汽車制動防抱死系統(tǒng)(ABS)原理分析

汽車制動防抱死系統(tǒng)(ABS)原理分析

1.汽車開環(huán)和閉環(huán)制動系統(tǒng)簡述
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????為了使汽車在行駛過程中以適當?shù)臏p速度降低速度直至停車，保證行駛的安全性，汽車上均裝有行車制動器。在汽車制動防抱死裝置出現(xiàn)之前，所用的都是開環(huán)制動系統(tǒng)。其特點是制動器制動力矩的大小僅與駕駛員的操縱力，制動力的分配調(diào)節(jié)，以及制動器的尺寸和型式有關。由于沒有車輪運動狀態(tài)的反饋信號，無法測知制動過程中車輪的運動狀態(tài)，因此就不能據(jù)此調(diào)節(jié)輪缸或氣室制動壓力的大小。這樣在緊急制動時，不可避免地出現(xiàn)車輪在地面上抱死拖滑的現(xiàn)象。當車輪抱死時，地面的側向附著性能很差，所能提供的側向附著力很小，在汽車所受到種種干擾外力作用下就會出現(xiàn)方向失穩(wěn)問題，容易發(fā)生交通事故。在潮濕路面或冰雪路面上制動時，這種方向失穩(wěn)的現(xiàn)象更常發(fā)生。
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????人類對于汽車制動時方向失穩(wěn)現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因的認識是逐步加深的。在路面車輛誕生初期，汽車前輪上幾乎不裝制動器，制動器僅安裝在后輪上。一方面的原因是當時路面車輛行駛速度低，但主要的原因是為了防止前輪喪失轉向能力。這種做法大約持續(xù)了15年。其間雖然注意到后輪抱死有時會造成汽車繞前軸轉動，但當時占支配地位的想法是這總比前輪喪失轉向能力好。到了名0世紀20年代初期，隨著汽車質量的增加和車速的提高，僅靠后輪制動不足以提供充分的制動力，這樣才導致在前輪上安裝制動器。但當時仍然認為前輪制動僅只是對后輪制動的一種補充，且不允許前輪先于后輪抱死。后來，人們又認識到應根據(jù)靜態(tài)軸荷的分配比例來分配前后輪的制動力。到了本世紀30年代末期-r汽車界又認識到制動時軸荷的動態(tài)轉移，前輪要增重，后輪要減重。且后輪先抱死更易造成汽車特別是鉸接汽車的方向失控，導致交通事故的發(fā)生。從而著手開始研制能限制汽車后輪制動力矩的裝置。由此誕生了限壓閥、比例閥、慣性閥、感載比例閥等?，F(xiàn)今這些前后制動力分配和調(diào)解裝置被許多國家廣泛應用在轎車、貨車、客車、鉸接車輛的后制動管路中。到1968年底，幾乎所有的鉸接車輛上都裝有這類裝置。
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????隨著前后輪制動力分配裝置技術的發(fā)展，為提高路面車輛制動性能的其它技術也在發(fā)展著。例如汽車的液壓制動技術，鉗盤式制動器技術、雙管路制動系統(tǒng)、真空伺服制動裝置等技術都得到了應用和推廣。
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????然而以，上技術妁應用，并不能完全解決車輪制動時的抱死問題，這是因為它是開環(huán)制動系統(tǒng)，無法感知制動輪的運動狀況，輪缸或氣室壓力不能相應地調(diào)節(jié)，制動輪得不到相應的控制。制動時汽車方向失穩(wěn)問題仍未得到根本的改善。
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????汽車制動防抱死裝置(英文為AntilockBrakingSystem簡稱ABS)的基本功能就是可感知制動輪每一瞬時的運動狀態(tài)，并根據(jù)其運動狀態(tài)相應地調(diào)節(jié)制動器制動力矩的大小y避免出現(xiàn)車輪的抱死現(xiàn)象，因而是一個閉環(huán)制動系統(tǒng)。它是電子控制技術在汽車上最有突出成就的一項應用?？墒沟闷囋谥苿訒r維持方向穩(wěn)定性和縮短制動距離，有效地提高了行車的安全性。
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????它的系統(tǒng)控制框圖如圖所示。
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????2.汽車制動防抱死技術的發(fā)展
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????據(jù)歐洲各國統(tǒng)計，應用了制動防抱死技術后，交通事故摩托車減少10%，轎車和輕型貨車減少8%，公共汽車減少4%，重型貨車減少10%，平均起來減少7.5%。
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????汽車制動防抱死系統(tǒng)這一優(yōu)點一直在激勵蓉各國的汽車工程師致力于這方面的研究工作。其中英國和德國的學者為此付出了更多的努力和心血。他們也是這項技術的先驅者。1965年前后，制動防抱死裝置開始安裝在汽車上進行路試。1968年底，它在英國成功地安裝在半掛拖車機組的牽引頭的后輪上，并投入實際韻運營。其后十年間斗、制動防抱死裝置主要是裝在這種鉸接車輛上，有效地解決了鉸接車輛在制動時常發(fā)生的折轉伺題。在剛性車輛土如客車、高檔小轎車上也有少量的應用。僅據(jù)英國統(tǒng)計，在這十年間，終憲六千輛鉸接車輛安裝了制動防抱死裝置。制動防抱死系統(tǒng)的優(yōu)點也引起了政府交通管理部門韻興趣。1971年，瑞典國家交通安全組織敦促所有的路面機動車輛和拖車的制；動系統(tǒng)都應設計或能充分利用車輪和路面間的附著能力且不應該有車輪抱死現(xiàn)象發(fā)生，并且預告，這種要求要在1975年變成法律而強制實施。瑞典政府的這一要求使得歐洲汽車工業(yè)界大為振奮，他們看到了政府對制動防抱死這一技術的發(fā)明和應用的態(tài)度，于是紛紛投入大量的人力、物力、財力進行制動防抱死裝置的研究，，由此引來了制動防抱死技術的第一次大發(fā)展。

除了瑞典以外，其它國家政府的交通管理部門也在積極認真地評價汽車制動防抱死系統(tǒng)的優(yōu)點。在當時的聯(lián)邦德國，從1969年到1972年交通部主持了一項研究項目f對安裝有制動防抱死系統(tǒng)的小轎車、公共汽車、貨車和半掛拖車機組的制動性能進行了全面的系統(tǒng)的測試。由此產(chǎn)生的試驗報告以后成為關于歐洲制動防抱死性能檢測的ECE第13號法規(guī)的13號補充法規(guī)討論的基礎。
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????和任何新技術的應用一樣，制動防抱死技術在汽車工的應用在其發(fā)展過程中也不是一帆風順的，其間也經(jīng)過許多磨難和挫折。其中最值得一提的是1975年至1978年發(fā)生在美國的一段事情。1975年美國公路交通安全管理局頒布了新的121號聯(lián)邦交通安全法規(guī)(FMVSS121)。它對1975年后新出廠的所有應用氣制動的客車、貨車、拖車和半掛拖車機組在高和低兩種附著系數(shù)路面上制動時規(guī)定了嚴格的制動距離和對后車輪不抱死的要求。
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????然而在當時，制動防抱死技術遠未成熟六仍處在早期發(fā)展階段，存在著許多性能方面和可靠性方面的問題。主要表現(xiàn)在它的電氣部分的安裝上，例如輪速傳感器、導線、接頭、信號線等。特別是單片機的問題，它常常發(fā)出錯誤的信號，使壓力調(diào)節(jié)器不能正常的工作。此外還有壓力調(diào)節(jié)器反應遲鈍及制動防抱死系統(tǒng)抗電磁場干擾能力差等缺點。在制動防抱死系統(tǒng)的使用和維修方面也存在著很多問題，如維修備件缺乏，維修保養(yǎng)費調(diào)整往往不當，維修保養(yǎng)人員和駕駛員對結構不熟悉，缺乏必需的維修設備等等。結果制動方面產(chǎn)生的一切問題都歸咎到制動防抱死裝置上，導致使用人員對制動防抱死裝置完全喪失了興趣和信心。最終，在幾個惡性交通事故發(fā)生后，1978年經(jīng)法院裁決，美國公路交通管理局取消對新出廠的營運車輛所規(guī)定的制動距離和后輪不抱死的條款。此后，美國制動防抱死裝置的應用迅速減少，其市場也迅速消失。
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????歐洲主要是西歐各國關于制動防抱死系統(tǒng)的性能標準的討論始于1972年。參加討論的有政府交通安全管理部門的代表，大學和研究所的專家，汽車生產(chǎn)廠家，制動器生產(chǎn)廠家和電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的代表。他們經(jīng)過多次會議的討論，最終形成了關于歐洲制動防抱死系統(tǒng)性能的若干規(guī)定，并于1979年作為聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會關于汽車制動性能的第13號法規(guī)的13號補充法規(guī)頒布實施。
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????進入80年代，制動防抱死裝置又迎來了它的第二次大發(fā)展。在80年代初期，)歐美各國突然加速了新的防抱死裝置的研究和應用。制動防抱死裝置在家用轎車和商用貨車上的應用使市場迅速膨脹。這樣大大刺激了各制動防抱死裝置生產(chǎn)廠家投入更多的力量研制性能更好、結構更簡單、使用更可靠、價格性能比更低的制動防抱死裝置。于此同時，制動防抱死系統(tǒng)在汽車上的布置方案也迅速增多。例如對于豪華型家用轎車，以前僅有三通道、四通道兩種布置方案：進入80年代以后，由于中檔家用轎車對制動防抱死裝置韻需求，同時又考慮到此種裝置占整車價格的比例，于是相對簡單的各種二通道、一通道制動防孢死裝置應運而生。這是70年代沒有預見到的。
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????由于新的制動防抱死裝置布置方案的出現(xiàn)；1979年通過的第13號補充法規(guī)不能完全適用。于是歐洲國家又從1982年起對.13號補充法規(guī)進行了修訂，于1985年形成了新的文本。
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????80年代中期以后，借助于電子控制技術的迅速進步，制動防抱死系統(tǒng)反應更靈敏、成本更降低、安裝更方便、維修更容易、價格更易被中小型家用轎車所接受。
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????1987年，歐共體頒布了一項法規(guī)，要求從1991年起，歐共體成員國生產(chǎn)的所有新車型均需裝備制動防抱死裝置，同時規(guī)定凡載重16t以上的貨車必須裝備制動防抱死裝置，并且禁止無此裝置的汽車進口。日本規(guī)定，從1991年起5對總質量超過13t的牽引車、總質量超過10t的運送危險晶的拖車、在高速公路上行駛的大客車都必須安裝制動防抱死裝置。
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????現(xiàn)今，德國生產(chǎn)的轎車已有21%裝備了制動防抱死裝置。它主要應用在豪華轎車上，但占總量60%以上的中低檔家用轎車應用這種系統(tǒng)的還不多。主要原因是這種系統(tǒng)價格較高，占中低檔轎車的整車價格比例較大。美國福特汽車公司生產(chǎn)的貨車，制動防抱死系統(tǒng)的配備率達94%，而通用汽車公司1994年生產(chǎn)的貨車和客車則全部裝備了這種裝置。預計在今后的五年里，世界范圍內(nèi)制動防抱死裝置在汽車上的裝有率將達到80%。