簡述國內(nèi)外asr技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

【專家解說】：1 國外發(fā)展?fàn)顩r
早在1928年防抱死制動(dòng)理論就被提出.BOSCH公司在1936年第一個(gè)獲得了防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的專利權(quán).1954年,FORD公司將ABS裝在林肯轎車上.這一時(shí)期的各種ABS的輪速傳感器和制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置都是機(jī)械式,因此,獲取的輪速信號(hào)不夠精確,制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)的適時(shí)性和精確性也難以保證.
隨著電子技術(shù)的發(fā)展,ABS進(jìn)進(jìn)電子控制時(shí)代.20世紀(jì)60年代后期到70年代初期,凱爾塞·海伊斯公司研制生產(chǎn)的兩輪制動(dòng)的ABS、克萊斯勒公司與BENDIX公司合作研制的四輪制動(dòng)的ABS、BOSCH和TEVES公司研制的ABS、WABCO公司與BENZ公司合作研制的裝備在氣壓制動(dòng)的載貨汽車上的ABS,都是由模擬式電子控制裝置對設(shè)置在制動(dòng)管路中的電磁閥進(jìn)行控制,直接對各制動(dòng)輪以電子控制壓力進(jìn)行調(diào)節(jié).由于模擬式電子控制裝置反應(yīng)速度慢、控制精度低、易受干擾,致使各種ABS均未達(dá)到預(yù)期的控制效果.
20世紀(jì)70年代后期,ABS采用數(shù)字式電子技術(shù),反應(yīng)速度、控制精度和可靠性都顯著進(jìn)步,ABS進(jìn)人實(shí)用化階段.BOSCH公司在1978年首先推出了采用數(shù)字式電子控制裝置的ABS--BOSCH ABS2.自此,歐、美、日的很多公司相繼研制了形式多樣的ABS.自1985年起,BOSCH、TEVES、BENDIX、WABCO等公司開始對ABS的生產(chǎn)大力投資,以滿足汽車對ABS需要量增加的要求.
目前,國際上ABS在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛,已成為盡大多數(shù)汽車的標(biāo)準(zhǔn)裝備,北美和西歐的各類客車和輕型載貨汽車,ABS的裝備率已達(dá)90%以上,轎車ABS的裝備率在60%左右,運(yùn)送危險(xiǎn)品的載貨汽車ABS的裝備率為100%.
1971年BUICK公司研制了由電子控制裝置自動(dòng)中斷發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火,以減小發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩,防止驅(qū)動(dòng)車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)防抱死系統(tǒng),成為ASR的雛形.1985年,VOLVO公司試制了電子牽引力控制系統(tǒng)ETC(Electronic Traction Control),通過調(diào)節(jié)燃油供給量來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩,以控制驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率,產(chǎn)生最佳驅(qū)動(dòng)力.1986年,BOSCH推出了該公司的第一個(gè)牽引力控制系統(tǒng)TCS.
僅依靠調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不能解決汽車在對開路面上很好地起步加速的題目.為了解決這一題目,需要對附著不好的一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪施加部分制動(dòng),以充分發(fā)揮附著條件較好的一側(cè)的地面驅(qū)動(dòng)力.隨著ABS技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟,利用ABS壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo).采用制動(dòng)干預(yù)控制的ASR系統(tǒng)通常都是同ABS集成在一起的,形成ABS/ASR系統(tǒng).1986年12月,BOSCH公司第一次將ABS與ASR結(jié)合起來,率先推出了具有防抱死制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)防滑轉(zhuǎn)功能的防滑控制系統(tǒng)ABS/ASR 2U裝置.同期,BENZ公司與WABCO公司也聯(lián)合開發(fā)出了應(yīng)用在載貨汽車上的ABS/ASR系統(tǒng).
此后,各大汽車公司紛紛開始應(yīng)用ABS/ASR系統(tǒng),使其成為頂級(jí)豪華車的標(biāo)準(zhǔn)配置.隨著各至公司不斷開發(fā)出結(jié)構(gòu)更緊湊、本錢更低、可靠性更強(qiáng)、功能更全面的ABS/ASR系統(tǒng),ABS/ASR系統(tǒng)也逐漸應(yīng)用于中、低檔汽車上.到1997年時(shí),已經(jīng)有23家汽車廠商的近50種車型使用了ABS/ASR系統(tǒng).
2國內(nèi)發(fā)展概況
國內(nèi)研究開發(fā)ABS起步較晚,約始于20世紀(jì)80年代中期.但我國對ABS的系統(tǒng)開發(fā)十分重視,制定相應(yīng)的法規(guī)力促ABS的發(fā)展.1993年4月1日開始實(shí)施的GB 13594-92《汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)性能要求和試驗(yàn)方法》,為ABS成為標(biāo)準(zhǔn)裝備提供了試驗(yàn)方法和依據(jù).1999年10月1日實(shí)施的GB 12676--1999《汽車制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法》規(guī)定:2003年10月1日以后,大型客車和大型載貨汽車必須安裝符合GB 13594中規(guī)定的一類ABS.
目前,國內(nèi)研究ABS有代表性的科.研機(jī)構(gòu)有以下幾個(gè):吉林大學(xué)汽車動(dòng)態(tài)模擬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京理工大學(xué)汽車動(dòng)力性與排放測試國家專業(yè)實(shí)驗(yàn)室、清華大學(xué)汽車安全與節(jié)、能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、華南理工交通學(xué)院汽車系、濟(jì)南程軍電子科技公司等.這些單位在ABS的仿真、控制量、輪速信號(hào)抗干擾處理、輪速信號(hào)異點(diǎn)剔除、防抱電磁閥動(dòng)作響應(yīng)等方面的研究取得了很多成果.同時(shí)對防抱死制動(dòng)時(shí)、的滑移率的計(jì)算、滑移率和附著系數(shù)之間的關(guān)系及ABS的控制算法也有很深的研究.
國內(nèi)現(xiàn)在生產(chǎn)ABS的公司不少,但大多數(shù)公司是和國外著名ABS公司合作生產(chǎn).完全自主生產(chǎn)開發(fā)ABS的有代表性的國內(nèi)公司有:廣州市科密汽車制動(dòng)技術(shù)開發(fā)有限公司、重慶聚能汽車技術(shù)有限責(zé)任公司、東風(fēng)科技汽車制動(dòng)系統(tǒng)公司、西安博華機(jī)電股份有限公司等.已開發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品有單通道、三通道、四通道、六通道的氣壓和液壓式的,適用于摩托車、轎車、大中型客車一、重型載貨汽車、掛車的ABS及相關(guān)零部件.這些ABS的制動(dòng)性能指標(biāo)達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的水平,部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)于國外公司同類產(chǎn)品,在國內(nèi)占有一定的市場.
估計(jì)2005年我國新生產(chǎn)的中、重型載貨汽車,大、中型客車ABS的裝車率為100%,而小、微型客車ABS的裝車率為20%,轎車ABS裝車率為50%.
國內(nèi)對ASR的研究,大約開始于20世紀(jì)90年代.一些科研單位如清華大學(xué)、吉林產(chǎn)業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、上海交通大學(xué)、濟(jì)南重汽技術(shù)中心等對ASR技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行跟蹤、研究,并取得了階段性進(jìn)展.目前,我國科研職員主要針對ASR控制系統(tǒng)的控制策略、控制算法、邏輯等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行研究.由于受電控發(fā)動(dòng)機(jī)的限制,我國目前在ASR系統(tǒng)的控制理論方面大多側(cè)重于采用以制動(dòng)控制為主、發(fā)動(dòng)機(jī)控制為輔的控制方法.總的來說,間隔產(chǎn)品化研究還有一定的差距.因此國內(nèi)尚無自主研發(fā)的集ABS和ASR為一體的ABS/ASR防滑控制系統(tǒng)產(chǎn)品出現(xiàn).
3 ABS/ASR的發(fā)展趨勢
ABS/ASR控制技術(shù)的進(jìn)步
目前,固然ABS/ASR已經(jīng)廣泛應(yīng)用,但控制方法還是以邏輯門限值控制為主.該控制方法雖比較簡單,但邏輯復(fù)雜,所有的門限值都需要大量的實(shí)驗(yàn)來確定,調(diào)試起來很困難.而且,采用邏輯門限值控制的ABS/ASR系統(tǒng)通用性比較差,需要針對不同的車型重新開發(fā).隨著各種現(xiàn)代控制理論不斷發(fā)展和完善,采用優(yōu)化控制理論,可實(shí)現(xiàn)伺服控制和高精度控制.將智能控制技術(shù)如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)應(yīng)用到ABS/ASR系統(tǒng)中,可以進(jìn)步系統(tǒng)的自適應(yīng)性和可靠性.相對于目前的基于滑移率的控制算法,基于路面附著系數(shù)的控制算法輕易實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制,能適應(yīng)各種路面變化,控制滑移率在最佳滑移率四周,使ABS/ASR的控制效果得以改善.
通過先進(jìn)的測試手段可進(jìn)一步完善ABS/ASR功能.例如,ABS控制車輪制動(dòng)防滑時(shí),車速?zèng)]有直接丈量,而是通過輪速的波動(dòng)情況估取參考車速作為車速,然后計(jì)算滑移率用以控制,所以,ABS控制時(shí)的滑移率不能保證其正確性.隨著傳感器制造和集成技術(shù)的發(fā)展,添加車身速度傳感器來丈量車身速度,可進(jìn)步ABS/ASR的控制效果.
線制動(dòng)系統(tǒng)BBW(Brake-by-Wire)是制動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向之一.BBW將傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)中的液壓油或空氣等傳力介質(zhì)完全由電制動(dòng)取代,電能作為能量來源.制動(dòng)時(shí)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)鉗塊,整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)沒有液、氣壓管路,可省略很多管路和傳感器,因而結(jié)構(gòu)簡捷.BBW由電線傳遞能量,數(shù)據(jù)線傳遞信號(hào),制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間縮短,極大地進(jìn)步了汽車的制動(dòng)安全性,并為將來的智能汽車控制提供條件.此外,在電子控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)相應(yīng)程序,操縱電控元件來控制制動(dòng)力的大小及各軸制動(dòng)力分配,可完全實(shí)現(xiàn)ABS及ASR等功能.BBW是一種全新的制動(dòng)理念,但仍有一些題目需要解決:目前車輛的12 V/24 V電源系統(tǒng)無法提供如此大的能量,需采用高品質(zhì)的42 V電源;由于不存在獨(dú)立的主動(dòng)備用制動(dòng)系統(tǒng),因此需要一個(gè)備用系統(tǒng)保證制動(dòng)安全;車輛在運(yùn)行過程中會(huì)有各種干擾信號(hào),如何消除這些干擾信號(hào)造成的影響是急需解決的題目.
電子制動(dòng)系統(tǒng)EBS(Electronically ControlledBraking System)是適應(yīng)對汽車及掛車制動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定性逐步進(jìn)步的要求,在ABS/ASR基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一套綜合電子控制系統(tǒng).它除了包含ABS/ASR的基本功能外,還具有以下特點(diǎn):①EBS優(yōu)化了各車輪間、主車與掛車或半掛車間的制動(dòng)力分配.通常,對于常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)而言,牽引車和掛車之間的制動(dòng)協(xié)調(diào)性不能總是處于理想的匹配狀態(tài),尤其在與牽引車相配的掛車經(jīng)常更換的情況下.EBS會(huì)在任何狀態(tài)下監(jiān)控到主車與掛車的不兼容性,自動(dòng)調(diào)整主車與掛車之間的制動(dòng)力分配,滿足主車和掛車制動(dòng)協(xié)調(diào)性的要求,改善車輛的安全性.前后橋襯片磨損協(xié)調(diào),總磨損量達(dá)到最小,所有襯片更換間隔一致,縮短了維修時(shí)間,降低運(yùn)行本錢.同時(shí),制動(dòng)力的協(xié)調(diào)還可以增加制動(dòng)舒適性.②EBS通過制動(dòng)治理系統(tǒng)將輔助制動(dòng)和行車制動(dòng)同一治理.它確保在每一次制動(dòng)時(shí),實(shí)現(xiàn)無磨損制動(dòng)(緩速器、發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)承擔(dān)大部分的制動(dòng)工作,因此可以使行車制動(dòng)器的溫度保持在一個(gè)最低的水平,制動(dòng)襯片的磨損降低).③改善了ABS/ASR的功能,改善了制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間和車輛的制動(dòng)反應(yīng),縮短了制動(dòng)間隔,改善制動(dòng)穩(wěn)定性.舒適的制動(dòng)感應(yīng),幾乎達(dá)到轎車的制動(dòng)感受.④EBS具有完善的診斷和自檢測功能,可提供關(guān)于制動(dòng)系統(tǒng)的即時(shí)信息,任何故障都可以被系統(tǒng)監(jiān)測到,并正確顯示以提示維修.維修專家據(jù)此排除故障.
目前,EBS在載貨汽車和客車上得到應(yīng)用,是ABS/ASR在商用車領(lǐng)域的替換產(chǎn)品.ABS/ASR市場將逐漸減少,由于EBS將考慮用于輕型車.
減小體積與質(zhì)量,簡化結(jié)構(gòu)
汽車上加裝一些安全裝置,質(zhì)量隨之增加,對燃油經(jīng)濟(jì)性不利.所以,在保證安全性的條件下,盡量減少質(zhì)量.另外,不論是大型車還是小型車,其安裝空間都是非常緊湊的,因此要求ABS/ASR裝置的體積盡可能的小.減小ABS/ASR體積的主要途徑是優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(如減小壓力調(diào)節(jié)器尺寸)、增加集成度.目前,經(jīng)過優(yōu)化的ABS已將制動(dòng)主缸、壓力調(diào)節(jié)器和電控單元等集成為一體,從而大大減小了體積和本錢.
控制功能的擴(kuò)展和集成
將各個(gè)功能不同的汽車電子控制系統(tǒng)集成,在實(shí)現(xiàn)各自基本功能的條件下,形成新的具有更強(qiáng)大功能的集成電控系統(tǒng)是汽車電子控制的必然趨勢.把其它控制系統(tǒng)擴(kuò)展進(jìn)來,成為綜合的汽車控制系統(tǒng),是ABS/ASR系統(tǒng)的發(fā)展方向.目前,ABS/ASR向以下幾個(gè)方向發(fā)展.
a.和電子制動(dòng)力分配EBD(Electric Brake force Distribution)集成,形成ABS/ASR/EBD系統(tǒng),可以明顯改善并進(jìn)步ABS的功效.EBD的功能就是在汽車制動(dòng)的瞬間,高速計(jì)算出4個(gè)輪胎由于附著力不同而導(dǎo)致的摩擦力數(shù)值,然后調(diào)整制動(dòng)裝置,使其按照設(shè)定的程序在運(yùn)動(dòng)中高速調(diào)整,達(dá)到制動(dòng)力與摩擦力(牽引力)的匹配,以保證車輛的平穩(wěn)和安全.當(dāng)緊急制動(dòng)車輪抱死的情況下,EBD在ABS動(dòng)作之前就已經(jīng)平衡了每一個(gè)輪胎的有效地面附著力,可以防止甩尾和側(cè)移,并縮短汽車制動(dòng)間隔.
b.和電子穩(wěn)定性程序ESP(Electronic Stability Program)系統(tǒng)集成,形成ABS/ASR/ ESP綜合控制系統(tǒng),可解除汽車制動(dòng)、起步和轉(zhuǎn)向時(shí)對駕駛員的高要求.ESP又稱汽車動(dòng)態(tài)控制VDC(Vehicle Dynamics Control).1995年,BOSCH推出基于ABS/ASR系統(tǒng)開發(fā)出的電子穩(wěn)定性程序ESP.ESP在吸收ABS/ASR優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,添加轉(zhuǎn)向傳感器、側(cè)滑傳感器、橫向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器等傳感器,具有啟動(dòng)對制動(dòng)力和汽車行駛方向進(jìn)行修正、補(bǔ)償?shù)墓δ?ESP通過對各傳感器傳來的車輛行駛狀態(tài)信息進(jìn)行分析,使ABS/ASR自動(dòng)地向一個(gè)或多個(gè)車輪施加制動(dòng)力,將車輛保持在駕駛者所選定的車道內(nèi),來幫助車輛維持動(dòng)態(tài)平衡.因此,可以使車輛在各種狀況下保持最佳的穩(wěn)定性,在轉(zhuǎn)向過度或轉(zhuǎn)向不足的情形下效果更加明顯.
c.和汽車巡航自動(dòng)控制ACC(Adaptive Cruise Control)系統(tǒng)集成,形成ABS/ASR/ACC綜合控制系統(tǒng),可解除汽車制動(dòng)、起步和保持安全車距方面對駕駛員的高要求.ACC裝置是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)汽車主動(dòng)安全技術(shù).裝備ACC裝置,可自動(dòng)根據(jù)主目標(biāo)車輛與主車車輛的相對間隔、相對速度和路面狀況參數(shù),判定主車的理想安全間隔,并實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)主車車速,使之實(shí)際車距不小于理想安全間隔,因而,可在較大程度上避免碰撞事故發(fā)生,具有良好的安全行駛效果.由于ABS/ASR和ACC都要用到相同的輪速采集系統(tǒng)、制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置以及發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)裝置,在汽車ABS/ASR集成裝置的硬件基礎(chǔ)上,添加一個(gè)車距傳感器及相應(yīng)的電磁閥即可實(shí)現(xiàn)ACC功能.因此ABS/ASR與ACC的集成,不僅可以降低本錢,而且可以進(jìn)步汽車的整體安全行駛性能.
與其他控制系統(tǒng)的信息交換和共享,進(jìn)步整體控制性能
隨著汽車電子化程度不斷進(jìn)步,汽車上ECU數(shù)目越來越多.為了進(jìn)步信號(hào)的利用率,要求大量的數(shù)據(jù)信息能在不同的ECU中共享,汽車綜合控制系統(tǒng)中大量的控制信號(hào)也需要實(shí)時(shí)交換.傳統(tǒng)的電器系統(tǒng)大多采用點(diǎn)對點(diǎn)的單一通訊方式,已遠(yuǎn)不能滿足這種需求.為此,總線技術(shù)被引人到汽車電控系統(tǒng)中.今后,ABS/ASR控制系統(tǒng)的開發(fā)將基于總線技術(shù)進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)與其他控制系統(tǒng)的信息共享.例如,利用CAN總線和SAE J1939,可以很輕易實(shí)現(xiàn)機(jī)械式自動(dòng)變速器AMT(Automatic Mechanical Transmission)和ABS/ASR之間的數(shù)據(jù)傳輸,實(shí)現(xiàn)資源共享.ABS采集的汽車輪速信號(hào),可以通過變換得到變速器的輸出軸轉(zhuǎn)速為AMT所用,可減少傳感器,降低控制系統(tǒng)的本錢.同時(shí),減少了插接件,使AMT和ABS/ASR系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性進(jìn)步.ABS工作時(shí),可向AMT發(fā)出控制信息,要求AMT掛空檔,進(jìn)步ABS的工作性能,使車輛制動(dòng)更平穩(wěn)、更有效.ASR工作時(shí)可要求AMT向上換檔減少力矩,使ASR的控制效果更好.ASR可使AMT避免在低附著路面起步和加速時(shí)出現(xiàn)反復(fù)換檔現(xiàn)象.因此,信息交換和共享可以使兩個(gè)控制系統(tǒng)的功能比它們單獨(dú)控制的功能更豐富和有效,使每個(gè)控制器的功能都更加完善,便于進(jìn)行更復(fù)雜的控制,為整車控制奠定基礎(chǔ).