB7258 2004 机动车运行安全技术条件 的规定 在空载状态下 驻车制动装置应能保证车辆在坡度为 20 总质量为整备质量的 1 2 吨以下的 车辆为 15 轮胎与路面间的附着系数不小于 0 7 的坡道上正 反两个方向保 持固定不动 其时间不少于 5 分钟 根据上述规定 需要通过计算来验证辅助 系统驻车的安全可行性 主要是验证液压泵提供的一定范围的制动油压能否满 足在上述要求情况下汽车所需驻车制动力的大小 以便确保辅助系统对汽车坡 道辅助起步的可行性 3 2 车辆驻车制动角度分析 上坡状态驻车的受力情况如图 3 1 所示 图中 L 为轴距 a 和 h 分别为整 车 质心的纵向和高度坐标 为驻车极限坡度角 G 为整车质量 Z1F 和 Z2F 分别为路面对前后车轮的法向反力 b2F 为后轮驻车制动力 由于前轮的 滚动阻力相对于地面对后轮的驻车制动力可以忽略不计 因此图中略去了前轮 滚动阻力 在此键入学校名字 8 图 3 1 车辆在下坡驻车时的受力情况如图 3 2 所示 在此键入学校名字 9 4 坡道起步辅助系统设计构思 4 1 坡道起步辅助系统的硬件设计构思 半坡起步辅助系统硬件部分主要是在机动车原有防抱死制动系统 ABS 硬件 基础进行扩展 辅助系统在原有 ABS 硬件部分增设了一个倾角传感器 两个测 力传感器及一个两位两通半坡起步电磁阀 并更换了具有精确度更高能检测低 速的轮速传感器 半坡起步辅助系统的硬件电路总体方案如图 4 1 所示 4 2 坡道起步辅助系统的软件设计构思 HAS 按钮是否被驾驶员按下是决定半坡起步辅助系统是否启用的首要前提 因此 首先判断 HAS 按钮是否被按下 是系统软件设计的关键 当 HAS 按钮被 按下时 坡道辅助功能起步被开启 没有被按下则汽车按正常情况起步 系统 的软件总体结构图如图 4 2 所示 在此键入学校名字 10 在此键入学校名字 11 总结 目前随着汽车电子技术的飞速发展 各种控制方法不断出现 硬件成本不 断降低使各种电子产品越来越多的应用于汽车上 对于坡道起步辅助系统 依 据对车辆的在起步过程的分析 将来会开发出具有更高性能价格比的坡道起步 辅助系统 本文构想的半坡起步系统仅是对目前应用于后轮领从蹄式制动系统进行的 讨论 随着车轮制动器的发展 汽车的车轮制动器会逐渐被盘式制动器取代 而本课题是针对后轮制动器为鼓式制动器中的领从蹄式制动器做得研究 所以 开发出针对后轮制动器为盘式制动器的起步辅助系统是本课题后续研究的一个 重点 由于笔者的知识能力所限 本文对系统的软件及硬件电路的构想还处于初 级阶段 距离实际应用上尚有很大差距 还有很多问题 如系统的动态响应特 性 稳定性系统的集成化设计 控制系统的灵敏性 可靠性分析等 诸多