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汽车制动器的最新发展

    九和 2022-10-02

精确停车是一项重要的自动车辆控制功能,在公交准确停靠、自动卡车或公交车加油以及自动交叉口或收费站停车等应用中至关重要。这项技术的初步应用最有可能应用于公共汽车或卡车等重型车辆。这种应用需要特别注意制动控制,因为重型车辆典型气动制动系统的特性具有固有的非线性和很大的不确定性。在传统气动制动系统的基础上提供平稳、精确的制动控制的可行性尚未得到证实。


车辆控制在自动公路系统(AHS)、车辆稳定性控制和驾驶员辅助等领域已有多年的研究。一些研究成果已被应用于支持现实世界中的驾驶员辅助应用,如自适应巡航控制、侧倾稳定控制和泊车辅助。然而,早期适应“真正”自动化的几个很好的候选者是重型车辆的应用,如自动化公共汽车快速运输,自动化卡车/集装箱堆场操作,重型车辆维护自动化,以及特种车辆的自动操作,如自动除雪。许多此类操作要求停车系统自动控制重型车辆平稳、精确地停车,其方式与经验丰富的操作员相同或更大。例如,精确停靠公共汽车、将自动卡车和拖车倒车至站台、为自动卡车或公共汽车加油以及在交叉口自动停车。


控制车辆完全停车是车辆纵向控制功能之一。尤其重要的是,公共汽车或卡车可以施加非常精准的制动控制,以便准确地停在指定的位置。以往对车辆纵向控制的研究大多集中在高速排班、自适应巡航控制和串稳定性等领域。与车辆停车或精准制动控制相关的工作仅限于防抱死制动系统(ABS)、车辆稳定性或配备液压制动器的乘用车。重型车辆精确停车控制器的设计尚未得到充分的研究,值得进一步研究。


此外,现在大多数公共汽车和卡车都配备了气动制动系统,使用压缩空气作为能源介质。从控制的角度来看,气动制动系统具有的几个特点,给控制设计造成了困难。首先,空气的可压缩性具有大的延迟性,这限制了系统带宽。其次,由于气压/空气流量的非线性关系,气动制动系统的动力学是高度非线性的。第三,气动制动系统与重型车辆纵向动力学耦合时,具有很大的不确定性。造成这些不确定性的因素有很多:由于制动释放而改变的供给压力、由于频繁制动而升高的制动温度、制动磨损、大负荷变化以及由于雨雪天气而改变的路面状况。即使存在所有这些潜在的缺点,自动制动控制系统仍然希望使用现有的气动制动器作为主要的停止控制手段,可以通过切换到制动控制命令或包括附加执行器来实现。使用现有的气动制动系统可以使自动车辆保持其所有的手动制动能力。保持“两用”的能力是早期自动化部署需求的常见需求偏好之一。文献中有关气动制动器的研究主要集中在ABS和故障诊断等领域。为了便于诊断,开发了一个可理解的制动模型,但是它对于控制设计来说过于复杂。在文献中,基于输入输出关系,建立了一个具有时滞的简化线性模型,用于高速纵向控制。最近与气动执行器控制(例如机器人运动控制)相关的文献表明,基于非线性模型的控制律比线性控制律具有更好的性能。气动制动系统的精确而易处理的非线性模型以及与之相关的自动化车辆高性能非线性模型控制设计尚未得到充分的研究。


从19世纪30年代起,蒸汽机车使用手动制动系统,其应用仍然是通过连杆和杠杆将铸铁制动蹄与铸铁车轮摩擦。


19世纪90年代末,充气轮胎的使用使外部制动蹄制动器过时。从而研制了收缩式带式制动器。它的工作原理是一条带作用于轮毂上。雨天刹车不太有效。灰尘经常被夹在衬片和轮毂之间,降低了制动效果。当车辆倒车时,带式制动器不工作。


制动系统接下来的发展是鼓式制动器的引进。1902年,路易雷诺首次使用机械操作鼓式制动器。由于制动蹄被封闭在制动鼓中,因此鼓式制动器不受灰尘和天气的影响。由于接合处的摩擦损失,机械鼓式制动器效率低下。运动部件的严重磨损需要经常维护,系统必须精心平衡,以向制动蹄提供相等、安全的制动力。


1904年,当一个液压系统被引入后轮制动器的操作时,Mutton宣告了制动技术的革命。


到1910年,大多数机动车在后轮上使用两个独立的制动操作机构:第一个是手动操纵杆系统,第二个是踏板操纵机械系统或踏板操纵液压系统。大约在这个时候前轮刹车也开始出现。四个轮子都有刹车的好处是可以减少停车距离。当汽车刹车时,汽车的大部分重量力被向前抛到前轮上,使得后刹车相对无效。


液压辅助“伺服制动器”的引入,以及1924年的“真空伺服”,导致了动力辅助制动系统的出现。20世纪30年代,液压系统逐渐被引入到车辆的所有制动系统中。


制动系统的下一个主要发展是盘式制动器的使用。虽然它最初是在20世纪初开发的,但在1951年的伦敦车展上被认为是一项“新发明”。


以前盘式制动器只用于摩托车、飞机和卡车,而不用于汽车。这一发展使制动工业发生了革命性的变化,以至于到了20世纪60年代,盘式制动器在英国和欧洲汽车中得到了广泛的应用


近年来的另一个主要发展是防抱死制动系统(ABS)。此系统防止车轮持续锁死。


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