汽车检测与维修技术毕业论文.doc
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1、常州机电职业技术学院毕业设计(论文)作 者: 学 号: 30811145 系 部: 汽车工程系 专 业: 汽车检测与维修技术 题 目: 汽车电子驻车制动控制系统应用研究 指导者:樊瑞军 评阅者:2011年 4月 毕业设计(论文)中文摘要本次毕业设计是汽车电子驻车制动控制系统的应用研究。主要包括传统驻车制动控制系统的组成及工作原理以及汽车电子驻车制动控制系统的简介,组成,构造,工作原理及发展前景。同时也就该系统的优、缺点进行一般的论述。另外,还就汽车电子驻车制动控制系统在一汽奥迪、迈腾车上的具体应用进行简单阐述。关键词: 汽车 驻车制动 控制系统 行星齿轮机构毕业设计(论文)外文摘要Abstra
2、ct The st ructure and the mechanism for the elect ric park brake ( EPB) were analyzed first . Then ,the dynamical analysis for the executive device of EPB was done. After that , an EPB system was designed in the viewpoint of practical application. Aimed at applying or releasing braking , the elect r
3、ic cont rol unit ( ECU) adopted a single2chip microprocessor (SCM) named Philips 592 and the executive device , which was driven by a direct current motor that adopted a synchronous belt driven mechanism ,a planetary gear mechanism with small teeth difference and a screw2driven mechanism. Lastly , t
4、he efficiency of the EPB system was validated by bench test s for a detail automotive model. The result s of the bench test s showed that the static characteristic and the dynamic characteristic of the EPB met the requirement of theoretical calculation.Key words :Automobile , Park brake , Cont rol s
5、ystem , Planetary gear transmission目录1 引言62 汽车电子技术的发展73 汽车传统驻车制动控制系统3.1 一般制动系的基本结构83.2 制动工作原理103.3 制动主缸的结构及工作过程113.4 制动轮缸的结构及工作过程123.5 传统驻车制动装置不足之处134 汽车电子驻车制动系统4.1电子驻车制动技术及其应用现状4.1.1汽车电子驻车制动技术概述144.2汽车电子驻车制动的组成174.3汽车电子驻车制动工作原理. 185 汽车电子驻车制动控制系统的动力学分析与台架试验5.1 汽车电子驻车制动的动力学分析195.2 汽车电子驻车制动的台架试验216 电子
6、驻车制动系统的相关技术要求6.1 汽车电子驻车制动系统的基本要求236.2 汽车电子驻车制动系统的设计要求246.3 汽车电子驻车制动系统的评价指标256.4 汽车电子驻车制动系统的关键技术277 汽车电子驻车制动系统的优点 308 汽车电子驻车制动系统的应用与故障分析9 汽车电子驻车制动控技术国内外研究现状发展趋势31结论33 致谢 34参考文献1 引言汽车驻车制动系统是指可以使汽车可靠的在原地停驻,并使其在任何情况下不得自行滑行,而且在行车过程中遇到紧急情况时,可与行车制动系统同时使用,使汽车紧急制动的一种制动系统。驻车制动系统有别于行车制动系统,一般它们各自有相互独立的操纵装置。现在大多
7、数汽车所使用的驻车制动系统属于人力机械式,其传动装置为机械式传动方式,使用杆系或者拉索的结构类型来完成制动功能;其操纵部分采用手柄控制。电子驻车制动系统(Electronic Parking Brake,EPB)是汽车线控制动系统的一类,也是车辆驻车制动系统的发展方向。它用电线取代传统手制动装置的拉索和传动机构,用电制动器代替传统的制动器,用电子控制单元结合车辆驻车环境的状况控制驻车制动力的大小和各轮驻车制动力的分配,并具有辅助驾驶员坡道起步和智能驻车/解除功能,是车辆驻车制动系统的革新。本文首先介绍了传统驻车制动控制系统的特点,以及电子驻车制动系统的应用现状、原理、优点与难点。按照系统电控部
8、分的硬件功能要求,本文设计了电子驻车制动系统的中央控制单元ECU(Electronic Control Unit)、左、右车轮ECU、车辆参数采集节点模块及其外围接口电路,设计了满足要求的H桥电机驱动模块电路,组成了电子驻车制动系统的硬件部分,并以CAN总线为脉络组成控制器局域网进行了调试。在车辆参量采集节点模块的设计中,采用了模块化设计的理念,主要包括:车速采集节点、发动机转速采集节点、驻车坡度采集节点、驻车电流采集节点,驻车制动盘压力采集节点、踏板(离合器和刹车踏板)行程采集节点,通过这些节点实现了与电子驻车制动系统相关的车辆状态信息的采集与处理,以供中央ECU及车轮ECU根据设定的安全策
9、略和控制程序,实现对车辆驻车的安全控制。另外,在本系统电控部分的硬件设计中对停驻在上坡的汽车的坡道起步辅助控制进行了探索;考虑到信息在不同节点上的共享性、电子驻车制动系统的可扩展性以及与其他控制系统的可融合性,在系统硬件各节点的开发设计中均搭建了CAN网络数据通讯接口,并通过制定相应的CAN应用层协议,使左、右车轮制动节点接收CAN网络的信息,完成驻车制动功能。电子驻车制动装置与传统的手动驻车制动装置相比,不论在汽车起步,还是停驶驻车时,驾驶员都不需要再操作手动制动手柄,这大大降低了驾驶员的操作难度,提高了驾驶的舒适性和制动性能,同时也提高了驾驶的安全性、有利于环保,而且对电子行车制动系统的开
10、发起到推进作用。所以说,电子驻车制动系统的开发具有极其重要的意义。2 汽车电子技术的发展汽车电子技术的发展归结为两方面:首先是不断适应各个时期的社会背景,如能源危机、环境污染和高速公路网的发展等,满足人们对汽车使用性能的更高要求,如舒适性、安全性、操纵方便等。目前,机械装置与技术己相当成熟,有的已达到了其物理极限。其次是由于电子技术的发展给汽车电子技术的发展提供了必要的物质条件:电子技术产品质量轻,占用空间小,处理速度快,传感精确,信息容量大,发展与应用前景十分广阔。电子技术的发展,同社会需求的牵引、法规的推动和技术的进步,导致了汽车上更多地采用电子技术,并蓬勃发展起来。因此汽车上许多机械控制
11、系统被电子控制系统所取代,汽车电子化的程度也就越来越高。汽车电子技术的形成与发展主要分为如下三个阶段:第一阶段:从20世纪60年代中期到70年代末期,主要是从技术革新着眼,应用电子装置改善部分机械部件的性能,如燃油喷射控制、车载收音机、发电机硅整流器等。这些革新往往是局部的、不很关键的,针对汽车各部件完成相对独立的自动控制功能。第二阶段:从20世纪70年代末到90年代末期,汽车电子技术开始形成。主要特点是在汽车大部件及至总成的设计和生产中,应用电子装置解决机械部件所无法解决的复杂问题,如自动变速系统、制动防抱死系统、电子仪表群等。在这一阶段,大规模集成电路和4位、8位微处理器广泛应用,从而减少
12、了电子系统的体积,增加了可靠性。第三阶段:从20世纪90年代末期,预测到2015年,汽车电子作为工程技术已经成熟。汽车电子学也就在这一时期诞生,它是一门机电一体化的多学科的特色鲜明的新兴边缘学科。它由第一和第二阶段的“机械功能替代或“增添式”的设计思路和方法转变为“机电一体化的汽车整体设计思想,重视总体、系统。在这一时期,出现更先进的灵巧电源、灵巧传感器和具有大容量内存的16位或32位微处理器。汽车电子技术开始广泛应用计算机网络与信息技术,使汽车更加自动化、智能化。就像汽车电子技术在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样,近10年数据总线技术的引入将推动线控技术在汽车领域中的推
13、广和使用,将会是汽车电子技术发展的一个里程碑。3 汽车传统驻车制动系统3.1 汽车传统驻车制动系统的组成与结构驻车制动装置是使汽车在路面(包括斜坡)上停驻时,为防止车辆滑行,以及汽车在坡道上起步时,用以防止车辆后退的装置。驻车制动装置有别于行车制动装置,它们各自有相互独立的操纵装置,驻车制动装置常采用手操纵机构,所以通常又称为手制动,但驻车制动装置既可以是手操纵也可以是脚操纵。一般小汽车和轻型卡车采用手操纵机构,而大型车辆则采用脚操纵的驻车制动踏板机构。驻车制动装置包括驻车制动器和驻车驱动机构两部分。驻车制动器按其作用部位分为两种类型,一种是制动传动轴的中央制动器,另一种是与行车制动器共用的车
14、轮制动器, 目前,多采用作用于后轮的驻车机构。驻车驱动机构因其对可靠性的要求较高,一般都采用机械式的驱动机构,但究竟是采用中央制动器驻车还是采用车轮制动器驻车,其驻车驱动机构有所不同,而不管是哪一种的驻车类型,制动器都有鼓式和盘式之分,所以,驻车驱动机构还有所差异。在鼓式制动器中利用行车制动器作手制动器使用时,一般是在它的后制动蹄上通过周定销装有一个制动蹄杠杆,在这个杠杆的中间通过一根制动蹄推杆同前制动蹄连接。驻车制动时,拉紧或摆动手制动操纵杆,经一系列杠杆和拉绳传动,将驻车制动杠杆的下端向前拉,使之绕固定销转动,其中间支点推动制动推杆左移,将前制动蹄推向制动鼓。当前制动蹄压靠到制动鼓上之后,
15、推杆停止移动,此时制动杠杆绕中间支点继续转动,于是制动杠杆的上端向右移动,使后制动蹄压靠到制动鼓上,从而产生驻车制动作用。图1 解放CAl09l汽车驻车制动装置图 2 鼓式车轮驻车制动装置对于带有驻车制动的盘式车轮制动器,如图21A,驻车时是通过驻车拉索的拉动使位于制动钳体内的推销推动辅助活塞移动,辅助活塞进而顶住活塞移动,先使活塞一侧的制动块压靠到制动盘,接着,此反作用力则推动制动钳体连同另一侧的制动块靠压到制动盘,从而产生驻车制动作用。图3 鼓式车轮驻车制动器 图 4 盘式车轮驻车制动器3.2 制动工作原理制动系统的一般工作原理是,利用与车身(或车架)相连的非旋转元件和与车轮(或传动轴)相
16、连的旋转元件之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动的趋势。 1)制动系不工作时 蹄鼓间有间隙,车轮和制动鼓可自由旋转 2)制动时 要汽车减速,脚踏下制动器踏板通过推杆和主缸活塞,使主缸油液在一定压力下流入轮缸,并通过两轮缸活塞推使制动蹄绕支承销转动,上端向两边分开而以其摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上。不转的制动蹄对旋转制动鼓产生摩擦力矩,从而产生制动力 3)解除制动 当放开制动踏板时回位弹簧即将制动蹄拉回原位,制动力消失。3.3 制动主缸的结构及工作过程 制动主缸的作用是将自外界输入的机械能转换成液压能,从而液压能通过管路再输给制动轮缸 制动主缸分单腔和双腔式两种,分别用于单、双回路液压制动系。
17、(1)单腔式制动主缸 1)制动系不工作时 不制动时,主缸活塞位于补偿孔、回油孔之间 2)制动时 活塞左移,油压升高,进而车轮制动 3)解除制动 撤除踏板力,回位弹簧作用,活塞回位,油液回流,制动解除 (2)双腔式制动主缸 1)结构(如一汽奥迪100型轿车双回路液压制动系统中的串联式双腔制动主缸)主缸有两腔第一腔与右前、左后制动器相连;第二腔与左前、右后制动器相通。每套管路和工作腔又分别通过补偿孔和回油孔与储油罐相通。第二活塞由右端弹簧保持在正确的初始位置,使补偿孔和进油孔与缸内相通。第一活塞在左端弹簧作用下,压靠在套上,使其处于补偿孔和回油孔之间的位置。 2)工作原理 制动时,第一活塞左移,油
18、压升高,克服弹力将制动液送入右前左后制动回路;同时又推动第二活塞,使第二腔液压升高,进而两轮制动解除制动时,活塞在弹簧作用下回位,液压油自轮缸和管路中流回制动主缸。如活塞回位迅速,工作腔内容积也迅速扩大,使油压迅速降低。储液罐里的油液可经进油孔和活塞上面的小孔推开密封圈流入工作腔。当活塞完全回位时,补偿孔打开,工作腔内多余的油由补偿孔流回储液罐。若液压系统由于漏油,以及由于温度变化引起主缸工作腔、管路、轮缸中油液的膨胀或收缩,都可以通过补偿孔进行调节。3.4 制动轮缸的结构及工作过程制动轮缸的功用:是将液力转变为机械推力。有单活塞和双活塞两种。1)结构奥迪100的双活塞式轮缸体内有两活塞,两皮
19、碗,弹簧使皮碗、活塞、制动蹄紧密接触。 2)工作过程 制动时,液压油进入两活塞间油腔,进而推动制动蹄张开,实现制动。轮缸缸体上有放气螺栓,以保证制动灵敏可靠。3.5 手动驻车制动装置不足之处:(1)每次工作需要驾驶员手动操作,操作繁琐,在汽车坡起时,操作过于复杂,经常因难以控制而导致汽车溜坡,存在安全隐患;(2)在大角度的坡面上驻车时,操作费力,驻车比较困难,同时经常难以获得足够大的制动力来确保汽车可靠驻车,存在安全隐患;(3)不论平地还是坡面,驾驶员习惯把驻车制动操纵杆拉至较大行程,确保汽车可靠驻车,这样,在平地驻车制动的情况下,也就是说在大多数的使用条件下,增大了制动器、制动拉索等汽车制动
20、机械零部件的磨损与变形;(4)手动制动装置使用时间久了,制动拉索中的钢索会变形伸长,钢索变长会影响其使用性,同时装置可能因此难以获得足够的制动力而存在安全隐患;(5)手动驻车制动装置具有较大的操纵机构,其占用了较大的车室空间。另外,在应用传统驻车制动系统的车辆上,驾驶员驻车后忘记拉手刹而离开或驻车制动力不足,车辆溜滑造成交通事故的情况并不少见;同样,也有驾驶员忘记松开手刹驾驶车辆行驶,造成驻车制动系统严重损坏或彻底报废;同一辆车驻车时,不同驾驶员的力量大小有别,手驻车制动杆的驻车制动可能由此对制动力的实际作用不同。4 汽车电子驻车制动系统4.1电子驻车制动技术及其应用现状4.11电子驻车制动技
21、术概述电子驻车制动技术是线控技术的一类,而线控技术(x-byWh)源于飞机控制系统。飞机控制系统是最初投入实际应用的一种线控系统(Fly-by-Wire),它将驾驶员的操纵命令转换成电信号,利用机载计算机控制飞机的飞行。这种控制方式引入到汽车驾驶上,就是将驾驶员的操作动作经过传感器转变成电信号,通过网络直接传输到执行机构。线控技术中“x-by-wire可理解为电控方式,而这里的“x就像数学方程中的未知数,代表汽车中传统上由机械或液压控制的各个部件,如:发动机、悬架、油门等。例如线控转向(Steer-by-Wire)、线控制动(Brake-by-Wire)、线控油门(Throttle-by-Wi
22、re)等。线控系统网络实际上是一种特殊的局域网,它的使用环境与普通的局域网不同。汽车机舱内温度变化大;汽车行驶中可能出现较大振动;点火喷射系统等装置会带来较大的电磁干扰等。尤其是转向系统和制动系统对车辆安全性的要求极高,这就要求网络系统具有高速度、实时性、可靠性和抗干扰能力。电子驻车制动技术就是利用线控技术将行车过程中的临时性制动和停车后的长时性制动功能整合在一起,并且由电子控制方式实现停车制动的技术。从技术升级上看,比长期使用的传统型手驻车制动模式推进了一大步。4.2 汽车电子驻车制动的组成控制系统的硬件主要由传感器及其信号处理电路、Philips 592 单片机、执行机构驱动电路3 部分组
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