全民彩票汽车电子液压制动系统跟随特性的实验

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  随着中国汽车工业的飞速发展和人们生活水平的提高,汽车在人们生活中扮演的角色越来越重要,它已经成为人类生活中不可缺少的一部分。人们在享受汽车带来舒适,方便的同时,也开始越来越关注汽车行驶的安全性。汽车安全性能很大程度取决于汽车制动系统,良好的汽车制动系统可以保证车辆的安全行驶。因此如何设计可靠的制动系统,改善汽车的制动性能,始终是汽车研究机构的重要任务。

  环顾汽车制动系统的发展历史,汽车制动系统发展之初,实现制动的过程是驾驶员通过操作一组简单的机械系统,将作用力传递给制动器,但要求车辆质量小,低速行驶的情况。随着汽车自重的增加,车速的提高,对于机械制动器来说需要一种助力装置,这时出现了线年凯迪拉克公司在其生产的V16车上开始大量装配真空助力器。随后液压制动技术的出现,是继机械制动后的一制动系统的重大突破。通用和福特分别于1934年和1939年采用了液压制动技术。

  80年代,随着汽车电子技术的成熟与发展,被称为汽车史上的三大发明之一防抱制动系统ABS(Anti-lock Braking System)开始使用和推广。由于汽车制动时会导致车轮与路面之间产生滑移,而滑移率会影响到汽车制动的效果。ABS系统根据轮速传感器传送的信号实时调节对应车轮的制动力,使制动过程中车轮滑移率控制在合适的范围内,提高车轮侧向附着力,取得了最佳的制动效果。1954年FORD公司开始在林肯轿车装备ABS,到了80年代ABS走向成熟。20世纪80年代中期,BOSCH公司研发了驱动防滑系统ASR(Anti-Skidding Restraint),它可以在起步或弯道中速度发生急剧变化时,将滑转率控制在一定的范围内,改善车轮与地面的附着力,例如,车辆在冰雪路面或湿滑路面行驶时,当汽车加速时驱动轮容易打滑,ASR系统会自动减低发动机马力并制动受影响的车轮,ASR系统挺高了车辆的牵引力和行驶稳定性。1985年VOLOVO汽车公司将这项技术转化为产品,并将其安装在Volvo760 Turbo上。由于车轮的驱动打滑与制动抱死讲的是同一类问题,所以在ABS的基础上,增加了驱动防滑系统ASR来检测采集驱动轮的转速,将两者集成为一体,发展成为ABS/ASR系统。1980年12月Bosch公司第一次将ABS/ASR技术结合应用在Mercedes S级轿车上。随着智能控制技术的发展,国外已经由ABS控制系统发展到TCS(牵引力控制系统),全民彩票在此基础上发展到VDC(汽车动态控制系统)。VDC系统是把汽车总成的控制系统(制动系统、驱动系统、悬架系统、转向系统、发动机等)集成在一起,大大提高了汽车控制系统的集成度和行驶安全性。九十年代中期出现的ESP(Electronic StabilityProgram)系统,是提高汽车主动安全性的又一重大飞跃。ESP主要是在轮胎与地面处于附着极限工况下,对汽车的行驶状态进行实时监测,如果汽车行驶轨道和驾驶员所期望的轨道不一致时,ESP系统会对制动压力进行调节,或者通过改变发动机输出转矩,实时的对车辆的行驶状态进行调节,使汽车的实际行驶状态更接近驾驶员的驾驶意图,大大提高了汽车的行驶稳定性。

  由于传统制动系统主要由制动踏板、真空助力器、主缸、轮缸、制动鼓(或制动盘)及管路等构成。制动系统使用气体或液体作为力的传递介质以液压能的形式施加在各车轮上,对车辆进行直接制动。对于长轴距控制车辆,由于制动管路较长、响应速度慢、易产生滞后现象、安全性降低,并且踏板感觉差、装配维护难度大、成本也较高。

  随着汽车电子科技和汽车控制技术的发展,出现了高效节能的线控技术,线控技术(x-by-wire)首先应用于航空航天领域,经过发展成熟后将这种控制方式引入到汽车驾驶上,线控技术利用将传感器获知驾驶员踩制动,换挡,打转向盘等驾驶意图,转化为电信号输入电子控制单元,电子控制单元再发送指令给相应的执行机构完成相关操作。线控技术中(by-wire)可理解为电控方式,这里的“x”类似于方程式中的变量,代表着传统上汽车中由机械或液压控制的各个控制单元,例如线控转向(steer-by-wire)、线控制动(brake -by-wire)系统、线控悬架(suspension-by-wire)系统、线控油门(throttle-by-wire)系统[9],结合线控技术和汽车制动系统而形成的线控制动系统,将传统液压或气压制动执行元件改为了电驱动元件,提高了可控性和响应速度,同时易实现底盘集成控制。宝马汽车公司在2000年巴黎车展上参展的概念车BMW Z22应用了steer-by-wire技术,并将在2005年以后正式付诸批量生产。在欧洲Daimler-Chrysler,Ford和Volvo等汽车公司联合发起了“Brite-EuRamx-by-wire”计划,进行线控驱动系统的实现以及安全性和可靠性方面的研究。在第届日内瓦国际汽车展览会上,意大利Bertone汽车设计及开发公司展示了新型概念车“FILO”。“FILO”采用了“Drive-By-Wire”系统[11]。随后国外开始将高效、节能、环保的线控技术与车辆制动系统相结合,由此线控制动系统(brake-by-wire)应运而生,成为各大汽车研究机构的研究热点。

  在开发新产品的初期,将新产品装配到量产的实车上后进行检测和系统调试,如果实验过程中发现缺陷,要重新测试并对其进行改进,这样做不但成本较高并且安装拆卸困难,为此搭建实验台有着较大优势。本文中的实验台是一种集合系统性能评价和开发调试检测综合功能于一体的车辆电子系统开发和改进的重要工具,大大促进了车辆电子系统的研究和开发,并加快了系统控制逻辑和执行机构的设计开发。

  本课题中要搭建的EHB实验台,目的是要对目标轮缸压力进行跟随控制,对于不同形式的目标压力输入,应用PID控制算法进行控制,使实际轮缸压力响应快速稳定。如果对输入目标轮缸压力跟随情况良好,就可以更好的实现下一步各种制动功能如ABS(制动防抱死系统)功能,EBD(电子制动力分配)功能;ESP(电子稳定性控制)功能;TCS(牵引力控制系统)功能等,通过EHB实验平台的实验,可对制动系统的各项性能进行检验,有效地改进EHB系统的性能及可靠性,并为实车实验做好准备,在汽车制动系统开发上有着不可替代的作用和意义。

  EHB(Electronic Hydraulic Brake System)系统是线控制动两类系统中的一种。由于传统制动系统主要由制动踏板、真空助力器、主缸、轮缸、制动鼓(或制动盘)及管路等构成。制动系统对车辆进行直接制动。制动管路较长、响应速度慢、易产生滞后现象、安全性降低。

  EHB系统除去了巨大的真空助力器,以及一些液压管路等传统制动系统的部分机械元件并用一些电子元件替代,该系统用一个电子式制动踏板替代了传统的液压制动踏板,电子踏板单元识别出驾驶人员踩踏制动踏板的制动意图,通过数据采集系统将传感器采集的车辆状态信号传递给电子控制单元,同时电子控制单元根据不同的驾驶工况决策出车轮的最佳制动压力。这一系统缩短了制动反应时间,减小了系统响应时间,同时也避免了因液压机械制动系统反作用力引起震动而使驾驶员不自觉地减小制动力带来的危险[13]。线控制动两种系统中的EMB(Electronic Mechanical Brake System)系统是一种电子机械制动系统,它用线控制动系统代替了整个液压系统,并用踏板力模拟单元替代了传统液压制动系统中真空助力器和机械式传力机构。EMB系统根据数采系统采集的车辆状态信号,经过电子控制单元的分析和处理,向车轮制动模块的电机发出信号,进而产生所需的制动力,达到制动的目的。但是EMB没有备用系统,其可靠性需要得到很好的实践验证,此外执行器的散热,耐高温,抗干扰等方面的条件要求严格,因此距EMB技术成熟期还有很长的路要走。

  (1)传统的制动系统,驾驶员通过踏板,制动主缸,真空助力器等将踏板力传递产生制动压力,制动器制动时间较长。而对于EHB系统,电机泵和蓄能器充当系统的压力源,通过高速开关阀的调节控制制动液进入制动轮缸,制动过程平顺柔和,制动压力上升梯度大。轮缸制动压力通过轮缸压力传感器的实时监测,将信号传递给电子控制单元,可对轮缸压力精确调节,此过程中还可以消除制动噪声,缩短制动时间。

  (2)传统的制动系统,制动主缸通过活塞运动,将等量的制动液传递给各个制动轮缸,只能在一定程度上实现前后制动力的分配,不能很好地对各个制动轮单独控制,难以充分利用地面制动力,而EHB系统是通过闭环反馈的控制方式,对每个制动轮缸的压力进行单独控制,它将传感器所采集到的各种信息传递给电子控制单元,电子控制单元通过分析判断决策出各制动器所需最佳制动力,达到良好制动效果。

  (3)传统的制动系统,制动踏板与制动轮缸之间是通过一些机械装置直接相连接的,若长时间制动,系统的机械特性会发生变化,会影响制动性能。而EHB控制系统,可通过对电子控制单元加入相应的控制算法对制动踏板部件机械特性的变化进行补偿,弥补传统机械特性对系统影响的不足,使踏板行程和制动压力等级保持一致。EHB系统通过传感器采集的踏板的运动速度和踏板的行程,全民彩票将信号传递给ECU,ECU通过对驾驶员意图的识别,判断不同的制动行为,计算并提供最佳的压力变化特性。由于踏板力独立于制动轮缸,制造商可以根据车型的不同,驾驶者年龄段、性别以及驾驶习惯的不同进行统计,通过调整可靠的控制算法和对踏板模拟器进行主动控制,给驾驶者提供最合适的踏板感觉。

  (4)此外由于EHB系统在结构上取消了传统制动系统中的部分管路系统及液压阀,真空助力器等元件。使系统更加紧凑,节省了车内制动系统的布置空间;制造、装配简单快捷;由于模块化程度高,提高了车辆设计过程中的灵活性;同时改善了发动机性能,提高了汽车燃油经济性。

  从1993年开始到2000年是EHB技术发展初期。这个时期各大汽车公司都针对EHB系统进行了技术研发,主要装配在试验车型上。1993年FORD公司、通用公司开始采用EHB制动系统,在此期间最具有代表性的属Bosch公司推出的“Brake 2000”项目。1999年法兰克福车展上,Bosch公司展出了新的EHB系统。由于其结构上崭新的设计思路,使汽车制动过程中不仅缩短了制动距离而且保证了车辆稳定性,该系统刚一问世便得到了市场的认可,立刻成为各大汽车研发部门争相学习的对象。

  从2000年前后到2007年左右,EHB技术走向成熟,并过度到商用阶段,许多公司将其进行了产品化,Bosch(博世)和Daimler-Chrysler公司在量产奔驰第七代e级轿车SL500上的装配;1997年日本的丰田(TOYOTA)公司推出世界上第一款量产化的混合动力车Prius,并发布混合动力系统“THS”。2002年韩国最大的汽车配件生产企业Mando公司开发出了新一代HCU,并为各大公司提供此产品。同年在法兰克福车展上,美国通用汽车公司展示了Hy-Drive燃料电池概念车,该车应用由瑞典SKF公司开发的X-Drive电子线控操纵系统。还有就是Continental Teves(大陆)公司的MK系列产品。在此阶段比较有代表性有以下几个公司的技术