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　　現代汽車制動系統的發展趨勢　　從汽車誕生時起，車輛制動系統在車輛的安全方面就扮演著至關重要的角色。近年來，隨著車輛技術的進步和汽車行駛速度的提高，這種重要性表現得越來越明顯。眾多的汽車工程師在改進汽車制動性能的研究中傾注了大量的心血。目前關于汽車制動的研究主要集中在制動控制方面，包括制動控制的理論和方法，以及采用新的技術。　　一.制動控制系統的歷史　　最原始的制動控制只是駕駛員操縱一組簡單的機械裝置向制動器施加作用力，這時的車輛的質量比較小，速度比較低，機械制動雖已滿足車輛制動的需要，但隨著汽車自質量的增加，助力裝置對機械制動器來說已顯得十分必要。這時，開始出現真空助力裝置。1932年生產的質量為2860kg的凱迪拉克V16車四輪采用直徑419.1mm的鼓式制動器，并有制動踏板控制的真空助力裝置。林肯公司也于1932年推出V12轎車，該車采用通過四根軟索控制真空加力器的鼓式制動器�！　‰S著科學技術的發展及汽車工業的發展，尤其是軍用車輛及軍用技術的發展，車輛制動有了新的突破，液壓制動是繼機械制動后的又一重大革新。Duesenberg Eight車率先使用了轎車液壓制動器�？巳R斯勒的四輪液壓制動器于1924年問世。通用和福特分別于1934年和1939年采用了液壓制動技術。到20世紀50年代，液壓助力制動器才成為現實�！　�20世紀80年代后期，隨著電子技術的發展，世界汽車技術領域最顯著的成就就是防抱制動系統(ABS)的實用和推廣。ABS集微電子技術、精密加工技術、液壓控制技術為一體，是機電一體化的高技術產品。它的安裝大大提高了汽車的主動安全性和操縱性。防抱裝置一般包括三部分：傳感器、控制器(電子計算機)與壓力調節器。傳感器接受運動參數，如車輪角速度、角加速度、車速等傳送給控制裝置，控制裝置進行計算并與規定的數值進行比較后，給壓力調節器發出指令。　　1936年，博世公司申請一項電液控制的ABS裝置專利促進了防抱制動系統在汽車上的應用。1969年的福特使用了真空助力的ABS制動器；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、帶有獨立液壓助力器的全數字電子系統控制的ABS制動裝置。1985年美國開發出帶有數字顯示微處理器、復合主缸、液壓制動助力器、電磁閥及執行器“一體化”的ABS防抱裝置。隨著大規模集成電路和超大規模集成電路技術的出現，以及電子信息處理技術的高速發展，ABS以成為性能可靠、成本日趨下降的具有廣泛應用前景的成熟產品。1992年ABS的世界年產量已超過1000萬輛份，世界汽車ABS的裝用率已超過20%。一些國家和地區(如歐洲、日本、美國等)已制定法規，使ABS成為汽車的標準設備�！　《�.制動控制系統的現狀　　當考慮基本的制動功能量，液壓操縱仍然是最可靠、最經濟的方法。即使增加了防抱制動(ABS)功能后，傳統的“油液制動系統”仍然占有優勢地位。但是就復雜性和經濟性而言，增加的牽引力控制、車輛穩定性控制和一些正在考慮用于“智能汽車”的新技術使基本的制動器顯得微不足道。　　傳統的制動控制系統只做一樣事情，即均勻分配油液壓力。當制動踏板踏下時，主缸就將等量的油液送到通往每個制動器的管路，并通過一個比例閥使前后平衡。而ABS或其他一種制動干預系統則按照每個制動器的需要時對油液壓力進行調節。　　目前，車輛防抱制動控制系統(ABS)已發展成為成熟的產品，并在各種車輛上得到了廣泛的應用，但是這些產品基本都是基于車輪加、減速門限及參考滑移率方法設計的。方法雖然簡單實用，但是其調試比較困難，不同的車輛需要不同的匹配技術，在許多不同的道路上加以驗證；從理論上來說，整個控制過程車輪滑移率不是保持在最佳滑移率上，并未達到最佳的制動效果。　　另外，由于編制邏輯門限ABS有許多局限性，所以近年來在ABS的基礎上發展了車輛動力學控制系統(VDC)。結合動力學控制的最佳ABS是以滑移率為控制目標的ABS，它是以連續量控制形式，使制動過程中保持最佳的、穩定的滑移率，理論上是一種理想的ABS控制系統滑移率控制的難點在于確定各種路況下的最佳滑移率，另一個難點是車輛速度的測量問題，它應是低成本可靠的技術，并最終能發展成為使用的產品。對以滑移率為目標的ABS而言，控制精度并不是十分突出的問題，并且達到高精度的控制也比較困難；因為路面及車輛運動狀態的變化很大，多種干擾影響較大，所以重要的問題在于控制的穩定性，即系統魯棒性，應保持在各種條件下不失控。防抱系統要求高可靠性，否則會導致人身傷亡及車輛損壞�！　∫虼耍�發展魯棒性的ABS控制系統成為關鍵�，F在，多種魯棒控制系統應用到ABS的控制邏輯中來。除傳統的邏輯門限方法是以比較為目的外，增益調度PID控制、變結構控制和模糊控制是常用的魯棒控制系統，是目前所采用的以滑移率為目標的連續控制系統。模糊控制法是基于經驗規則的控制，與系統的模型無關，具有很好的魯棒性和控制規則的靈活性，但調整控制參數比較困難，無理論而言，基本上是靠試湊的方法。然而對大多數基于目標值的控制而言，控制規律有一定的規律�！　×硗�，也有采用其它的控制方法，如基于狀態空門及線性反饋理論的方法，模糊神經網絡控制系統等。各種控制方法并不是單獨應用在汽車上，通常是幾種控制方法組合起來實施。如可以將模糊控制和PID結合起來，兼顧模糊控制的魯棒性和PID控制的高精度，能達到很好的控制效果�！　≤囕喌尿寗哟蚧�與制動抱死是很類似的問題。在汽車起動或加速時，因驅動力過大而使驅動輪高速旋轉、超過摩擦極限而引起打滑。此時，車輪同樣不具有足夠的側向力來保持車輛的穩定，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的基礎上發展了驅動防滑系統(ASR)。　　ASR是ABS的邏輯和功能擴展。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動防滑邏輯系統，來監測驅動輪的轉速。ASR大多借用ABS的硬件，兩者共存一體，發展成為ABS/ASR系統。　　目前，ABS/ASR已在歐洲新載貨車中普遍使用，并且歐共體法規EEC/71/320已強制性規定在總質量大于3.5t的某些載貨車上使用，重型車是首先裝用的。然而ABS/ASR只是解決了緊急制動時附著系數的利用，并可獲得較短的制動距離及制動方向穩定性，但是它不能解決制動系統中的所有缺陷。因此ABS/ASR功能，同時可進行制動強度的控制�！　�ABS只有在極端情況下(車輪完全抱死)才會控制制動，在部分制動時，電子制動使可控制單個制動缸壓力，因此反應時間縮短，確保在任一瞬間得到正確的制動壓力。近幾年電子技術及計算機控制技術的飛速發展為EBS的發展帶來了機遇。德國自20世紀80年代以來率先發展了ABS/ASR系統并投入市場，在EBS的研究與發展過程中走到了世界的前列�！　〉聡�博世公司在1993年與斯堪尼公司聯合首次在Scania牽引車及掛車上裝用了EBS。然而EBS是全新的系統，它有很大的潛力，必將給現在及將來的制動系統帶來革命性的變革�！　∪�.制動控制系統的發展　　今天，ABS/ASR已經成為歐美和日本等發達國家汽車的標準設備�！　≤囕v制動控制系統的發展主要是控制技術的發展。一方面是擴大控制范圍、增加控制功能；另一方面是采用優化控制理論，實施伺服控制和高精度控制。　　在第一方面，ABS功能的擴充除ASR外，同時把懸架和轉向控制擴展進來，使ABS不僅僅是防抱死系統，而成為更綜合的車輛控制系統。制動器開發廠商還提出了未來將ABS/TCS和VDC與智能化運輸系統一體化運用的構想。隨著電子控制傳動、懸架系統及轉向裝置的發展，將產生電子控制系統之間的聯系網絡，從而產生一些新的功能，如：采用電子控制的離合器可大大提高汽車靜止啟動的效率；在制動過程中，通過輸入一個驅動命令給電子懸架系統，能防止車輛的俯仰�！　≡诘诙�個方面，一些智能控制技術如神經網絡控制技術是現在比較新的控制技術，已經有人將其應用在汽車的制動控制系統中。ABS/ASR并不能解決汽車制動中的所有問題。因此由ABS/ASR進一步發展演變成電子控制制動系統(EBS)，這將是控制系統發展的一個重要的方向。但是EBS要想在實際中應用開來，并不是一個簡單的問題。除技術外，系統的成本和相關的法規是其投入應用的關鍵�！　〗涍^了一百多年的發展，汽車制動系統的形式已經基本固定下來。隨著電子，特別是大規模、超大規模集成電路的發展，汽車制動系統的形式也將發生變化。如凱西-海斯(K-H)公司在一輛實驗車上安裝了一種電-液(EH)制動系統，該系統徹底改變了制動器的操作機理。通過采用4個比例閥和電力電子控制裝置，K-H公司的EBM就能考慮到基本制動、ABS、牽引力控制、巡航控制制動干預等情況，而不需另外增加任何一種附加裝置。EBM系統潛在的優點是比標準制動器能更加有效地分配基本制動力，從而使制動距離縮短5%。一種完全無油液、完全的電路制動BBW(Brake-By-Wire)的開發使傳統的液壓制動裝置成為歷史　　四.全電路制動(BBW)　　BBW是未來制動控制系統的L發展方向。全電制動不同于傳統的制動系統，因為其傳遞的是電，而不是液壓油或壓縮空氣，可以省略許多管路和傳感器，縮短制動反應時間。全電制動的結構如圖2所示。其主要包含以下部分：　　a)電制動器。其結構和液壓制動器基本類似，有盤式和鼓式兩種，作動器是電動機；　　b)電制動控制單元(ECU)。接收制動踏板發出的信號，控制制動器制動；接收駐車制動信號，控制駐車制動；接收車輪傳感器信號，識別車輪是否抱死、打滑等，控制車輪制動力，實現防抱死和驅動防滑。由于各種控制系統如衛星定位、導航系統，自動變速系統，無級轉向系統，懸架系統等的控制系統與制動控制系統高度集成，所以ECU還得兼顧這些系統的控制；　　c)輪速傳感器。準確、可靠、及時地獲得車輪的速度；　　d)線束。給系統傳遞能源和電控制信號；　　e)電源。為整個電制動系統提供能源。與其他系統共用。可以是各種電源，也包括再生能源�！　�從結構上可以看出這種全電路制動系統具有其他傳統制動控制系統無法比擬的優點：　　a)整個制動系統結構簡單，省去了傳統制動系統中的制動油箱、制動主缸、助力裝置。液壓閥、復雜的管路系統等部件，使整車質量降低；　　b)制動響應時間短，提高制動性能；　　c)無制動液，維護簡單；　　d)系統總成制造、裝配、測試簡單快捷，制動分總成為模塊化結構；　　e)采用電線連接，系統耐久性能良好；　　f)易于改進，稍加改進就可以增加各種電控制功能�！　∪�電制動控制系統是一個全新的系統，給制動控制系統帶來了巨大的變革，為將來的車輛智能控制提供條件。但是，要想全面推廣，還有不少問題需要解決：　　首先是驅動能源問題。采用全電路制動控制系統，需要較多的能源，一個盤式制動器大約需要1kW的驅動能量。目前車輛12V電力系統提供不了這么大的能量，因此，將來車輛動力系統采用高壓電，加大能源供應，可以滿足制動能量要求，同時需要解決高電壓帶來的安全問題�！　∑浯问强刂葡到y失效處理。全電制動控制系統面臨的一個難題是制動失效的處理。因為不存在獨立的主動備用制動系統，因此需要一個備用系統保證制動安全，不論是ECU元件失效，傳感器失效還是制動器本身、線束失效，都能保證制動的基本性能。實現全電制動控制的一個關鍵技術是系統失效時的信息交流協議，如TTP/C。　　系統一旦出現故障，立即發出信息，確保信息傳遞符合法規最適合的方法是多重通道分時區(TDMA)，它可以保證不出現不可預測的信息滯后。TTP/C協議是根據TDMA制定的。第三是抗干擾處理。車輛在運行過程中會有各種干擾信號，如何消除這些干擾信號造成的影響，目前存在多種抗干擾控制系統，基本上分為兩種：即對稱式和非對稱式抗干擾控制系統�！　�對稱式抗干擾控制系統是用兩個相同的CPU和同樣的計算程序處理制動信號。非對稱式抗干擾控制系統是用兩個不同的CPU和不一樣的計算程序處理制動信號。兩種方法各有優缺點。另外，電制動控制系統的軟件和硬件如何實現模塊化，以適應不同種類的車型需要；如何實現底盤的模塊化，是一個重要的難題。只有將制動、轉向、懸架、導航等系統綜合考慮進來，從算法上模塊化，建立數據總線系統，才能以最低的成本獲得最好的控制系統。　　電制動控制系統首先用在混合動力制動系統車輛上，采用液壓制動和電制動兩種制動系統。這種混合制動系統是全電制動系統的過渡方案。由于兩套制動系統共存，使結構復雜，成本偏高�！　‰S著技術的進步，上述的各種問題會逐步得到解決，全電制動控制系統會真正代替傳統的以液壓為主的制動控制系統。圖3是這種全電制動控制系統的配置方案�！　∥�.結論　　綜上所述，現代汽車制動控制技術正朝著電子制動控制方向發展。全電制動控制因其巨大的優越性，將取代傳統的以液壓為主的傳統制動控制系統。同時，隨著其他汽車電子技術特別是超大規模集成電路的發展，電子元件的成本及尺寸不斷下降�！　∑�車電子制動控制系統將與其他汽車電子系統如汽車電子懸架系統、汽車主動式方向擺動穩定系統、電子導航系統、無人駕駛系統等融合在一起成為綜合的汽車電子控制系統，未來的汽車中就不存在孤立的制動控制系統，各種控制單元集中在一個ECU中，并將逐漸代替常規的控制系統，實現車輛控制的智能化�！　〉�是，汽車制動控制技術的發展受整個汽車工業發展的制約。有一個巨大的汽車現有及潛在的市場的吸引，各種先進的電子技術、生物技術、信息技術以及各種智能技術才不斷應用到汽車制動控制系統中來。同時需要各種國際及國內的相關法規的健全，這樣裝備新的制動技術的汽車就會真正應用到汽車的批量生產中�！　∑�車安全的發展歷程　　如今，汽車安全已經成為各大汽車廠商必修的功課，從只說安全的VOLVO到“為了所有人安全”的本田汽車，汽車安全成為汽車廠商宣傳的核心主題之一，那么，我們現在回頭看看，到底誰才是真正開創汽車安全的鼻祖呢？　　在講述ESP、安全帶、安全氣囊甚至G-CON車身之前，讓我們再來看看汽車安全的發展歷史，從歷史來看，汽車安全在汽車發明之后的50年左右才被逐步重視起來，這次我們必須仍然要感謝汽車的鼻祖戴姆勒－奔馳汽車，我們還要記住被稱為安全之父的一個人——巴恩伊（Béla Barényi）。　　安全車身　　1939年8月1日，巴恩伊第一次來到位于斯圖加特市郊辛德芬根的戴姆勒-奔馳公司上班。這位年輕人由此開始了改寫了汽車發展史的偉大歷程，因為后來出現的許多安全設計理念和技術都與他的發明息息相關。而在此前，這位脾氣急躁的天才設計師卻總窩在一間木板房里進行著各種新技術的研發。早在40年代，他就開始注意到汽車的車身設計是決定汽車被動安全的關鍵，他創造性地提出特別設計轉向系統、轉向柱、方向盤、底盤以及車身，以確保車內駕乘人員的安全性。他說：“未來汽車上的轉向系、轉向柱、方向盤、底盤和車身一定會與目前的有所不同�！薄　�從1939年8月起，巴恩伊就在一個96平方米大小的木棚房里開始了他的設計研發工作。作為當今汽車安全車身技術的基礎，巴恩伊在他的“Terracruiser”（1945）和“Concadoro”（1946）的新車方案中率先提出了他對被動安全的設想和未來車身的設計結合在一起思想。其中，六座的“Terracruiser”在車身中部設計了異常堅固的乘坐艙，并且前面和后面分別與塑性變形碰撞緩沖區彈性連接，它們在事故發生時能吸收碰撞所產生的動力能量。類似的安全特性在三座的“Concadoro”上也有所體現�！癈oncadoro”車身采用三廂結構設計，單排的座椅使得駕駛艙可以前后調整。此外，設計方案已經有了帶擋板的方向盤和安全轉向柱。而這個時候，汽車巨子豐田汽車尚未誕生，本田汽車仍然在專注于它的摩托車技術�！　“踩珟А　“踩珟У陌l明和使用是當今汽車安全的專家VOLVO，早在上世紀40年代，VOLVO汽車的安全設計也開始啟程，20世紀40年代，VOLVO在PV444型車上配置了諸如膠合擋風玻璃和安全車廂的框架機構等創新配置，這種設計和奔馳的巴恩伊在轎廂安全設計理念如出一轍。1959年，VOLVO推出了由尼爾斯·波哈林發明的三點式安全帶，從此改變了整個汽車世界。VOLVO于1962年榮獲第一個安全獎，以后類似獎項就接踵而來。1970年，VOLVO開始在轎車上裝備兒童安全座椅，1987年VOLVO又首先在轎車上裝備了安全氣囊�！　“踩珰饽摇　‰S著汽車工業的發展，近年來安全氣囊幾乎成了各個汽車廠商轎車的標準配備了，保護汽車乘員的想法最先產生于美國。1952年美國汽車生產者聯合會在理論上闡述了這樣一種汽車安全系統的必要性。幾乎同時，這種系統的原理圖也繪制了出來。1953年8月,美國人約翰.赫特里特首次提出了“汽車用安全氣囊防護裝置”，并在美國獲得了“汽車緩沖安全裝置”專利。　　但是真正實現安全氣囊的商用仍然是汽車安全的始祖戴姆勒奔馳，由于當時技術水平的限制，還不能把這種想法或專利付諸實現。到了1980年，奔馳公司開始實現這種設想，它在自己生產的部分汽車上安裝了安全氣囊。而從1985年起，在全部供應美國市場的汽車上都有安裝了這種安全系統。隨后，又出現了第一個保護駕駛員旁前排座乘員頭部的氣囊�！　�ABS和ESP　　ABS技術是英國人霍納摩爾1920年研制發明并申請專利，早在20世紀30年代，ABS就已經在鐵路機車的制動系統中應用，目的是防止車化在制動過程中抱死，導致車輪與鋼軌局部急劇摩擦而過早損壞。1936年德國博世公司取得了ABS專利權。它是由裝在車輪上的電磁式轉速傳感器和控制液壓的電磁閥組成，使用開關方法對制動壓力進行控制�！　�20世紀40年代末期，為了縮短飛機著陸時的滑行距離、防止車輪在制動時跑偏、甩尾和輪胎劇烈磨耗，飛機制動系統開始采用ABS，并很快成為飛機的標準裝備。20世紀50年代防抱制動系統開始應用于汽車工業。1951年Goodyear航空公司裝于載重車上；1954年福特汽車公司在林肯車上裝用法國航空公司的ABS裝置�！　�1978年ABS系統有了突破性發展。博世公司與奔馳公司合作研制出三通道四輪帶有數字式控制器的ABS系統，并批量裝于奔馳轎車上。由于微處理器的引入，使ABS系統開始具有了智能，從而奠定了ABS系統的基礎和基本模式。　　90年代初期，在當今炙手可熱的ESP開始被博世汽車發明出來，但是第一款安裝了ESP的轎車仍然是奔馳的產品－A級車�！　∷�以，汽車安全幾乎是來自各個工業領域的積累，無論是VOLVO還是奔馳，都是這個領域內實現商用化的先鋒，特別是汽車鼻祖奔馳，綜合來說，作為安全帶的開山鼻祖，VOLVO的安全的確讓人稱道，還有一貫對安全電子系統專注不止的博世汽車零部件公司，但是值得注意的是，從汽車安全車身設計理念到ABS/ESP、安全氣囊的大規模商用，奔馳汽車一直走在其它汽車公司之前�！　∶焚惖滤�-奔馳自1900年生產出世界上第一臺現代汽車以來，一直引領著整個汽車行業的發展，特別在汽車安全領域，ABS、ESP、安全帶、安全氣囊、碰撞測試等現代汽車的安全基礎要素幾乎都是由梅賽德斯-奔馳首創或率先使用的。

回答者：cui45452016-10-04 00:00