辅助制动系统方案设计.doc

专业课程设计

题目：
辅助制动系统方案设计

学 院:
汽车与交通工程学院
专 业:
交通运输
学 号:
200803147095
学生姓名:
胡繁华
指导教师:
麻友良
日 期:
2011. 6

摘要：辅助制动系统主要是依靠电子控制系统来判断，若是紧急制动，则通过辅助制动系统来增大制动主缸压力，提高制动效率，缩短制动距离。辅助制动系统的电子控制系统是通过制动踏板下的位移传感器和压力传感器等传感器来判断它的制动行为，测量制动参数，再传输到ECU，通过ECU判断是否是紧急制动，如果是，辅助制动辅助系统在几毫秒内启动全部制动力，使制动力达到最大，从而使制动距离缩短，提高车辆的主动安全性。
关键词：辅助制动，传感器，行驶安全，液压系统
1 引言
传统的机械摩擦式(盘式或鼓式)制动器长时间连续制动常会造成制动鼓和制动摩擦片过热, 从而造成制动效能下降, 甚至制动能力完全消失。这是汽车的安全要求不允许的。这也会使制动鼓和制动摩擦片的寿命大大缩短, 使汽车的使用成本和维修工作量加大，在紧急制动的情况下，由于突发的制动，部分驾驶员反应迟缓者腿部力能不能及时施加到最大（尤其是女性或年老驾驶者，在这方面所占比例较大），从而使制动距离增大，导致不必要的交通事故，2006年全国道路交通事故死亡人数占安全事故死亡人数的79．3％，而在各种车辆的机械故障中，制动因素占据了相当高的比例口J。据统计，由于制动失效和制动不良所导致的机动车事故，占所有事故的比例分别超过20％和40％，制动失效与不良两大原因造成的死亡人数超过总死亡人数的50％。
如果能研发出一套能在突发制动的情况下及时提供充足的制动力，从而使制动距离缩短，那就可提高车辆的主动安全性。紧急制动辅助系统就是在这种环境下提出。
2 普通汽车制动的问题与解决方案
2.1 汽车制动存在的问题
近年来，中国的汽车消费刺激，在去年，汽车产销都突破一千万辆，汽车保有量越来越多，在国内，一些大城市的交通拥挤及道路交通事故已经成为骑虎难下难题，制动系统的良好是汽车安全行驶的保障。而传统的汽车制动系统智能化程度不高，不够人性化，一些人为的操作因素易引起交通事故。
驾驶员在危急情景下对汽车紧急制动时，很多时候会出现因踩踏的力度不够或反应而导致制动距离过长，造成追尾、撞人及其他碰撞事故。造成的危害也不可避免。

传统汽车制动方式是在车轮上安装机械式摩擦制动嚣但频繁或长时间制动会造威制动鼓{盘)和摩擦衬片f制动衬片)过热导致制动效能衰退．甚至制动失效从而引起重大交通事故 这个问题对城市公交车和长年行驶在山区的载货汽车和长途大客车尤为突出 另外制动器过热，不仅使摩擦衬片磨损加剧使用寿命减短，而且也易造成轮胎早期爆裂，从而使运营威本增加。怎样解决这些问题已成为当务之急怎样解决这些问题已成为当务之急。
2.2 汽车制动问题的解决方案
通过老师的分析及自己的思考，我提出了辅助制动系统。该系统，它可以在判断驾驶员的紧急制动，将信息反馈到ECU，通过ECU控制液压制动辅助系统额外的增加主缸的压力使制动轮缸的制动压力迅速增到最大，该液压系统与ABS共同作用，使制动距离减小到最短。
2.3辅助制动系统的作用
辅助制动系统的作用是帮助驾驶者更加快速有效地制动，当汽车行驶前方突然出现情况时，驾驶者将会采取紧急制动措施，踏下制动踏板。但是由于驾驶技术收敛程度不同，对于缺乏经验的驾驶者可能因为对制动踏板施加的踏力不足而失去有效的制动时间，进而导致事故的发生，而制动辅助系统可以通过车速和制动踏板力大小感知到汽车处于紧急制动的状态时，辅助制动系统经过计算分析判断处制动力不足的情况下，迅速提高制动力，直至达到ABS工作，即是最大制动力，这样使制动距离缩短，制动效果提高到最佳状态。同时，它还有其它的一些功能：
1）能够减少车轮制动器热衰退制动跑偏．轮胎过热爆胎现象的发生因此提高了汽车的行驶安全性。
2）辅助制动是连续制动的，只在制动初期对车辆产生一定的冲击，在制动过程中不会产生冲击，提高乘坐舒适性。
3)辅助制动有效分流了车辆制动负荷，降低制动盘(或制动鼓)的温度，提高行车制动系的制动效能，延长其寿命和更换周期提高车辆下坡时的平均行驶速度和经济性。
4）能提高汽车 长坡的平均行驶速度和增强驾驶员下长渡时安全感。
5）可延长制动衬片使用寿命减少制动器的维惨保养工作量。
辅助制动系统可以通过监测实施制动的速度来识别此类紧急制动情况，并触发制动助力器或者EBS液压单元，从而使得中等程度的制动,辅助制动系统能在紧急制动状态下的提供重要帮助——例如当驾驶员快速制动时，由于没有施加足够的制动力，可能导致非常危险的长制动距离动踏板力也可以使车辆获得最大的制动减速度。

图1 配备BA和没有配备的比较
3 机械式辅助制动系统
3.1机械式辅助制动系统的组成
辅助制动系统硬件主要由三部分组成：压力源，压力调节单元和连接机构。

图2 电子式制动辅助系统的组成

3.2机械式辅助制动系统工作原理
现在的机械式辅助制动系统充分运用了微电脑技术，其工作原理是这样的：驾驶者踩下刹车踏板时会打开一个机械式阀门，让外部空气经此阀门流入通常会低于“底部压力”的工作室，在工作室中形成一个较高的压力区，而由于真空室中的压力比“底部压力”低，活动的盘式膜片会随着两室之间的压差产生位置变化，并反映到刹车总泵的活塞杆上。位移探头负责监视刹车踏板的动作速度，一旦察觉驾驶者做了急刹车动作，就会马上通知刹车辅助装置控制仪，由电脑进行换算，并命令控制电磁阀以某一特定频率进行动作。随即空气以飞快的速度通过这个电磁阀进入工作室，形成冲击状高压。结果是：即使驾驶者没有大力踩下刹车踏板，只是简单做了个急刹车动作，辅助制动装置也会善解人意地帮助他（她）加大刹车力度。在这套系统中还有个出气开关，其作用是在驾驶者的脚从刹车踏板上移开后，阀门立即关闭。
3.3机械式制动辅助系统的工作特性
压力源部分为后面的压力调节单元提供一稳定且具有一定保压功能的高压源；压力调节部分的功能是接收控制指令：一方面在辅助制动装置输出口实现需要的制动压力，另一方面利用输出口压力控制连接部分完成人制动和辅助制动装置制动之间的转换。连接部分主要对辅助制动装置和原车制动系统进行连接，以执行人制动和辅助装置制动的切换工作。
压力源主要器由油泵，蓄能器，单向阀和溢流阀组成;其工作过程如下：直流电机驱动油泵将制动液从油箱泵到蓄能器中，油泵和蓄能器之间的单向阀防止高压液体从蓄能器流回油箱。溢流阀将蓄能器内制动液压力控制在一定范围内，这样就形成一个能提供稳定压力并具有一定蓄能作用的压力源。
压力调节部分主要由两个高速开关阀组成，一个控制压力源至压力输出口的管路，一个控制压力源输出口至油箱的管路。当输出口的实际压力低于期望压力时，则增加常闭高速开关阀,进油阀的开启时间而减小常开高速开关阀。回油阀的开启时间以增加输出口的压力。相反，当输出口的实际压力高于期望压力时，则增加回油阀的开启时间而减小进油阀的开启时间，以降低输出口的压力。通过控制这两个高速开关阀的开关时间的长短就可以实现辅助制动装置输出口压力的调节。
连接部分通过两个梭阀实现，当人不制动，辅助制动装置开始工作，由控制器输出指令到调节分的两个高速开关阀,控制输出口的压力增加， 推向主泵连接口一边，将主泵与分泵的连接切断,此时辅助制动装置输出口与分泵相连接，辅助制动装置可以对制动力进行调节.而当人开始制动时，由控制器输出指令到调节部分的两个高速开关阀，控制输出口的压力减小,主泵的压力相对增加。将滚珠推回辅助装置连接口一边，将辅助装置与分泵的连接切断，主泵与分泵连接，此时人可以对制动力进行完全的控制，辅助制动装置停止工作。
4 电子式制动辅助系统
4.1电子式制动辅助系统的组成
液压单元中的制动力传感器，转速传感器和制动信号灯的开关向制动辅助系统提供信号，使其能识别紧急情况。车轮制动分缸的压力升高时通过对液压单元中的特点阀门和ABS回液泵的控制来实现的。带有制动辅助系统的制动力要比没有制动辅助系统的上升的快，其压力如图三，带有制动辅助系统的车辆，比没有制动辅助系统的车辆较早进入ABS调节区域，因此制动行程较短。

图3 电子式制动辅助系统的组成

4.2 电子式制动辅助系统工作原理
在驾驶员行车过程中，当其脚从油门上松开到踩下制动踏板时，原因有两个：一.该车正常的减速刹车；二.该车处于紧急情况下，需要紧急制动。第一种情况驾驶员较容易判断，能够准确把握制动力的大小，而第二种清况，由于驾驶员自身素质的关系，可能部分驾驶员不能果断的处理，在这里主要是解决第二种情况。在紧急制动时，驾驶员不能及时制动，此时通过紧急制动辅助系统能够减少车的制动距离。制动辅助系统中的电子控制系统主要功能是判断是否属于紧急制动，并向液压制动辅助系统发出信号。
4.3电子式制动辅助系统的工作特性
当驾驶员松开油门，踩下制动踏板时，通过踏板下电位计式位移传感器来测量出在此段时间踏板的移动速率以及踏板达到的位置，把此信息传到ECU，在踏板移动的过程中，踏板附近电阻应变式压力传感器测量出踏板上压力的变化，同样传到ECU。与此同时，制动系统的主缸中的压力传感器测量主缸压力，将此信息传到ECU。通过以上信息的测量，与ECU存储的制动程序作比较，判断此时是不是紧急制动， 如图4：ECU工作原理。

踏板处位移传感器

制动灯信号
紧急制动辅助系统工作

踏板处压力传感器

是不是紧急制动

主缸中压力传感器
ECU

转速传感器
紧急制动辅助系统不工作

图4：ECU工作原理
当激发条件被满足时，制动辅助系统提高制动力，通过这种主动式建立压力将很快达到ABS调节区域，液压单元中的开关阀打开，并且高压开关关闭，这样在回液泵时所建立的压力便直接被传送到车轮分缸。

图5 提高制动力直到ABS控制区域
⑴第一阶段
制动辅助系统开始工作阶段：当制动辅助系统触发条件满足后，制动辅助系统开始工作，采取主动建压方式提高制动力达到ABS开始工作点。
制动压力调节器中开关阀打开，高压开关关闭，这时回液阀所建立的压力被直接送到车轮制动轮缸中。

图6 第一阶段制动力的变化
制动辅助系统将制动力提高到ABS开始工作点后，制动力将在ABS系统的控制下不再继续升高，而维持在ABS的控制区段内，即绿色曲线波动段。此刻代表制动主缸压力的红色曲线处在较低水平，换言之，虽然制动踏板制动力较小，但在制动辅助系统的控制下，轮缸制动力任然达到了ABS控制的最大值。
ABS系统开始工作后，开关阀重新关闭，高压开关被打开，回液泵的输送量将制动轮缸的制动力控制在ABS阀值以下。
⑵第二阶段
制动辅助系统结束工作阶段：当驾驶者放松制动踏板后，制动辅助系统触发条件不再满足，制动辅助系统判断紧急制动的状态已经解除，并且立即转换到第二阶段，即解除辅助制动系统状态，如图，这时车轮制动分缸中的制动力，将根据驾驶员的踏板压力来调节。从第一阶段到第二阶段的过渡不是跳跃式的，而是一种令人舒适的过渡，这时制动辅助系统减少他在总制动力中所占的压力份额，以降低踏板力。当它的压力份额最终达到零时，便恢复了正常的制动动能。另外，当车辆行驶速度低于所设定的值时，制动辅助系统也将终止它的制动作用。如图7。

图7第二阶段制动力的变化
在上述情况下，将通过液压单元中相应阀门的控制来降低制动力。制动液将回流到蓄压器中，并由回液泵送回到制动液液罐中。
5 结论
本论文主要是解决部分驾驶员在紧急制动时由于自身反应过缓或踩踏力不够，不能及时制动，汽车使用辅助制动装置来减速时，使制动力达到最大减少了
制动蹄片与轮毂之间的摩擦。可以大大减少了轮胎滑动摩擦及轮胎瞬间减速度过大等不利情况的出现同时可以有效减少主制动器的温升。避免其制动效能降低甚至制动失效等问题的发生。并与ABS一起工作，增大制动主缸制动压力，使制动力在瞬间达到最大，减小制动距离。减少了交通事故的发生，从而提高了车辆的操作稳定性和安全性。
参考文献
【1】 麻友良主编. 测试技术. 武汉：化学工业出版社，2008.
【2】 麻友良主编. 汽车电器与电子控制系统. 武汉：机械工业出版社，2006.
【3】 周勇著，奔驰轿车的辅助制动系统的组成与检修，汽车维修技师，2006.
【4】 高锋，王建强著，，基于高速开关阀的电控汽车辅助系统，清华大学学报，2004.
【5】 康梅.著，东风标致307紧急制动辅助系统. 汽车维修技师，2005.