汽车制动性能台架检测方法的研究 汽车专业毕业论文.doc
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1、汽车制动性能台架检测方法的研究汽车制动性能台架检测方法的研究 摘要 随着汽车行驶速度的提高,道路行车密度的增大,对于汽车行驶安全性能的要求也 越来越高,汽车制动性能好坏,是安全行车最重要的因素之一,因此也是汽车检测诊断 的重点。 汽车具有良好的制动性能,遇到紧急情况,可以化险为夷,在正常行驶时,可以提 高平均行驶速度,从而提高运输生产效率。在遇到紧急情况需要制动时,可以提高汽车 制动的安全性,也大大降低了交通事故发生的概率。随着传感技术、微电子、计算机软 硬件和数字信号处理技术、专家系统、模糊集理论等综合智能系统的应用,进一步提高 了汽车制动性能检测的研究方法,给整个汽车行业的发展带来前所未有
2、的曙光。制动性 能的检测主要包括制动力,制动力平衡要求,车轮阻滞力,制动协调时间等。本论文主 要研究汽车制动系统结构原理和汽车制动系统性能的检测方法,对汽车制动系统故障的 认知和排除。 关键词:制动系统,结构原理,制动性能,检测方法 Abstract With the improvement of vehicle driving speed, road traffic density increases, for automobile driving safety performance requirements are increasingly high, automobile brakin
3、g performance is safe driving, is one of the most important factors and therefore are automobile detection and diagnosis of focus. Car has good braking performance, meet an urgent circumstance, can hook, in normal operation, can increase the average speeds, thereby improving transportation productio
4、n efficiency. In emergency need braking, can improve the safety of auto brake, and greatly reduces the probability of traffic accident. With sensing technology, microelectronics, computer software and hardware and digital signal processing technology, expert systems, fuzzy set theory etc. Comprehens
5、ive application of intelligent system and enhance the automobile braking performance testing of research methods for the automotive industry development has brought unprecedented dawn. The braking performance testing mainly includes braking force, braking force balance requirement, wheel, brake coor
6、dination time. Resistance against. This paper mainly on the brake system structure and the performance test of brake system domestically, the brake system domestically and of cognition. Key word: Braking system,Structure principle,The braking performance,Detection method 目录 I 目录 第 1 章 绪论.1 1.1 汽车制动性
7、能检测的目的和意义.1 1.2 汽车制动性能检测方法的国内外发展现状.1 1.3 本文主要研究内容.5 第 2 章 汽车制动系统结构及工作原理6 2.1 汽车制动系统的基本组成及工作原理.6 2.2 汽车制动系统的结构及分类.6 2.3 制动防抱死(ABS)和防滑转(ASR)控制系统.7 2.3.1 汽车 ABS 的结构及工作原理.7 2.3.2 汽车 ASR 的结构及工作原理.8 第 3 章 汽车制动性能的台式检测标准及方法9 3.1 制动性能台架法检测标准.9 3.1.1 制动性能台式检验的主要检测项目.9 3.1.2 制动性能检测方法10 3.1.3 制动性能台式检验的技术要求10 3.
8、2 汽车制动试验台11 3.2.1 单轴反力式滚筒制动试验台的基本结构11 3.2.2 单轴反力式滚筒制动试验台的工作原理13 3.2.3 单轴反力式滚筒制动试验台的使用方法14 第 4 章 汽车制动性能检测分析16 4.1 汽车制动性能检测常见故障分析16 4.2 汽车制动性能检测中存在的问题18 第 5 章 结论22 参考文献23 致谢.24 第第 1 章章 绪论绪论 1 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.1 汽车制动性能检测的目的和意义汽车制动性能检测的目的和意义 汽车制动力的检验是汽车安全性能检测中的重要内容。通过制动力的检测不仅可以 测得各制动力的大小,还可以了解汽车前、后轴制动力合
9、理分配,以及两侧车轮制动力 平衡状况。由制动试验台测量制动力,在汽车综合性能检测站中已广泛采用。但是,面 对检测结果,一些客户甚至检测人员由于认识上的误区,对附着力概念模糊,对其在车 辆制动中所起作用认识不清,导致对车辆制动性能作出错误的评价。 汽车制动性能的好坏直接关系到行车安全,因此它是安全检测的重点检测项目之一。 据调查统计显示:由于制动不良造成的交通事故占有很大比重。如某城市一年内曾发生重 大交通事故 250 起,其中,因制动距离过长或跑偏造成事故 100 起,占 40%;因制动调头 引起的为 16 起,占 6.4%。可见,汽车必须有良好、可靠的制动性能,才能保证安全行驶。 对汽车制动
10、性能进行检测的目的和意义就在于检查评定汽车的制动装置是否齐全可靠, 制动性能是否符合国家制动标准要求。实践证明:性能良好的制动系统,可以化险为夷, 避免交通事故;反之,很容易造成车毁人亡的恶性事故。为此必须经常对制动系统进行检 验和调整,使之时刻处于最佳技术状态1。 1.21.2 汽车制动性能检测方法的国内外发展现状汽车制动性能检测方法的国内外发展现状 从汽车诞生时起,车辆制动系统在车辆的安全方面就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。目前关于汽车制动的研 究主要集中在制
11、动控制方面,包括制动控制的理论和方法,以及采用新的技术。 制动控制系统的历史: 最原始的制动控制只是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力,这时 的车辆的质量比较小,速度比较低,机械制动虽已满足车辆制动的需要,但随着汽车自 质量的增加,助力装置对机械制动器来说已显得十分必要。这时,开始出现真空助力装 置。1932 年生产的质量为 2860kg 的凯迪拉克 V16 车四轮采用直径 419.1mm 的鼓式制动器, 并有制动踏板控制的真空助力装置。林肯公司也于 1932 年推出 V12 轿车,该车采用通过 四根软索控制真空加力器的鼓式制动器。 随着科学技术的发展及汽车工业的发展,尤其是军用车
12、辆及军用技术的发展,车辆 制动有了新的突破,液压制动是继机械制动后的又一重大革新。Duesenberg Eight 车率 先使用了轿车液压制动器。克莱斯勒的四轮液压制动器于 1924 年问世。通用和福特分别 于 1934 年和 1939 年采用了液压制动技术2。到 20 世纪 50 年代,液压助力制动器才成 第第 1 章章 绪论绪论 2 为现实。 20 世纪 80 年代后期,随着电子技术的发展,世界汽车技术领域最显著的成就就是防 抱制动系统(ABS)的实用和推广。ABS 集微电子技术、精密加工技术、液压控制技术为一 体,是机电一体化的高技术产品。它的安装大大提高了汽车的主动安全性和操纵性。防
13、抱装置一般包括三部分:传感器、控制器(电子计算机)与压力调节器。传感器接受运动 参数,如车轮角速度、角加速度、车速等传送给控制装置,控制装置进行计算并与规定 的数值进行比较后,给压力调节器发出指令3。 1936 年,博世公司申请一项电液控制的 ABS 装置专利促进了防抱制动系统在汽车上 的应用。1969 年的福特使用了真空助力的 ABS 制动器;1971 年,克莱斯勒车采用了四轮 电子控制的 ABS 装置。这些早期的 ABS 装置性能有限,可靠性不够理想,且成本高。 1979 年,默本茨推出了一种性能可靠、带有独立液压助力器的全数字电子系统控 制的 ABS 制动装置。1985 年美国开发出带有
14、数字显示微处理器、复合主缸、液压制动助 力器、电磁阀及执行器“一体化”的 ABS 防抱装置。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。 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
15、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
16、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
17、变化很大,多种干扰影响较大,所以重要的问题在于控 第第 1 章章 绪论绪论 3 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
18、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
19、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
20、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4。 今天,ABS/ASR 已经成为欧美
21、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 第第 1 章章 绪论绪论 4 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
22、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5。 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
23、 (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。 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
24、传感器,缩短制动反应时间。 其主要包含以下部分: a)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; b)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; c)轮速传感器。准确、可靠、及时地获得车轮的速度; d)线束。给系统传递能源和电控制信号; e)电源。为整个电制动系统提供能源。
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