商用车制动安全系统

作者：罗文发 陈小磊

欢迎访问e展厅 展厅 3 传动/转向/制动系统展厅 变速箱, 离合器, 制动系统... 在商用车技术领域制动安全系统的发展相对较快，从载货车到挂车、半挂车以及客车等不同车型的制动安全系统新技术应用也相当的广泛。 从历史上看，最近几十年制动标准也发生了非常大的变化，如从20世纪60年代双回路气制动系统和20世纪70年代感载比例阀的引入。到了20世纪80年代和90年代，我们看到这种变化又体现在车辆电子控制系统中。与此同时威伯科公司一直致力于制动安全系统的技术发展，首先体现在1981年ABS的引入，到目前它已经成为欧洲商用车的标准配置。 1987年，拓展了ABS的现有功能开发出了驱动防滑系统（ASR），通过对制动过程的调节来改善牵引力。 由于全球运输业竞争的加剧和对于制动系统要求的提高，1996年又推出了一套新概念电子制动控制系统（EBS），不仅安全性得以大大提高，而且车辆的经济性和运输效率也大大提高。 目前，基于ABS的电子稳定控制（ESC）的新技术应用大大提高了商用车横向和纵向的操纵稳定性，给车辆和道路安全性带来好处。 现在威伯科公司开发出了基于印S的自适应巡航控制系统（ACC），可以大大降低碰撞交通事故的发生。 自适应巡航控制系统（ACC）开拓了新型助驾系统的第一步，接下来将开发碰撞警告系统和自动转向及制动干涉系统，以避免突然的追尾（见图1）。 防抱制动系统（ABS） ABS——是Antilock Braking System的缩写，防抱制动系统（ABS）的任务是防止由于制动力过大造成的车轮抱死（尤其在光滑的路面上），从而使得即使全制动也能维持横向牵引力，保证了驾驶的稳定性和车辆的转向控制性以及主、挂车制动协调性的最佳效果。同时保证了可利用的轮胎和路面之，间的制动摩擦力以及车辆减速度和停车距离的最优化。ABS失效时，常规制动系统仍然起作用。 在1981年的年末，威伯科公司和奔驰公司联合研制的ABS系统推向了市场。这种带有单独车轮调节的4通道系统的设计和控制原理获得了欧洲商用车市场的认可并形成了世界范围的ABS标准的基础这个标准提供了4通道和6通道ABS系统的配置。 根据纵向及横向附着系数与滑移率关系的曲线当滑移率在10％-30％之，间时不同路况下最佳滑移率是不同的。纵向及横向附着系数都可以获得较高的值，进而保证较好的转向能力和制动能力因此滑移率是ABS系统控制的重要参数（见图2）。 ABS控制的制动循环如图3所示电控单元接收传感器的轮速信号并进行计算从而按照一定的控制逻辑来控制ABS电磁阀，使制动气室的气压升压，降压和保压（图3下面的曲线）进而达到最优的制动能力。 纵向附着系数μe的大小与制动距离长短有直接关系。横向附着系数μs大小直接决定汽车防侧滑的能力大小。 ABS控制原理：在车轮接近抱死的情况下，相应车轮的制动压力将被释放并在要求或测得车轮重新加速期间保持恒定，在重新加速之后逐步增加制动压力。当对于实际的摩擦力来讲制动力又过大时，这一循环重新开始。后桥车轮被单独控制（IR），前桥车轮对于左右两边不同的路面可以应用修正的单独控制规则。图4为ABS系统主要零部件安装位置。 驱动防滑系统（ASR） ASR（Anti-Slip Regulation）驱动防滑系统也叫自动牵引力控制，从下面纵向附着系数（μB）及横向附着系数（μs）与滑转率关系的曲线中可以看出，滑移率（λ）控制在10％-30％可以获得较高的横向和纵向附着系数，提高车辆的稳定性（见图5）。 λ＝（Vw-Vv）／Vw x 100％ λ——滑移率 Vw——车轮的速度 VV——车辆的速度 ASR的控制方式主要有两种： 桥控：实施差速控制。对发生打滑的驱动轮直接施加制动的制动控制。如果驱动轮在不同附着系数的路面上，在车速小于35km/h时，通过对打滑的驱动轮实施制动，降低滑移率，提高驱动力。 发动机控制：在车速大于35km/h或两侧驱动轮均在光滑路面上时，通过调节发动机加在驱动轮上扭矩的发动机控制。控制驱动轮转速，从而降低滑移率提高驱动力，保证转向操纵性。汽油机通过控制燃料喷油量、点火时间、节气门开度来减低其输出扭矩。柴油机常通过控制燃油喷射量来减低其输出扭矩。 ASR的原理是使打滑的驱动轮的滑移率与非驱动的前轮比较，使其保持在理想牵引力和稳定性的范围，即获得良好的牵引力，又保持车辆的稳定性。根据路面状况在车轮打滑时，ASR将启动发动机控制和／或制动控制。对于附着系数相同的路面，主要通过发动机控制来实现防驱动轮打滑，也对打滑的两驱动轮实施制动。如果两侧车轮与地面的摩擦状况不一样，差速制动控制将给压力到打滑驱动轮的制动气室，这样将发动机扭矩传给非打滑的车轮，这种情况下发动机控制将不起作用，直到两个车轮都打滑或一个车轮的打滑超过了一个临界值才启动发动机控制。 在差速制动期间，通过差速制动阀（ASR阀）提供控制压力。打滑车轮的压力将由相应的ABS电磁阀控制，为了防止在非打滑驱动车轮的制动气室建立压力，该车轮的ABS电磁阀将切断制动压力。 为防止车辆制动蹄过热，差速制动临界值在车辆速度大于35km/h时线性增加，控制制动滑移率较多地通过减少发动机转速。当车轮速度超过50km/h时差速制动将不起作用，要依靠发动机控制。 ASR的主要优点： ·维持了车辆的驱动力和转向力 ·当车辆在湿滑的路面起步、加速和转弯时保证了驾驶的稳定性 ·可以通过警告灯提醒驾驶员路面的湿滑（ASR起作用时灯亮） ·将轮胎因打滑的磨损减少到最小程度 ·进一步减少了事故的可能性 电子制动控制系统（EBS） EBS（Electronic Brake System）电子制动控制系统将是未来的主要市场占有者，主要由转向角度传感器，桥控调节器，ESC模块，ABS电磁阀，挂车控制阀，制动信号传感器，比例继动阀等零部件组成，如图6所示。 EBS系统实现了制动系统的电子控制，如图7所示，当驾驶员踩制动踏板时，制动信号传感器将获得的踏板行程信号传输给电控单元，同时从速度传感器和磨损传感器获得轮速信号和摩擦片磨损状态信号，然后电控单元根据相应的控制策略进行计算并传输控制信号来控制比例继动阀，ABS电磁阀，备压阀和桥控调节器，从而控制前后桥执行制动。 商用车EBS集中体现了经济性、高效性、安全性和创新性。 经济性、高效性：对于车辆生产厂由于它采用标准化设计的部件，非常容易安装。对于车辆使用者，由于它优化了主挂车制动协调性，使得前后桥制动摩擦衬片的磨损非常均衡，而且减少到最小。 安全性：改善了ABS/ASR的功能，改善了制动响应时间和车辆的制动反应，缩短了制动距离、而且同时大大增加了舒适性。 创新性：系统可以进行自诊断和使用多种诊断工具，同时可以与车辆其它系统进行数据通信，如发动机、变速器和电子控制缓速器等。EBS通过电子信号传递，气作动元件建立前后桥和挂车的制动压力，另外，在电子回路失效的情况下。它还可以提供备压输出。 目前，威伯科公司在欧洲已经开始广泛的应用EBS系统，1996年威伯科公司在奔驰“ACTROS”系列车型上开始了第一次应用，到2005年已经销售七十多万套EBS系统。 电子稳定控制（ESC） 基于ABS的电子稳定控制系统（Electronic stability control简称ESC），当车辆处于低附着系数路面时，不仅要面对横向加速度过大的危险，还要面对转向不足或者转向过度的情况。对于带挂车的列车而言，更有侧翻的危险。当车辆在低附着系数路面上转向时，ESC系统不仅监测车辆的横向加速度，在出现翻车危险时通过对驱动轮和挂车进行制动，并且通过CAN总线控制发动机和缓速器输出扭矩，以降低车速，从而避免翻车。同时增加了带横摆角传感器的ESC控制模块。 通过ESC控制模块不断监测并计算车辆的横摆角，并与安装在转向管柱内的转向角度传感器测得的转向盘的转向角度相比较，当两者差异超出限制的数值时，通过ABS电控单元激活安装在前桥的ABS电磁阀对转向轮进行制动，以纠正车辆转向不足或者转向过度的情况，从而让车辆在低附着系数路面上提高操纵稳定性。另外在制动的工况下，制动回路中增加的压力传感器使系统能精确的获得制动压力输出的大小，从而实现更精确的制动控制（见图8）。图9为ESC控制模块和横摆角传感器。 自适应巡航控制系统（ACC） 威伯科公司自适应巡航控制系统（ACC：AdaptiveCruiseControl）是专为商用车设计开发的一项新技术，既有导航控制系统的功能，同时又可以控制与正前方车辆的距离。威伯科公司ACC对于驾驶员和车辆均具有显著效果，尤其在舒适性和安全性方面有很大提升。目前威伯科公司在原有的系统基础上开发了新一代的ACC系统，进行了可装配性等优化设计，通过把电控单元和雷达传感器高度集成一个模块，既减少了零件数量，又便于安装。 当汽车以较高的速度接近前方车辆时，如果两车之，间的距离太近，很容易造成追尾事故自适应巡航控制系统的关键在于对相对距离和相对速度的测量，相对距离和安全距离的大小关系为主要判断依据来保证车辆的安全性。 威伯科公司商用车ACC系统是一种智能化的自动控制系统，主要由雷达传感器，电控单元等组成。 威伯科公司ACC模块把电控单元和雷达传感器集成在一起，如图10所示，充分体现了可装配性设计的思想，减少了零件的安装空间，降低了成本，给客户带来更多的利益。 威伯科公司ACC系统的主要功能有： 智能导航控制功能：在未监测到同一车道内有其它车辆的情况下，ACC系统能自动保持恒定的设置速度。 自动的距离控制：如果正前方并且在同一车道中的车辆以低于理想的设置速度行驶时，威伯科公司ACC系统会调整汽车车速，保持安全距离。 报警功能：当与前方车辆的距离突然减少时，ACC系统向驾驶员发出警告，同时自动实施制动，在必要的情况下，提醒汽车驾驶员进行制动。 可自动识别车道：ACC系统雷达感应器不仅可以探测车辆的前方区域还可以探测到部分邻近车道，ACC对道路曲率进行识别，在转向角传感器的信息支持下，可以区分相关目标（Relevant Object）和非相关目标（Irrelevant Object），即同一车道和其它车道间的车辆。 商用车ACC系统主要有以下技术优势： 保持车速稳定：汽车无论是在平路上行驶还是上坡，下坡，或是在风速变化，大雾等情况下行驶，在发动机功率允许的范围之内，行驶速度均能保持不变。 提高汽车行驶时的舒适性：尤其是汽车在郊外或高速公路上行驶时，舒适性体现得更为突出，自动保持与前方车辆的安全距离，驾驶员不需要频繁的用脚踩油门，使驾驶员得以放松减少压力和疲劳。 提高经济性和环保性：在同样的行驶条件下，可节省燃油。这是因为在巡航控制系统中使用速度稳定器后，可使发动机燃料的供给与功率之间处于最佳配合，不但降低燃油消耗率，而且大大减少了排气中有害成分的排放。 提供很高的安全性：如遇前方车辆突然制动，或者一慢速行驶车辆突然横穿前方车道，ACC系统通过声音信号或视觉信号向驾驶员发出警告，并自动启动制动。在关键情况下，系统的反应速度要比驾驶员快得多，从而缩短制动距离。 方便安装：采用了雷达传感器和电控单元集成为整体的紧凑型设计。 具有很强的兼容性：ACC可集成到不同外形的车辆上，可与全球使用的标准制动系统兼容，并且通过CAN总线（SAEJ1939或其它协议）实现与车辆系统通信、激活ACC控制。当与ABS和EBS制动系统联合使用时，可提供更优越的性能。 电子自动防撞系统和全自动驾驶 威伯科公司的产品开发以安全为核心，帮助和保护正常和非正常驾驶的驾驶员是电子控制系统开发的一贯思路从防抱制动系统（ABS）开始，到驱动防滑系统（ASR），再到电子制动控制系统（EBS）以及在其基础上增加的电子稳定控制（ESC），到现在自适应巡航控制系统（ACC），无一不贯彻这一思路。 目前，为了充分利用汽车为人类带来的方便，同时尽可能地避免交通事故的发生，世界许多国家都在开发智能车辆和智能公路交通系统，以增加汽车运输的安全性能。因此汽车自动防撞系统以及全自动驾驶是产品开发的下一步重点工作。 车辆制动安全系统作为车辆安全系统的一部分，可以从车辆安全系统向安全车辆方向发展的路线图（如图11所示）中展示其发展方向车辆安全系统可以划分为两个方向： 减轻车辆碰撞和避免车辆碰撞的安全系统即被动安全性和主动安全性——安全性方向 以半自动驾驶为目标的方便性系统即驾驶员辅助和车辆导航——方便性方向 在被动安全性方面，发展方向主要是对潜在事故的预先识别和对行人的保护功能，如碰撞警告系统，预碰撞感应系统，行人和目标探测系统等。 在主动安全性方面，发展方向主要是基于计算机辅助的驾驶行为使车辆避免碰撞，如自动停车系统可以在车辆接近障碍物的时候自动制动，避免碰撞，还有行人目标保护系统，预测安全系统等。 驾驶员辅助是车辆导航的基础和先决条件，为其提供必要的数据，并没有交互式地控制车辆，如偏离车道警告系统，当车辆偏离车道时可以探测前方的障碍物，警告走神的驾驶员注意安全；夜视系统可以降低夜间交通事故的发生率，为驾驶员提供驾驶必要的准确信息；盲点探测系统可以探测驾驶员盲点区域的障碍物；停车辅助系统可以探测停车的空间，然后以最优的停车方式建议驾驶员在适当的时候转向等。 ACC系统未来不仅适用于高速公路而且也将适用于市内交通，即可以在所有的速度范围内工作，如基于ACC系统的低速跟随系统可以控制车辆跟随前方的低速行驶车辆；ACC系统走停控制可以在城市中低速、高车流密度情况下使用，是ACC系统针对车速低、车距近的行驶情况所做的功能扩展，同时增加车辆的自动起步功能，这样既使在堵车情况下也无须驾驶员参与，只需操纵车辆的转向即可，驾驶员可以完全从烦琐的驾驶操作中解放出来；保持车道支持系统可以帮助驾驶员使车辆不偏离车道。在理论上，其通过融合各种传感器所获得的数据，可以实现车辆自动驾驶。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (4/30/2007)