畢業(yè)設(shè)計(jì)-輕型汽車液壓制動(dòng)系統(tǒng)的理論分析與改進(jìn)方法(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 電磁閥斷電后，柱塞又回到圖116所示的初始位置。主缸和輪缸再次相通，主缸端的高壓制動(dòng)液（包括液壓泵輸出的制動(dòng)液）再次進(jìn)入輪缸，增加了制動(dòng)壓力，見圖119。增壓和減壓速度可以直接通過電磁閥的進(jìn)出油口來控制。圖18 ABS工作（增壓過程）直接控制式液壓裝置結(jié)構(gòu)簡單、靈敏性好。對(duì)于這種方式，液壓泵工作時(shí)的高壓制動(dòng)液返回主缸時(shí)，或增壓過程制動(dòng)液從主缸流回瞬間，制動(dòng)踏板行程均會(huì)發(fā)生變化（叫踏板反應(yīng)）。這種反應(yīng)能讓駕駛員知道ABS開始工作，這是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。但是，也有不少駕駛員對(duì)踏板反應(yīng)有不舒適感。下面舉例介紹降低踏板反應(yīng)的壓力調(diào)節(jié)器。（5）帶減緩踏板反應(yīng)裝置的壓力調(diào)節(jié)器圖120是循環(huán)式調(diào)節(jié)器的基本工作原理。在液壓泵和主缸間的管路中設(shè)置一個(gè)單向閥，不讓高壓制動(dòng)液直接進(jìn)入主缸，而是進(jìn)入儲(chǔ)能器中暫時(shí)儲(chǔ)存起來。ABS的增壓過程主要是由儲(chǔ)能器供給高壓制動(dòng)液。因此，可以抑制ABS工作過程中產(chǎn)生的踏板行程變化。圖19 循環(huán)式調(diào)節(jié)器工作原理（二） 可變?nèi)莘e式調(diào)節(jié)器可變?nèi)莘e式調(diào)節(jié)器是在汽車原有的制動(dòng)管路上增加一套液壓裝置，用它控制制動(dòng)管路容積的增減，從而控制制動(dòng)壓力的變化。其特征是有一個(gè)動(dòng)力活塞。這種方式隨結(jié)構(gòu)的不同，既有有踏板反應(yīng)的，也有無踏板反應(yīng)的。下面以動(dòng)力活塞為主，對(duì)可變?nèi)莘e式調(diào)節(jié)器的工作原理作一說明。（1）常規(guī)制動(dòng)過程：如圖121所示，動(dòng)力活塞被一較大的彈簧力推至左端，活塞頂端有一推桿頂開單向閥，使主缸和輪缸之間的管路接通。這種狀態(tài)是ABS工作之前或工作之后的常規(guī)制動(dòng)工況，主缸直接控制制動(dòng)壓力的增減。當(dāng)主缸的輸出壓力與μB最大值所要求的壓力基本相等時(shí)，即使在ABS工作過程中也會(huì)出現(xiàn)這種工況。圖110 ABS不工作（常規(guī)制動(dòng)過程）（2）減壓過程：減壓過程如圖122所示，動(dòng)力活塞右移，單向閥關(guān)閉，主缸和輪缸之間的通路被切斷。圖122中部的電磁閥通入較大的電流，電磁閥內(nèi)的柱塞移到右邊，儲(chǔ)能器中儲(chǔ)存的高壓液體通過管路作用在動(dòng)力活塞的左側(cè)，產(chǎn)生一個(gè)與彈簧力方向相反的作用力。圖中粗實(shí)線部分表示的是輪缸側(cè)的管路容積，與圖121相比，因動(dòng)力活塞右移而使輪缸側(cè)容積增加了V2，制動(dòng)壓力減少的幅度決定于輪缸側(cè)管路容積的增加量。圖111 ABS工作（減壓過程）（3）保壓過程：如圖123所示，給電磁閥通入較小的電流，電磁閥柱塞移到左邊，作用在活塞左側(cè)的液壓得以保持，動(dòng)力活塞兩端承受的作用力相等。因此動(dòng)力活塞靜止不動(dòng)，管路容積也不發(fā)生變化，能夠保持制動(dòng)壓力。圖112 ABS工作（保壓過程）4）增壓過程：圖124所示，動(dòng)力活塞準(zhǔn)備左移，將要返回圖121所示的初始位置。這時(shí)，由于電磁閥斷磁，柱塞回到左端初始位置，作用在動(dòng)力活塞左側(cè)的高壓被解除，動(dòng)力活塞受力失去平衡，制動(dòng)液泄入液壓油箱。輪缸側(cè)容積增加量V2在此期間減小，制動(dòng)壓力增加至初始值P1。圖113 ABS工作（增壓過程）這種方式的特點(diǎn)是通過改變電磁閥柱塞的位置來控制動(dòng)力活塞的移動(dòng)，改變缸側(cè)管路容積，利用這種變化間接地控制制動(dòng)壓力的增減。其制動(dòng)壓力的增減速度取決于動(dòng)力活塞的移動(dòng)速度。（三）其它可變?nèi)莘e式調(diào)節(jié)器（1）旁通式：旁通式調(diào)節(jié)器如圖125所示，正常情況下旁通閥受儲(chǔ)能器的高壓作用，不讓主缸的制動(dòng)液直接進(jìn)入輪缸。而是通過衰減閥和旁通閥之后進(jìn)入輪缸。圖114 旁通式調(diào)節(jié)器開始減壓時(shí)，通過衰減閥的激磁線圈關(guān)閉A，打開B。開始增壓時(shí)恰好與之相反。若液壓泵發(fā)生故障、儲(chǔ)能器高壓消失時(shí)，衰減閥和旁通閥的球閥同時(shí)移至左端而關(guān)閉（此時(shí)旁通閥右室的右閥打開），主缸壓力經(jīng)過旁通閥的右室直接傳到輪缸，恢復(fù)到常規(guī)制動(dòng)方式。這種結(jié)構(gòu)相當(dāng)于帶有安全裝置。（2）本田式：本田式調(diào)節(jié)器如圖126所示，其特征是在正常情況下主缸的制動(dòng)液不能直接進(jìn)入輪缸。主缸的制動(dòng)液首先進(jìn)入壓力轉(zhuǎn)換器，由于壁面A是固定的，活塞B向左移，C室的制動(dòng)液進(jìn)入輪缸。這時(shí)，吸液閥關(guān)閉、放液閥打開，故D室的制動(dòng)液可自由地流入液壓油箱。保壓時(shí)，放泄閥被激磁線圈關(guān)閉，D室的制動(dòng)液泄流被切斷，活塞B停止移動(dòng)，所以，能保持輪缸的液體壓力。減壓時(shí)，吸液閥被激磁線圈打開，儲(chǔ)能器對(duì)D室加壓，推動(dòng)活塞B右移返回。此外，在增壓過程中，吸流閥和放泄閥均處于消磁狀態(tài)，活塞B返回初始位置，輪缸的制動(dòng)壓力隨著主缸的壓力升高而增大。圖115 本田式調(diào)節(jié)器2 ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)概述2．ABS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)及種類以提高汽車行駛性能為目的而開發(fā)的各種ABS裝置，其原理是充分利用輪胎和地面的附著系數(shù)，主要采用控制制動(dòng)液壓壓力的方法，給各車輪施加最合適的制動(dòng)力。其具有以下優(yōu)點(diǎn)。ABS系統(tǒng)的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能縮短制動(dòng)距離。這是因?yàn)樵谕瑯泳o急制動(dòng)的情況下，ABS系統(tǒng)可以將滑移率控制在20%左右，即可獲得最大的縱向制動(dòng)力的結(jié)果。ABS系統(tǒng)的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增加了汽車制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。汽車在制動(dòng)時(shí)，四個(gè)輪子上的制動(dòng)力是不一樣的，如果汽車的前輪抱死，駕駛員就無法控制汽車的行駛方向，這是非常危險(xiǎn)的；倘若汽車的后輪先抱死，則會(huì)出現(xiàn)側(cè)滑、用尾，甚至使汽車整個(gè)調(diào)頭等嚴(yán)重事故。ABS系統(tǒng)可以防止四個(gè)輪子制動(dòng)時(shí)被完全抱死，提高了汽車行駛的穩(wěn)定性。資料表明，裝有ABS系統(tǒng)的車輛，可使因車輪側(cè)滑引起的事故比例下降8%左右。ABS系統(tǒng)的第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是改善了輪胎的磨損狀況。事實(shí)上，車輪抱死會(huì)造成輪胎杯型磨損，輪胎面磨耗也會(huì)不均勻，使輪胎磨損消耗費(fèi)增加。經(jīng)測定，汽車在緊急制動(dòng)時(shí)，車輪抱死所造成的輪胎累加磨損費(fèi)，已超過一套防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的造價(jià)。因此，裝用ABS系統(tǒng)具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。ABS系統(tǒng)的最后一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用方便，工作可靠。ABS系統(tǒng)的使用與普通制動(dòng)系統(tǒng)的使用幾乎沒有區(qū)別。制動(dòng)時(shí)只要把腳踏在制動(dòng)踏板上，ABS系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)情況自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)，如遇雨雪路滑，駕駛員也沒有必要用一連串的點(diǎn)剎車方式進(jìn)行制動(dòng)，ABS系統(tǒng)會(huì)使制動(dòng)狀態(tài)保持在最佳點(diǎn)。注意：ABS系統(tǒng)工作時(shí)，駕駛員會(huì)感到制動(dòng)踏板有顫動(dòng)，并聽到一點(diǎn)噪音，這些都屬于正常現(xiàn)象。ABS系統(tǒng)工作十分可靠，并有自診斷能力。如果它發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部有故障，就會(huì)自動(dòng)記錄，并點(diǎn)燃琥珀色（黃色）ABS故障指示燈，讓普通制動(dòng)系統(tǒng)波繼續(xù)工作。此時(shí)，維修人員可以根據(jù)記錄的故障（以故障碼的形式輸出）進(jìn)行修理。ABS系統(tǒng)從目前看可分為以下種類：波許（Bosch）ABS系統(tǒng)、坦孚（Teves）ABS系統(tǒng)、達(dá)科（Delco）ABS系統(tǒng)和本迪克斯（Bendix）ABS系統(tǒng)，這四種系統(tǒng)都是廣泛應(yīng)用的系統(tǒng)，而且還在不斷發(fā)展、更新和換代。如果說還有其它種類的ABS系統(tǒng)，基本上也是上述四種系統(tǒng)中某一種的變型。德國波許公司早在本世紀(jì)70年代末就將自已研究生產(chǎn)的波許ABS系統(tǒng)應(yīng)用在梅賽德斯奔馳系列車上；德國波許公司80年代末90年代初廣泛應(yīng)用于通用公司生產(chǎn)的各種系列車型上。盡管不同公司產(chǎn)生的ABS系統(tǒng)的類型不同，但它們都有相同的基本組成和基本工作原理，它們的重要區(qū)別是電子控制單元及控制線路不同。2．常用的ABS裝置現(xiàn)在實(shí)用化的四輪控制防抱死制動(dòng)裝置有波許、阿爾發(fā)列德梯維斯（ATE）、本田4WALB、豐田的ESC和露卡斯柯林的SCS。2．2．控制通道波許、梯維斯公司的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)與豐田的ESC是在各個(gè)前輪中分別獨(dú)立裝有傳感器、執(zhí)行元件的油壓系的2通道控制方式，即前二輪獨(dú)立控制方式。此外，還有后輪傳感器安裝在各個(gè)車輪中的2通道方式，或在驅(qū)動(dòng)系中裝設(shè)的單通道方式（這時(shí)，形成后二輪的平均車輪速度）；執(zhí)行元件的油壓系統(tǒng)也是有雙通道與單通道二種方式。在使用后輪2通道傳感器中，這是一般以易于鎖止的車輪速度為基準(zhǔn)進(jìn)行控制的低選擇方式。屬于具備2通道的油壓系并不是經(jīng)常獨(dú)立控制的方式，是與后二輪同時(shí)控制的一種方式。本田4WALB則采用前二輪同時(shí)、后二輪同時(shí)的2系統(tǒng)控制方式。前輪采用以較難鎖止的車輪為基準(zhǔn)進(jìn)行控制的高選擇方式；后輪則采用低選擇方式。露卡斯柯林的SCS則采用左前輪與右后輪同時(shí)控制，右前輪與左后輪同時(shí)控制的2系統(tǒng)控制方式。2．2．執(zhí)行元件方式波許、梯維斯的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、豐田的ND的ESC與本田4WALB都具有專用的電動(dòng)泵；露卡斯柯林的SCS則具有由驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)的專用泵。以該泵為驅(qū)動(dòng)波，使執(zhí)行元件進(jìn)行工作。驅(qū)動(dòng)油是動(dòng)力轉(zhuǎn)向油。本田4WALB、露卡斯柯林SCS、豐田愛信ESC等采用使車輪分泵一側(cè)的油壓管路的容積增加或減壓的間接控制方式，而波許、梯維斯的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)和豐田ND的ESC則采用使車輪分泵油壓直接循環(huán)進(jìn)行減壓的直接控制方式。2．防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展越勢2．3．傳感器等附加裝置現(xiàn)在許多防抱死制動(dòng)系統(tǒng)只備有車輪速度傳感器，只用這種信號(hào)進(jìn)行控制，這很難確保不同車輛的防抱死制動(dòng)性能。為了補(bǔ)償控制的下降，在車輛上增加了檢測前后或橫向減速度的G傳感器（減速度傳感器），提高了發(fā)動(dòng)機(jī)怠速升高功能。如果能確保可靠性，這是一項(xiàng)極其有效的措施，不僅能補(bǔ)償控制功能的不足，而且可以提高整個(gè)裝置的功能。2．3．復(fù)合化梯維斯（ATE）防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源是電動(dòng)泵。內(nèi)裝執(zhí)行元件，該動(dòng)力源被應(yīng)用在油壓增壓器中，形成動(dòng)力源、油壓增壓器、總泵、電磁閥為一體的集中系統(tǒng)。幾乎相同的裝置被應(yīng)用在卡迪拉克阿蘭特轎車上，這就是波許公司的ABSIII型防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，奔馳汽車公司則采用在加速一側(cè)利用ABS的電磁閥和節(jié)流閥來控制車輪滑移率的防側(cè)滑系統(tǒng)（ABS）并裝用在批量生產(chǎn)的車型中。2．3．低成本化防抱死制動(dòng)裝置已從高級(jí)轎車逐漸向中低擋轎車普及。今后，為了向普及型轎車和商用車普及，要求ABS小型化、低成本，特別要減少執(zhí)行元件的數(shù)量和傳感器的通道數(shù)，并簡化結(jié)構(gòu)。2．3．將來動(dòng)向可以預(yù)計(jì)，今后最新的控制技術(shù)是推動(dòng)傳感器技術(shù)的高性能，所增加新功能的高級(jí)化，盡量向確保必要功能、簡化結(jié)構(gòu)以降低成本的二極化方向發(fā)展。3 紅旗系列轎車ABS制動(dòng)系統(tǒng)的分析3．1 紅旗系列轎車EBC430型ABS系統(tǒng)的研究紅旗系列(吉星CA7180AE、98新星CA7220AE和CA7200E3 V6型)轎車所配置的ABS系統(tǒng)是美國凱爾海斯(Kelsey Hayes)公司生產(chǎn)的EBC430型ABS系統(tǒng)。EBC430型ABS系統(tǒng)的總體布置如圖31所示。在紅旗轎車上的安裝位置如圖32所示。圖31 EBC430型ABS系統(tǒng)的總體布置圖I制動(dòng)主缸及其操作機(jī)構(gòu) II制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS） Ⅲ感載比例閥 Ⅳ駐車制動(dòng)系統(tǒng)Ⅴ前輪制動(dòng)器 Ⅵ后輪制動(dòng)器圖32 在紅旗轎車上的安裝位置3．1．紅旗吉星CA7180AE和CA7200E3(V6)轎車EBC430型ABS系統(tǒng)的組成如圖33所示,EBC430型ABS系統(tǒng)由4個(gè)車輪轉(zhuǎn)速傳感器、電子控制單元、液壓控制單元及ABS指示燈等組成，采用4通道式布置型式。該系統(tǒng)將電子控制單元(ECU)和液壓控制單元 (HCU)制成一體，組合成電子液壓控制單元 (EHCU)總成，其外形如圖34所示。從圖上可以看出，液壓單元的端面上有6個(gè)液壓管接頭孔。靠近與電子控制單元的接合面處的一排4個(gè)孔是通向4個(gè)車輪制動(dòng)器的，第2排中間的2個(gè)孔是接主缸第2活塞腔的處油孔的，只要按照?qǐng)D31所示的關(guān)系接好油管，就能保證系統(tǒng)為對(duì)角線布置雙回路制動(dòng)系統(tǒng)（如圖35所示）。圖33 紅旗吉星CA7180AE和CA7200E3(V6)轎車EBC430型ABS系統(tǒng)的組成圖34 EBC430型ABS系統(tǒng)電子液壓控制單元圖35 紅旗轎車ABS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖1車輪速度傳感器 2液壓控制單元（HCU） 3電磁閥 4電子控制單元（ECU） 在4個(gè)車輪上各安裝有一個(gè)車輪轉(zhuǎn)速傳感器，通過傳感器監(jiān)視汽車制動(dòng)時(shí)各車輪是否抱死，并將各車輪的轉(zhuǎn)速信號(hào)傳遞給ECU。ECU根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)，進(jìn)行比較分析和判定，HCU發(fā)出對(duì)車輪制動(dòng)力的控制指令，使車輪不被抱死。車輪轉(zhuǎn)速傳感器車輪轉(zhuǎn)速傳感器用于測量每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速，將車輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，輸送給ECU，以使ECU能準(zhǔn)確判斷制動(dòng)時(shí)車輪是否抱死并及時(shí)控制制動(dòng)力的大小。轉(zhuǎn)速傳感器為電磁式，如圖36所示。它由傳感器外殼、永久磁鐵、感應(yīng)線圈及磁極組成。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安裝在車輪上的齒圈隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，傳感器與齒圈之間的磁阻隨齒圈的轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生周期性的變化，纏繞在永久磁鐵上的線圈便產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢為一組正弦波，其幅值與頻率隨車輪轉(zhuǎn)速的增加而增加。ECU要求轉(zhuǎn)速傳感器最小峰值為250mV，所能檢測到的最低車速為5km/h，傳感器頻率與車速的關(guān)系為lkm/。圖46 車輪轉(zhuǎn)速傳感器l電纜 2永久磁鐵 3外殼 4線圈 5磁極 6齒圈圖37 紅旗吉星CA7180AE和CA7200E3轎車EBC型ABS系統(tǒng)ECU接線原理圖電子控制單元(ECU)電子控制單元(ECU)是由Intell96型16位處理器(匯集了2個(gè)微處理器)\16K只讀存儲(chǔ)器、512字節(jié)的隨機(jī)存儲(chǔ)器以及各類程控電路構(gòu)成的，它能根據(jù)4個(gè)車輪轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)立即計(jì)算出汽車的減速度和每一個(gè)車輪對(duì)地面的滑移率，并擬定出最佳的控制指令組，控制HCU中各電磁閥的工作，從而將每一個(gè)車輪的滑移率都控制在8%~35%的最佳制動(dòng)效率范圍內(nèi)，電子控制單元（ECU）與外部電路的接線關(guān)系原理如圖37所示。ECU的主要輸入信號(hào)有:4個(gè)車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)；12V蓄電池電