1、工程机械汽车起重机制动系统电控技术的研究摘要：汽车起重机制动系统是汽车起重机主动安全的重要组成部分，制动系统的电子控制也极大提高了汽车起重机的主动安全性。本文主要介 绍 汽车起重机防抱死系统的组成及工作原理。关键词：防抱死制动；汽车起重机制动；控制1 引言近年汽车起重机保有量急剧增加，造成的道路交通事故也成为世界性的社会问题。制动系统是汽车起重机安全行驶的保障，其中汽车起重机防抱死制动系统（简称 ABS）是汽车起重机上的一种主动安全装置，用于汽车起重机制动时防止车轮抱死拖滑，以提高汽车起重机制动过程中的方向稳定性、转向控制能力和缩短制动距离，充分发挥汽车起重机的制动效能。这些新的电子控制装备的
2、使用，大大提高了汽车起重机的主动安全性，减少交通事故发生的可能性，以保证行车的安全。1.1 汽车起重机防抱死制动系统的发展ABS 系统早在 1928 年制动防抱理论就被提出，机械式制动防抱系统开始在火车和飞机上获得应用。进入 50 年代，汽车起重机制动防抱系统开始受到较为广泛的关注。随着传感技术和单片机技术的快速发展，ABS 控制技术日趋成熟，成本不断下降，控制精度迅速提高。国外汽车起重机工业发达国家，ABS 已成为汽车起重机的标准装备。近年来，国产汽车起重机 ABS装车率不断提高，已在国产轿车上得到普及。1.2 汽车起重机防抱死制动系统的组成“ABS”（Anti-locked Braking
3、 System）中文译为“防抱死刹车系统” 。它是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车起重机安全控制系统。简单的讲可以在大部分紧急情况下，最大限度地保证汽车起重机制动时的方向可控性。ABS 是常规刹车装置基础上的改进型技术，可分机械式和电子式两种。它既有普通制动系统的制动功能，又能防止车轮锁死，使汽车起重机在制动状态下仍能转向，保证汽车起重机的制动方向稳定性，防止产生侧滑和跑偏,是目前汽车起重机上最先进、制动效果最佳的制动装置。ABS 防抱死制动系统是目前世界上普遍公认的能提高汽车起1重机制动安全性的有效措施之一，与常规制动系统相比，具有制动强度高、制动稳定性好，尤其在弯道制动时不丧失转操纵能力等
4、特点。国内近年生产的轿车都已装备了电子控制防抱死制动系统。电子控制防抱死系统一般由车轮转速传感器、电子控器、压力调节器等多种电子元件共同组成。ABS 的组成如下图图1:图 1 ABS 的组成示意图（1.前轮速度传感器 2.制动压力调节装置 3.ABS 电控单元 4.ABS 警告灯 5.后轮速度传感器 6.停车等开关 7.制动主缸 8.比例分配阀 9.制动轮缸 10.蓄电池 11.点火开关）车轮转速传感器般为电磁感应式，通常安置在被控车轮上。压力调节器既可以设置在制动总泵至制动分泵的制动管路中成分离结构，也可与制动总泵合为一体形成整体结构，对制动压力进行调节可以采用流通方式或变容方式。压力调节器
5、中的电磁阀有三位三通和二位二通两种结构。它是电子控制防抱死制动系统的控制中枢，它主要接收车轮转速传感器和制动灯开关等输入的信号，对制动过程中被控车轮的运动状态进行监测，根据需要对压力调节器进行控制，使压力节器对被控车轮的制动压力进行保持、减小和增大等调节，并根据车轮转速传感器反馈的信号修正控制指令。此外，电子控制器还具有对防抱死制动系统的工作状态进行监测的功能。报警灯安置在仪表板上，由电子控制器控制其亮灭，指示防抱死制动系统的工作状态。防抱死制动系统是利用阀体内的一个橡胶气囊，在踩下刹车时，给予刹车油压力，充斥到 ABS 的阀体中，此时气囊利用中间的空气隔层将压力返回，使车轮避过锁死点。当车轮
6、即将到达下一个锁死点时，刹车油的压力使得气囊重复作用，如此在一秒钟内可作用8 到 30 次，相当于不停地刹车、放松，即相似于机械的“点刹” 。因此，ABS 防抑死系统，能避免在紧急刹车时方向失控及车轮侧滑，使车轮在刹车时不被锁死，2不让轮胎在一个点上与地面摩擦，从而加大摩擦力，使刹车效率达到 90%以上，同时还能减少刹车消耗，延长刹车轮鼓、碟片和轮胎两倍的使用寿命。装有 ABS的车辆在干柏油路、雨天、雪天等路面防滑性能分别达到 80%90%、30%10%、15%20%。普通制动系统在湿滑路面上制动，或在紧急制动的时候，车轮容易因制动力超过轮胎与地面的摩擦力而完全抱死。近年来由于汽车起重机消费者
7、对安全的日益重视，大部分的车都已将 ABS 列为标准配备。如果没有 ABS，紧急制动通常会造成轮胎抱死，这时，滚动摩擦变成滑动摩擦，制动力大大下降。而且如果前轮抱死，车辆就失去了转向能力；如果后轮先抱死，车辆容易产生侧滑，使行车方向变得无法控制。所以，ABS 系统通过电子或机械的控制，以非常快的速度精密的控制制动液压力的收放，来达到防止车轮抱死，确保轮胎的最大制动力以及制动过程中的转向能力，使车辆在紧急制动时也具有躲避障碍的能力。随着世界汽车起重机工业的迅猛发展，安全性日益成为人们选购汽车起重机的重要依据。目前广泛采用的防抱制动系统（ABS）使人们对安全性要求得以充分的满足。汽车起重机制动防抱
8、系统，简称为 ABS，是提高汽车起重机被动安全性的一个重要装置。有人说制动防抱系统是汽车起重机安全措施中继安全带之后的又一重大进展。汽车起重机制动系统是汽车起重机上关系到乘客安全性最重要的二个系统之一。随着世界汽车起重机工业的迅猛发展，汽车起重机的安全性越来越为人们重视。汽车起重机制动防抱系统，是提高汽车起重机制动安全性的又一重大进步。ABS 防抱制动系统由汽车起重机微电脑控制，当车辆制动时，它能使车轮保持转动，从而帮助驾驶员控制车辆达到安全的停车。这种防抱制动系统是用速度传感器检测车轮速度，然后把车轮速度信号传送到微电脑里，微电脑根据输入车轮速度，通过重复地减少或增加在轮子上的制动压力来控制
9、车轮的打滑率，保持车轮转动。在制动过程中保持车轮转动，不但可保证控制行驶方向的能力，而且，在大部分路面情况下，与抱死锁死车轮相比，能提供更高的制动力量。1.3 ABS 优点ABS 防抱死制动系统，与常规液压制动相比，ABS 主要有四大优点如下：1.加强对车辆的控制。装备有 ABS 的汽车起重机，驾驶员在紧急制动过程中仍能保持着很大程度的操控性，可以及时调整方向，对前面的障碍或险情做出及时、必要的躲避。而未配备 ABS 的车辆紧急制动时容易产生侧滑、甩尾等意外情况，使驾驶员失去对车辆的控制，增加危险性。2.减少浮滑现象。没有配备 ABS 的车辆在潮湿、光滑的道路上紧急制动，车轮抱死后会出现车辆在
10、路面上保持惯性继续向前滑动的情况。而 ABS 由于减少了车轮抱死的机会，因此也减少了制动过程中出现浮滑的机会。3.有效缩短制动距离。在紧急制动状态下，ABS 能使车轮处于既滚动又拖动的状况，拖动的比例占 20左右，这时轮胎与地面的摩擦力最大，即所谓的最佳制动点或区域。普通的制动系统无法做到这一点。4.减轻了轮胎的磨损。使用 ABS消除了在紧急制动过程中抱死的车轮使轮胎遭受不3能修复的损伤，即在轮胎表面形成平斑的可能性。大家留心就会发现，在道路上留下长长刹车痕迹的是未装备 ABS的车辆，而装备了 ABS 的车辆，只会留下轻微的刹车痕迹，并且是一小段一小段的，明显减少了轮胎和地面的磨损程度。2 A
11、BS 的工作原理和工作方式2.1 ABS 的工作原理ABS 通常都由车轮转速传感器、制动压力调节装置、电子控制装置和 ABS警示灯等组成，在不同的 ABS 系统中，制动压力调节装置的结构形式和工作原理往往不同，电子控制装置的内部结构和控制逻辑也可能不尽相同。在常见的 ABS 系统中，每个车轮上各安装一个转速传感器，将有关各车轮转速的信号输入电子控制装置。电子控制装置根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测和判定，并形成相应的控制指令。制动压力调节装置主要由调压电磁阀、电动泵和储液器等组成一个独立的整体，通过制动管路与制动主缸和各制动轮缸相连。制动压力调节装置受电子控制装置的控
12、制，对各制动轮缸的制动压力进行调节。ABS 的工作过程可以分为常规制动，制动压力保持制动压力减小和制动压力增大等阶段。在常规制动阶段，ABS 并不介入制动压力控制，调压电磁阀总成中的各进液电磁阀均不通电而处于开启状态，各出液电磁阀均不通电而处于关闭状态，电动泵也不通电运转，制动主缸至各制动轮缸的制动管路均处于沟通状态，而各制动轮缸至储液器的制动管路均处于封闭状态，各制动轮缸的制动压力将随制动主缸的输出压力而变化，此时的制动过程与常规制动系统的制动过程完全相同。在制动过程中，电子控制装置根据车轮转速传感器输入的车轮转速信号判定有车轮趋于抱死时，ABS 就进入防抱制动压力调节过程。例如，电子控制装
13、置判定右前轮趋于抱死时，电子控制装置就使控制右前轮刮动压力的进液电磁阀通电，使右前进液电磁阀转入关闭状态，制动主缸输出的制动液不再进入右前制动轮缸，此时，右前出液电磁阀仍未通电而处于关闭状态，右前制动轮缸中的制动液也不会流出，右前制动轮缸的刮动压力就保持一定，而其它未趋于抱死车轮的制动压力仍会随制动主缸输出压力的增大而增大；如果在右前制动轮缸的制动压力保持一定时，电子控制装置判定右前轮仍然趋于抱死，电子控制装置又使右前出液电磁阀也通电而转入开启状态，右前制动轮缸中的部分制动波就会经过处于开启状态的出液电磁阀流回储液器，使右前制动轮缸的制动压力迅速减小右前轮的抱死趋势将开始消除，随着右前制动轮缸
14、制动压力的减小，右前轮会在汽车起重机惯性力的作用下逐渐加速；当电子控制装置根据车轮转速传感器输入的信号判定右前轮的抱死趋势已经完全消除时，电子控制装置就使右前进液电磁阀和出液电磁阀都断电，使进液电磁阀转入开启状态，使出液电磁阀转入关闭状态，同时也使电动泵通电运转，向制动轮缸泵输送制动液，由制动主缸输出的制动液经电磁阀进入右前制动轮缸，使右前制动轮缸的制动压力迅速增大，右前轮又开抬减速转动。4ABS 通过使趋于抱死车轮的制动压力循环往复而将趋于防抱车轮的滑动率控制，在峰值附着系数滑动率的附近范围内，直至汽车起重机速度减小至很低或者制动主缸的常出压力不再使车轮趋于抱死时为止。制动压力调节循环的频率
15、可达 3-20HZ。在该ABS中对应于每个制动轮缸各有对进液和出液电磁阀，可由电子控制装置分别进行控制。因此，各制动轮缸的制动压力能够被独立地调节，从而使四个车轮都不发生制动抱死现象。尽管各种 ABS 的结构形式和工作过程并不完全相同，但都是通过对趋于抱死车轮的制动压力进行自适应循环调节，来防止被控制车轮发生制动抱死。 ABS 的工作原理如图2:图2 ABS 工作原理示意图2.2 ABS 的控制方式1、双参数控制双参数控制的 ABS，由车速传感器(测速雷达)、轮速传感器、控制装置(电脑)和执行机构组成。其工作原理是车速传感器和轮速传感器，分别将车速和轮速信号输入电脑，由电脑计算出实际滑移率，并
16、与理想滑移率 15一 20作比较，再通过电磁阀增减制动器的制动力。这种曳速传感器常用多普勒测速雷达。当汽车起重机行驶时，多普勒雷达天线以一定频率不断向地面发射电磁波，同时又接收反射回来的电磁波，测量汽车起重机雷达发射与接收的差值，便可以准确计算出汽车起重机车速。而轮速传感器装在变速器外壳，由变速器输出轴驱动，它是一个脉冲电机，所产生的频率与轮速成正比。执行机构由电磁阀及继电器等组成。电磁阀调整制动力，以便保持理想的滑移率。这种 ABS可保证滑移率的理想控制，防抱制动性能好，但由于增加了一个测速雷达，因此结构较复杂，成本也较高。例如:汽车起重机杂志社沈树盛审报的专利（专利号 92221809.9
17、） 。2、单参数控制，它以控制车轮的角减速度为对象，控制车轮的制动力，实现防抱5死制动，其结构主要由轮速传感器、控制器(电脑)及电磁阀组成。为了准确无误地测量轮速，传感头与车轮齿圈间应留有 1mm间隙。为避免水、泥、灰尘对传感器的影响，安装前应将传感器加注黄油。电磁阀用于车轮制动器的压力调节。对于四通道制动系统，一个车轮圈有一个电磁阀；三通道制动系统，每个前轮拥有一个，两个后轮共用一个。电磁阀有三个液压孔，分别与制动主缸与车轮制动分缸相连，并能实现压力升高、压力保持、压力降低的调压功能。工作原理如下。1)升压在电磁阀不工作时，制动主缸接口和各制动分缸接口直通。由于主弹簧强度大，使进油阀开启，制
18、动器压力增加。2)压力保持当车轮的制动分缸中的压力增长到一定值时，进油阀切断关闭。支架就保持在中间状态，三个孔间相互密封，保持制动压力。3)降压当电磁阀工作时，支架克服两个弹簧的弹力，打开卸荷肉使制动分缸压力降低。压力一旦降低，电磁阀就转换到压力保持状态，或升压的准备状态。控制装置 ECU 的主要任务是把各车轮的传感器传回来的信号进行计算、分析、放大和判别，再由输出级将指令信号输出到电磁阀，去执行制动压力调节任务。电子控制装置，由四大部分组成，输入级 A、控制器B、输出级 C，稳压与保护装置 D。 电子控制器以 4-101tz的频率驱动电磁阀，这是驾驶员无法做到的。这种单参数控制方式的ABS，
19、由于结构简单、成本低，故目前使用较广。在美国克莱斯勒型高级轿车中大多配备了这种单参数控制方式的 ABS。它在轿车的四个轮上都装有轮速传感器。在车轮轴上安装有 45齿或 100齿的齿圈，轮速传感器的传感头装在齿圈的顶上。当车轮转动时，使传感器不断产生电压信号，并输入电脑，与 RoM 中理想速度比较，算出车轮的增速或减速，向电磁阀发出升压或卸压的指令，以控制制动分缸制动力。 3 ABS 的功用和应注意到的问题3.1 ABS 的功用制动性能是汽车起重机主要性能之一，它关系到行车安全性。评价一辆汽车起重机的制动性能最基本的指标是制动加速度、制动距离、制动时间及制动时方向的稳定性。 制动时方向的稳定性，
20、是指汽车起重机制动时 仍能按指定的方向的轨迹行驶。如果因为汽车起重机的紧急制动（尤其是高速行驶时）而使车轮完全抱死，那是非常危险的。若前轮抱死，将使汽车起重机失去转向能力；若后轮抱死，将会出现甩尾或调头（跑偏、侧滑）尤其在路面湿滑的情况下，对行车安全造成极大的危害。汽车起重机的制动力取决于制动器的摩擦力，但能使汽车起重机制动减速的制动力，还受地面附着系数的制约。当制动器产生的制动力增大到一定值时，汽车起重机轮胎将在地面上出现滑移。其滑移率 (Vt-Va)/Vt100式中：-滑移率； Vt-汽车起重机的理论速度；Va-汽车起重机的实际速度。据试验证实，当车轮滑移率 15一20时附着系数达到最大值
21、，因此，为了取得最佳的制动效果，一定要控制其滑移率在1520范围内。ABS 的功能即在车轮将要抱死时，降低制动力，而当车轮不会抱死时又增加制动力，如此反复动作，使制动效果最佳。63.2 ABS 使用中注意的问题机动车运行安全技术条件(国家标准)规定：“从 2004年 10 月 1日起，总质量大于12000kg 的长途客车和旅游客车、总质量大于16000kg 允许挂接总质量大于10000kg 的挂车的货车及总质量大于10000kg 的挂车必须安装符合 GBT13594 规定的ABS。 ” 国家颁布 ABS 标准并强制大型客车和重型货 车安装 ABS，势必会导致ABS 的市场需求量迅猛增加。中国的
22、道路状况复杂、气候多样、汽车起重机负载率普遍偏高，对 ABS 的技术要求尤其严格。三大误区应注意：其实，由于很多人对 ABS 缺少正确认识，使用时难免会产生一些错误观念，直到酿成祸事也不知道原因究竟何在。广州科密汽车起重机制动技术开发公司有限公司总工程师汪德舟表示，使用 ABS，需要充分发挥其安全保障作用，避免一些错误的使用误区。三大误区：误区一：装有 ABS的车，制动距离会较没有装 ABS 的车大大地缩短。产生这种错误说法的原因，是因为 ABS 往往是在较紧急的制动动作下发挥作用的，所以会给人以 ABS起作用后制动距离缩短的印象。其实制动距离的长短与路面的摩擦系数以及轮胎有更直接的关系，在某
23、些情况下，有 ABS 的制动距离较没有 ABS的短，但在其他不同条件下，情况会恰好相反。因为在正常情况下，滚动摩擦系数要小于滑动摩擦系数。误区二：有 ABS 的车不会出现甩尾侧滑现象。实际上，ABS 的作用只发生在制动车轮抱死的情况下，它与电子行驶稳定系统的作用有本质上的不同。误区三：有 ABS 的汽车起重机制动稳定性提高了，开车就可以更大胆。ABS 只是制动的辅助系统，可以在制动时帮助驾驶者控制车辆状态，防止车辆在制动中失去转向能力，但其中主要操控仍是驾驶者，所以超速驾驶仍会引发事故。 ABS 作为一种主动安全装置，在现代汽车起重机上运用已经很广泛了。由于其在制动过程中的控制方式及工作过程与
24、以往普通的制动系统有所区别，因此在使用保养方面也与传统的制动系统有所不同，否则会引发ABS 系统故障。总结多年的维修经验，笔者认为车主在使用装有 ABS 系统的汽车起重机时要做到“四要” 、 “四不要” 。四要：(1)要始终将脚踩住制动踏板不放松。这样才能保证足够和连续的制动力，使 ABS有效地发挥作用。(2)要保持足够的制动距离。当在良好路面上行驶时，至少要保证离前面的车辆有3s 的制动时间；在不好的路面上行驶，要留给制动更长一些的时间。 (3)要事先练习使用 ABS，这样才能使自己对 ABS 工作时的制动踏板振颤有准备和适应能力。(4)要事先阅读汽车起重机驾驶员手册。这样才能进一步理解各种
25、操作。四不要：（1)不要在驾驶装有 ABS的汽车起重机时比没有装 ABS 的汽车起重机更随意。有些车主认为汽车起重机装有 ABS 后，安全性加大，因此在驾驶中思想就会放松，为事故7埋下隐患。(2)不要反复踩制动踏板。在驾驶有 ABS 的车时，反复踩制动踏板会使 ABS 的工作时断时续，导致制动效能降低和制动距离增加。实际上，ABS 本身会以更高速率自动增减制动力，并提供有效的方向控制能力。(3)不要忘记控制转向盘。在制动时，ABS 系统为驾驶者提供了可靠的方向控制能力，但它本身并不能自动完成汽车起重机的转向操作。在出现意外状况时，还得需要人来完成转向控制。(4)不要在制动过程中，被 ABS 的
26、正常液压工作噪声和制动踏板振颤吓住。这种声音和振颤都是正常的，且可让驾驶者由此而感知 ABS 在工作。4 小结 这次写论文让我了解了更多 ABS系统的知识，尤其是电子控制部分这一块。ABS 系统就是要充分利用轮胎和地面的附着系数，使各个制动器产生尽可能大的制动力而又不会抱死，提高汽车起重机制动能力，改善了操纵性和稳定性。在写论文时，我也查阅了许多的 ABS 相关的知识，它其实跟 ASR（汽车起重机防滑电子控制系统）有着同样的作用和原理，很多都是相关连的。通过查阅书籍，使我的视野更加的开阔了，也给即将毕业的我增加了一部分新的知识。参考文献:1燕来荣、刘波.汽车起重机电器使用与维修快易通M.北京：
27、化学工业出版社,2008.1：174-1752白山肴、 张凯良、张西振.丰田轿车结构与维修M. 沈阳：辽宁科学技术出版社1999.2：315-3263付百学. 沃 尔沃轿车故障诊断与维修手册M.北京：机械工业出版社，2003.47-494凌永成,于京 诺. 汽车起重机电子控制技术M.北京：中国林业出版社,北京大学出版社，2006:94-955邹长庚. 现 代汽车起重机电子控制系统构造原理与故障诊断（下）车身与底盘部分. 北京：北京理工大学出版社，2006 6周建友.汽 车起重机防抱制动系统中的制动力分配控制逻辑 KMLI 机械开发7冯超.商用汽 车起重机主动和被动安全性的途径 KMLI 汽车起
28、重机技术8李君.车辆转 向制动防抱死系统仿真研究KMLI 系统仿真学8致谢：本论文是在我的导师邓秋香老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，邓老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，在此谨向邓老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学生活的各位同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!
