畢業設計-輕型汽車液壓制動系統的理論分析與改進方法(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 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，主缸端的高壓制動液（包括液壓泵輸出的制動液）再次進入輪缸，增加了制動壓力，見圖119。增壓和減壓速度可以直接通過電磁閥的進出油口來控制。圖18 ABS工作（增壓過程）直接控制式液壓裝置結構簡單、靈敏性好。對于這種方式，液壓泵工作時的高壓制動液返回主缸時，或增壓過程制動液從主缸流回瞬間，制動踏板行程均會發生變化（叫踏板反應）。這種反應能讓駕駛員知道ABS開始工作，這是一個優點。但是，也有不少駕駛員對踏板反應有不舒適感。下面舉例介紹降低踏板反應的壓力調節器。（5）帶減緩踏板反應裝置的壓力調節器圖120是循環式調節器的基本工作原理。在液壓泵和主缸間的管路中設置一個單向閥，不讓高壓制動液直接進入主缸，而是進入儲能器中暫時儲存起來。ABS的增壓過程主要是由儲能器供給高壓制動液。因此，可以抑制ABS工作過程中產生的踏板行程變化。圖19 循環式調節器工作原理（二） 可變容積式調節器可變容積式調節器是在汽車原有的制動管路上增加一套液壓裝置，用它控制制動管路容積的增減，從而控制制動壓力的變化。其特征是有一個動力活塞。這種方式隨結構的不同，既有有踏板反應的，也有無踏板反應的。下面以動力活塞為主，對可變容積式調節器的工作原理作一說明。（1）常規制動過程：如圖121所示，動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。這種狀態是ABS工作之前或工作之后的常規制動工況，主缸直接控制制動壓力的增減。當主缸的輸出壓力與μB最大值所要求的壓力基本相等時，即使在ABS工作過程中也會出現這種工況。圖110 ABS不工作（常規制動過程）（2）減壓過程：減壓過程如圖122所示，動力活塞右移，單向閥關閉，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，電磁閥內的柱塞移到右邊，儲能器中儲存的高壓液體通過管路作用在動力活塞的左側，產生一個與彈簧力方向相反的作用力。圖中粗實線部分表示的是輪缸側的管路容積，與圖121相比，因動力活塞右移而使輪缸側容積增加了V2，制動壓力減少的幅度決定于輪缸側管路容積的增加量。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，作用在活塞左側的液壓得以保持，動力活塞兩端承受的作用力相等。因此動力活塞靜止不動，管路容積也不發生變化，能夠保持制動壓力。圖112 ABS工作（保壓過程）4）增壓過程：圖124所示，動力活塞準備左移，將要返回圖121所示的初始位置。這時，由于電磁閥斷磁，柱塞回到左端初始位置，作用在動力活塞左側的高壓被解除，動力活塞受力失去平衡，制動液泄入液壓油箱。輪缸側容積增加量V2在此期間減小，制動壓力增加至初始值P1。圖113 ABS工作（增壓過程）這種方式的特點是通過改變電磁閥柱塞的位置來控制動力活塞的移動，改變缸側管路容積，利用這種變化間接地控制制動壓力的增減。其制動壓力的增減速度取決于動力活塞的移動速度。（三）其它可變容積式調節器（1）旁通式：旁通式調節器如圖125所示，正常情況下旁通閥受儲能器的高壓作用，不讓主缸的制動液直接進入輪缸。而是通過衰減閥和旁通閥之后進入輪缸。圖114 旁通式調節器開始減壓時，通過衰減閥的激磁線圈關閉A，打開B。開始增壓時恰好與之相反。若液壓泵發生故障、儲能器高壓消失時，衰減閥和旁通閥的球閥同時移至左端而關閉（此時旁通閥右室的右閥打開），主缸壓力經過旁通閥的右室直接傳到輪缸，恢復到常規制動方式。這種結構相當于帶有安全裝置。（2）本田式：本田式調節器如圖126所示，其特征是在正常情況下主缸的制動液不能直接進入輪缸。主缸的制動液首先進入壓力轉換器，由于壁面A是固定的，活塞B向左移，C室的制動液進入輪缸。這時，吸液閥關閉、放液閥打開，故D室的制動液可自由地流入液壓油箱。保壓時，放泄閥被激磁線圈關閉，D室的制動液泄流被切斷，活塞B停止移動，所以，能保持輪缸的液體壓力。減壓時，吸液閥被激磁線圈打開，儲能器對D室加壓，推動活塞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，活塞B返回初始位置，輪缸的制動壓力隨著主缸的壓力升高而增大。圖115 本田式調節器2 ABS防抱死制動系統概述2．ABS系統的優點及種類以提高汽車行駛性能為目的而開發的各種ABS裝置，其原理是充分利用輪胎和地面的附著系數，主要采用控制制動液壓壓力的方法，給各車輪施加最合適的制動力。其具有以下優點。ABS系統的第一個優點是能縮短制動距離。這是因為在同樣緊急制動的情況下，ABS系統可以將滑移率控制在20%左右，即可獲得最大的縱向制動力的結果。ABS系統的第二個優點是增加了汽車制動時的穩定性。汽車在制動時，四個輪子上的制動力是不一樣的，如果汽車的前輪抱死，駕駛員就無法控制汽車的行駛方向，這是非常危險的；倘若汽車的后輪先抱死，則會出現側滑、用尾，甚至使汽車整個調頭等嚴重事故。ABS系統可以防止四個輪子制動時被完全抱死，提高了汽車行駛的穩定性。資料表明，裝有ABS系統的車輛，可使因車輪側滑引起的事故比例下降8%左右。ABS系統的第三個優點是改善了輪胎的磨損狀況。事實上，車輪抱死會造成輪胎杯型磨損，輪胎面磨耗也會不均勻，使輪胎磨損消耗費增加。經測定，汽車在緊急制動時，車輪抱死所造成的輪胎累加磨損費，已超過一套防抱死制動系統的造價。因此，裝用ABS系統具有一定的經濟效益。ABS系統的最后一個優點是使用方便，工作可靠。ABS系統的使用與普通制動系統的使用幾乎沒有區別。制動時只要把腳踏在制動踏板上，ABS系統就會根據情況自動進入工作狀態，如遇雨雪路滑，駕駛員也沒有必要用一連串的點剎車方式進行制動，ABS系統會使制動狀態保持在最佳點。注意：ABS系統工作時，駕駛員會感到制動踏板有顫動，并聽到一點噪音，這些都屬于正常現象。ABS系統工作十分可靠，并有自診斷能力。如果它發現系統內部有故障，就會自動記錄，并點燃琥珀色（黃色）ABS故障指示燈，讓普通制動系統波繼續工作。此時，維修人員可以根據記錄的故障（以故障碼的形式輸出）進行修理。ABS系統從目前看可分為以下種類：波許（Bosch）ABS系統、坦孚（Teves）ABS系統、達科（Delco）ABS系統和本迪克斯（Bendix）ABS系統，這四種系統都是廣泛應用的系統，而且還在不斷發展、更新和換代。如果說還有其它種類的ABS系統，基本上也是上述四種系統中某一種的變型。德國波許公司早在本世紀70年代末就將自已研究生產的波許ABS系統應用在梅賽德斯奔馳系列車上；德國波許公司80年代末90年代初廣泛應用于通用公司生產的各種系列車型上。盡管不同公司產生的ABS系統的類型不同，但它們都有相同的基本組成和基本工作原理，它們的重要區別是電子控制單元及控制線路不同。2．常用的ABS裝置現在實用化的四輪控制防抱死制動裝置有波許、阿爾發列德梯維斯（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系統與豐田的ESC是在各個前輪中分別獨立裝有傳感器、執行元件的油壓系的2通道控制方式，即前二輪獨立控制方式。此外，還有后輪傳感器安裝在各個車輪中的2通道方式，或在驅動系中裝設的單通道方式（這時，形成后二輪的平均車輪速度）；執行元件的油壓系統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進行控制的低選擇方式。屬于具備2通道的油壓系并不是經常獨立控制的方式，是與后二輪同時控制的一種方式。本田4WALB則采用前二輪同時、后二輪同時的2系統控制方式。前輪采用以較難鎖止的車輪為基準進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控制，右前輪與左后輪同時控制的2系統控制方式。2．2．執行元件方式波許、梯維斯的防抱死制動系統、豐田的ND的ESC與本田4WALB都具有專用的電動泵；露卡斯柯林的SCS則具有由驅動軸驅動的專用泵。以該泵為驅動波，使執行元件進行工作。驅動油是動力轉向油。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系統和豐田ND的ESC則采用使車輪分泵油壓直接循環進行減壓的直接控制方式。2．防抱死制動系統的發展越勢2．3．傳感器等附加裝置現在許多防抱死制動系統只備有車輪速度傳感器，只用這種信號進行控制，這很難確保不同車輛的防抱死制動性能。為了補償控制的下降，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），提高了發動機怠速升高功能。如果能確保可靠性，這是一項極其有效的措施，不僅能補償控制功能的不足，而且可以提高整個裝置的功能。2．3．復合化梯維斯（ATE）防抱死制動系統的動力源是電動泵。內裝執行元件，該動力源被應用在油壓增壓器中，形成動力源、油壓增壓器、總泵、電磁閥為一體的集中系統。幾乎相同的裝置被應用在卡迪拉克阿蘭特轎車上，這就是波許公司的ABSIII型防抱死制動系統，奔馳汽車公司則采用在加速一側利用ABS的電磁閥和節流閥來控制車輪滑移率的防側滑系統（ABS）并裝用在批量生產的車型中。2．3．低成本化防抱死制動裝置已從高級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，特別要減少執行元件的數量和傳感器的通道數，并簡化結構。2．3．將來動向可以預計，今后最新的控制技術是推動傳感器技術的高性能，所增加新功能的高級化，盡量向確保必要功能、簡化結構以降低成本的二極化方向發展。3 紅旗系列轎車ABS制動系統的分析3．1 紅旗系列轎車EBC430型ABS系統的研究紅旗系列(吉星CA7180AE、98新星CA7220AE和CA7200E3 V6型)轎車所配置的ABS系統是美國凱爾海斯(Kelsey Hayes)公司生產的EBC430型ABS系統。EBC430型ABS系統的總體布置如圖31所示。在紅旗轎車上的安裝位置如圖32所示。圖31 EBC430型ABS系統的總體布置圖I制動主缸及其操作機構 II制動防抱死系統（ABS） Ⅲ感載比例閥 Ⅳ駐車制動系統Ⅴ前輪制動器 Ⅵ后輪制動器圖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系統的組成如圖33所示,EBC430型ABS系統由4個車輪轉速傳感器、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個孔是通向4個車輪制動器的，第2排中間的2個孔是接主缸第2活塞腔的處油孔的，只要按照圖31所示的關系接好油管，就能保證系統為對角線布置雙回路制動系統（如圖35所示）。圖33 紅旗吉星CA7180AE和CA7200E3(V6)轎車EBC430型ABS系統的組成圖34 EBC430型ABS系統電子液壓控制單元圖35 紅旗轎車ABS系統的結構示意圖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個車輪上各安裝有一個車輪轉速傳感器，通過傳感器監視汽車制動時各車輪是否抱死，并將各車輪的轉速信號傳遞給ECU。ECU根據車輪轉速傳感器的信號，進行比較分析和判定，HCU發出對車輪制動力的控制指令，使車輪不被抱死。車輪轉速傳感器車輪轉速傳感器用于測量每個車輪的轉速，將車輪的轉速轉化為電信號，輸送給ECU，以使ECU能準確判斷制動時車輪是否抱死并及時控制制動力的大小。轉速傳感器為電磁式，如圖36所示。它由傳感器外殼、永久磁鐵、感應線圈及磁極組成。當車輪轉動時，安裝在車輪上的齒圈隨之轉動，傳感器與齒圈之間的磁阻隨齒圈的轉動而發生周期性的變化，纏繞在永久磁鐵上的線圈便產生感應電勢，感應電勢為一組正弦波，其幅值與頻率隨車輪轉速的增加而增加。ECU要求轉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系為lkm/。圖46 車輪轉速傳感器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個微處理器)\16K只讀存儲器、512字節的隨機存儲器以及各類程控電路構成的，它能根據4個車輪轉速傳感器的信號立即計算出汽車的減速度和每一個車輪對地面的滑移率，并擬定出最佳的控制指令組，控制HCU中各電磁閥的工作，從而將每一個車輪的滑移率都控制在8%~35%的最佳制動效率范圍內，電子控制單元（ECU）與外部電路的接線關系原理如圖37所示。ECU的主要輸入信號有:4個車輪轉速信號；12V蓄電池電