文獻(xiàn)綜述-汽車液壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

PAGEPAGE6汽車液壓制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展張海燕（河北科技師范學(xué)院機(jī)械電子系機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化）摘要:闡述了汽車制動(dòng)控制統(tǒng)統(tǒng)的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),著重分析了人力液壓制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理,討論了ABS防抱死系統(tǒng)的魯棒性和BBW系統(tǒng)的基本原理,介紹了液壓制動(dòng)系統(tǒng)中液壓油的使用要求。關(guān)鍵詞:制動(dòng)系統(tǒng);制動(dòng)缸;制動(dòng)控制從汽車自問世以來,制動(dòng)系統(tǒng)在車輛行車和駐車的安全方面扮演著至關(guān)重要的角色.近年來,隨著車輛技術(shù)的進(jìn)步和汽車行駛速度的提高,這種重要性表現(xiàn)得越來越明顯.眾多的汽車工程師在改進(jìn)汽車制動(dòng)性能的研究中傾注了大量的心血.目前關(guān)于汽車制動(dòng)的研究主要集中在制動(dòng)控制方面[1],包括制動(dòng)控制的理論和方法,以及新技術(shù)推廣應(yīng)用.。1．制動(dòng)系統(tǒng)的歷史對(duì)汽車的制動(dòng)作用.由于那時(shí)的車輛的重量比較小,速度比較低,機(jī)械制動(dòng)也能滿足車輛制動(dòng)的需要,但隨著汽車自身重量的增加,助力裝置對(duì)機(jī)械制動(dòng)器來說已顯得十分必要.于是開始出現(xiàn)了真空助力裝置.1932年生產(chǎn)的質(zhì)量為2860kg的凱迪拉克轎車四輪采用直徑419.1mm的鼓式制動(dòng)器,并有制動(dòng)踏板控制的真空助力裝置.林肯公司也在同年推出同種類型的轎車,該車采用了通過四根軟索控制真空助力器的鼓式制動(dòng)器[2].隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及汽車工業(yè)的發(fā)展,尤其是軍用車輛及軍用技術(shù)的發(fā)展,車輛制動(dòng)有了新的突破,液壓制動(dòng)是繼機(jī)械制動(dòng)后的又一重大突破.DuesenbergEight車率先使用了轎車液壓制動(dòng)器.克萊斯勒的四輪液壓制動(dòng)器于1924年問世.通用和福特分別于1934年和1939年采用了液壓制動(dòng)技術(shù).到20世紀(jì)50年代,液壓助力制動(dòng)器開始在制動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用[3].20世紀(jì)30年代后期,隨著電子技術(shù)的發(fā)展,世界汽車技術(shù)領(lǐng)域最顯著的成就是ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(antilockbrakingsystem)[1]的使用和推廣.ABS集微電子技術(shù)、精密加工技術(shù)、液壓控制技術(shù)為一體,是機(jī)電一體化的高技術(shù)產(chǎn)品.它的使用大大提高了汽車的主動(dòng)安全性和操縱性.防抱死控制裝置一般包括三部分:傳感器、控制器(ABSECU)與壓力調(diào)節(jié)器.傳感器接受運(yùn)動(dòng)參數(shù),如車輪角速度、角加速度、車速等傳送給控制裝置,控制裝置進(jìn)行計(jì)算并與規(guī)定的數(shù)值進(jìn)行比較后,給壓力調(diào)節(jié)器發(fā)出指令.1936年,博世公司申請(qǐng)一項(xiàng)電液控制的ABS裝置專利,促進(jìn)了防抱死制動(dòng)系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用.1969年福特使用了真空助力的ABS制動(dòng)器;1971年,克萊斯勒車采用了四輪電子控制的ABS裝置.這些早期的ABS裝置性能有限,可靠性不夠理想,且成本高.1979年,默·本茨推出了一種性能可靠、帶有獨(dú)立液壓助力器的全數(shù)字電子系統(tǒng)控制的ABS制動(dòng)裝置.1985年美國(guó)開發(fā)出帶有數(shù)字顯示微處理器、復(fù)合主缸、液壓制動(dòng)助力器、電磁閥及執(zhí)行器“一體化”的ABS防抱死裝置.隨著大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的出現(xiàn),以及電子信息處理技術(shù)的高速發(fā)展,ABS已成為性能可靠、成本日趨下降的具有廣泛應(yīng)用前景的成熟產(chǎn)品.一些國(guó)家和地區(qū)(如歐洲、日本、美國(guó)等)已制定法規(guī),使ABS成為汽車的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備[4].2.制動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀傳統(tǒng)的制動(dòng)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是能均勻分配油液壓力.當(dāng)制動(dòng)踏板踏下時(shí),制動(dòng)主缸就將等量的油液送到每個(gè)制動(dòng)器的制動(dòng)輪缸中,并通過一個(gè)比例閥使前后平衡.而ABS或其他制動(dòng)干預(yù)系統(tǒng)則根據(jù)每個(gè)制動(dòng)器的需要對(duì)油液壓力進(jìn)行調(diào)節(jié).目前ABS系統(tǒng)已發(fā)展成為成熟的產(chǎn)品,并在各種車輛上得到了廣泛的應(yīng)用,但是這些產(chǎn)品基本都是基于車輪加、減速門限及參考滑移率方法設(shè)計(jì)的.方法雖然簡(jiǎn)單實(shí)用,但是其調(diào)試比較困難,不同的車輛需要不同的匹配技術(shù),在許多不同的道路上加以驗(yàn)證.制動(dòng)控制系統(tǒng)的重要問題在于控制的穩(wěn)定性,即系統(tǒng)魯棒性(robustness),應(yīng)保證在各種條件下制動(dòng)系統(tǒng)的控制作用不失效.防抱死系統(tǒng)要求高可靠性,否則會(huì)導(dǎo)致人身傷亡及車輛損壞.因此,發(fā)展魯棒性的ABS控制系統(tǒng)成為關(guān)鍵所在.現(xiàn)在,多種魯棒控制系統(tǒng)都應(yīng)用到ABS的控制邏輯中來[4].除了傳統(tǒng)的邏輯門限方法外,增益調(diào)度PID控制、變結(jié)構(gòu)控制和模糊控制是常用的魯棒控制系統(tǒng),是目前所采用的以滑移率為目標(biāo)的連續(xù)控制系統(tǒng).模糊控制法是基于經(jīng)驗(yàn)規(guī)則的控制,與系統(tǒng)的模型無關(guān),具有很好的魯棒性和控制規(guī)則的靈活性,但調(diào)整控制參數(shù)比較困難,尚無理論計(jì)算公式,基本上是靠試湊的方法.然而對(duì)大多數(shù)基于目標(biāo)值的控制而言,控制規(guī)律有一定的規(guī)律.車輪的驅(qū)動(dòng)打滑與制動(dòng)抱死是很類似的問題.在汽車起動(dòng)或加速時(shí),因驅(qū)動(dòng)力過大而使驅(qū)動(dòng)輪高速旋轉(zhuǎn)、超過摩擦極限而引起打滑.此時(shí),車輪同樣不具有足夠的側(cè)向力來保持車輛的穩(wěn)定,車輪切向力也減少,影響加速性能.由此看出,防止車輪打滑與抱死都是要控制汽車的滑移率,所以在ABS的基礎(chǔ)上發(fā)展了驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)(ASR)[6].ASR是ABS的邏輯和功能擴(kuò)展.ABS在增加了ASR功能后,主要的變化是在電子控制單元中增加了驅(qū)動(dòng)防滑邏輯系統(tǒng),來監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速.ASR大多借用ABS的硬件,兩者共存一體,發(fā)展成為ABS/ASR系統(tǒng).今天,ABS/ASR已經(jīng)成為歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家汽車的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,并且已在歐洲新載貨車中普遍使用,歐共體法規(guī)EEC/71/320已強(qiáng)制性規(guī)定在總質(zhì)量大于3.5t的某些載貨車上使用,重型車輛首先裝用的.隨著技術(shù)的成熟和發(fā)展,現(xiàn)在的高級(jí)轎車也開始采用ABS/ASR系統(tǒng).然而ABS/ASR只是解決了緊急制動(dòng)時(shí)附著系數(shù)的利用,可獲得較短的制動(dòng)距離及制動(dòng)方向穩(wěn)定性,但是不能解決制動(dòng)系統(tǒng)中的所有缺陷.3.制動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)經(jīng)過一百多年的發(fā)展,汽車制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本固定下來.隨著電子技術(shù),特別是大規(guī)模、大規(guī)模集成電路的發(fā)展,汽車制動(dòng)系統(tǒng)的形式也將發(fā)生變化.凱西-海斯(K-H)公司在一輛實(shí)驗(yàn)車上安裝了一種電-液(EH)制動(dòng)系統(tǒng),該系統(tǒng)徹底改變了制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理.通過采用4個(gè)比例閥和電力電子控制裝置,該系統(tǒng)能處理基本制動(dòng)、ABS、牽引力控制、巡航控制制動(dòng)干預(yù)等情況,而不需增加任何一種附加裝置.該系統(tǒng)潛在的優(yōu)點(diǎn)是比標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)器能更加有效地分配基本制動(dòng)力,從而使制動(dòng)距離縮短5%.一種完全無油液、完全通過電路控制的BBW(Brake-By-Wire)[7]系統(tǒng)的開發(fā)將使傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)控制系統(tǒng)成為歷史.BBW系統(tǒng)是未來制動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向.全電制動(dòng)系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng),因?yàn)槠鋫鬟f的是電流,而不是液壓油或壓縮空氣,可以省去許多管路和傳感器,縮短制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間.4.汽車制動(dòng)液的使用制動(dòng)液是液壓制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分,它的質(zhì)量好壞對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的工作可靠性有很大的影響.因此制動(dòng)液應(yīng)具有高溫下不易液化、低溫下流動(dòng)性良好、吸水性差而溶水性良好、能潤(rùn)滑液壓系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)件而不會(huì)使其腐蝕,不會(huì)使橡膠件發(fā)生膨脹、變硬和損壞等特點(diǎn).在選用制動(dòng)液時(shí)應(yīng)根據(jù)制動(dòng)系統(tǒng)是否安裝ABS裝置來選擇.因?yàn)闆]有安裝ABS的車輛在緊急制動(dòng)時(shí)往往會(huì)使車輪抱死,安裝ABS后,可使汽車在緊急制動(dòng)時(shí)車輪不會(huì)被抱死而防止出現(xiàn)側(cè)滑,因此ABS裝置工作時(shí),制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的摩擦熱比未裝ABS裝置的車高,制動(dòng)液的惡化變質(zhì)也會(huì)相對(duì)早地出現(xiàn),適合于ABS的只能是高沸點(diǎn)的制動(dòng)液,如果使用低沸點(diǎn)的制動(dòng)液,會(huì)因容易產(chǎn)生氣阻而使汽車處于非常危險(xiǎn)的狀態(tài).如果在制動(dòng)液變質(zhì)的情況下繼續(xù)使用,將會(huì)使制動(dòng)主缸、制動(dòng)輪缸、油壓控制器等產(chǎn)生損傷、吸濕率增加,使制動(dòng)力下降[8].因此,要對(duì)裝有ABS裝置車輛的制動(dòng)液進(jìn)行從嚴(yán)選用,嚴(yán)格遵守汽車制造廠商推薦的更換周期.另外還要根據(jù)使用條件,在必要時(shí)提前進(jìn)行更換.6.結(jié)束語(yǔ)介紹汽車制動(dòng)控制系統(tǒng)的進(jìn)展歷史,詳細(xì)闡述制動(dòng)控制系統(tǒng)由簡(jiǎn)單的機(jī)械制動(dòng)裝置發(fā)展到ABS防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng),可以嘗試模糊控制方法以改進(jìn)汽車控制系統(tǒng)的性能.現(xiàn)代汽車制動(dòng)控制技術(shù)正朝著電子制動(dòng)控制方向發(fā)展.全電制動(dòng)控制因其巨大的優(yōu)越性,將取代傳統(tǒng)的以液壓為主的傳統(tǒng)制動(dòng)控制系統(tǒng).同時(shí),隨著其他汽車電子技術(shù)特別是超大規(guī)模集成電路的發(fā)展,電子元件的成本及尺寸不斷下降.另外汽車電子制動(dòng)控制系統(tǒng)將與其他汽車電子系統(tǒng)融合在一起成為綜合的汽車電子控制系統(tǒng),未來的汽車中就不存在孤立的制動(dòng)控制系統(tǒng),各種控制單元集中在一個(gè)ECU中,并將逐漸代替常規(guī)的控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)車輛控制的智能化.參考文獻(xiàn)：[1]SchinkelM.Anti-lockbrakingcontrolusingaslidingmodelikeapproach[J].ProceedingsoftheAmericanControlConference,2002,(3):23862391.[2]KazemiR.DevelopmentofanewABSforpassengercarsusingdynamicsurfacecontrolmethod[J].ProceedingsoftheAmericanControlConference,2001,(2):677683.[3]陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.[4]沙奇林.ABS控制邏輯對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)及滑移率的規(guī)避分析[J].汽車工程,1996,16(6):329333.[5]陳軍.防抱死制動(dòng)系統(tǒng)不同控制方法的模擬研究[J].汽車技術(shù),1989,(11):2326.[6]馬岳軍.基于ABS的ABSASR集成液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng),2004,(6):2729.[7]戴冠軍、周軍、孫偉等[M]汽車底盤維修大全–杭州：浙江科學(xué)技術(shù)出版社2000.4[8]張大成、戴波南等[M]上海桑塔納2000系列轎車維修手冊(cè)–北京:北京理工大學(xué)出版社2001.12[9]ParkShinsuk.Numericalevaluationofbrakingfeeltodesignoptimalbrake-by-wiresystem[J].InternationalJournalofVehicleDesign,2005,37(1):123.[10]陳家瑞等汽車構(gòu)造[M]-北京：人民交通出版社20AutomobilehydraulicbrakesystemdevelopmentZhangHaiyan(Dept.ofMachineryandElectron,HebeiAbstract:Elaboratedtheautomobilebrakecontrolentirelyhistory,thepresentsituationandthetrendofdevelopment,haveemphaticallyanalyzedthemanpowerhydraulicbrakesystemprincipleofwork,discussedABStoguard