第十章汽車制動(dòng)及其防抱系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

1、第十章第十章 汽車制動(dòng)及其防抱系汽車制動(dòng)及其防抱系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)統(tǒng)動(dòng)力學(xué)10.1 制動(dòng)系統(tǒng)功能及其評(píng)價(jià)指標(biāo)制動(dòng)系統(tǒng)功能及其評(píng)價(jià)指標(biāo)10.2 制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)10.3 制動(dòng)率制動(dòng)率,附著系統(tǒng)利用率附著系統(tǒng)利用率,品品質(zhì)系數(shù)質(zhì)系數(shù)10.4 制動(dòng)力分配制動(dòng)力分配10.5 制動(dòng)防抱系統(tǒng)及其控制動(dòng)力制動(dòng)防抱系統(tǒng)及其控制動(dòng)力學(xué)學(xué)第十章第十章 汽車制動(dòng)及其防抱系統(tǒng)汽車制動(dòng)及其防抱系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)10.1 制制動(dòng)系統(tǒng)功能及其評(píng)價(jià)指標(biāo)動(dòng)系統(tǒng)功能及其評(píng)價(jià)指標(biāo)10.2 制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)10.3 制制動(dòng)率動(dòng)率,附著系統(tǒng)利用率附著系統(tǒng)利用率,品質(zhì)系數(shù)品質(zhì)系數(shù)10.4 制制動(dòng)力分配動(dòng)力分配10.5 制制

2、動(dòng)防抱系統(tǒng)及其控制動(dòng)力學(xué)動(dòng)防抱系統(tǒng)及其控制動(dòng)力學(xué)返回返回10.1 制動(dòng)系統(tǒng)功能及評(píng)價(jià)指制動(dòng)系統(tǒng)功能及評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)10.1 制動(dòng)系統(tǒng)功能及評(píng)價(jià)指標(biāo)制動(dòng)系統(tǒng)功能及評(píng)價(jià)指標(biāo) 制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng) 是影響汽車行駛安全的重要部分。是影響汽車行駛安全的重要部分。 其功能是：其功能是： 1、減少行駛汽車的車速，必要時(shí)，可使其在、減少行駛汽車的車速，必要時(shí)，可使其在一定距離內(nèi)停車。一定距離內(nèi)停車。 2、在下長(zhǎng)坡時(shí)能維持一定車速。、在下長(zhǎng)坡時(shí)能維持一定車速。 3、對(duì)已停駛、對(duì)已停駛（特別是在坡道上停駛）的汽車，（特別是在坡道上停駛）的汽車，應(yīng)使其可靠地駐留原地不動(dòng)。應(yīng)使其可靠地駐留原地不動(dòng)。 回主目錄回主目錄一、制動(dòng)

3、系統(tǒng)原理一、制動(dòng)系統(tǒng)原理 作用在行駛汽車上的滾動(dòng)阻力、上坡作用在行駛汽車上的滾動(dòng)阻力、上坡阻力、空氣阻力都對(duì)汽車起制動(dòng)作用，但阻力、空氣阻力都對(duì)汽車起制動(dòng)作用，但這些外力的大小都是隨機(jī)的，不可控制的這些外力的大小都是隨機(jī)的，不可控制的,，這里所指的制動(dòng)系統(tǒng)是指在汽車上設(shè)置一這里所指的制動(dòng)系統(tǒng)是指在汽車上設(shè)置一套專門的裝置，由駕駛員操縱，對(duì)汽車進(jìn)套專門的裝置，由駕駛員操縱，對(duì)汽車進(jìn)行可控制的強(qiáng)制制動(dòng)。它由供能裝置、操行可控制的強(qiáng)制制動(dòng)。它由供能裝置、操縱機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和制動(dòng)器等部件組成，縱機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和制動(dòng)器等部件組成，較為完善的制動(dòng)系統(tǒng)還具有制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝較為完善的制動(dòng)系統(tǒng)還具有制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置

4、、制動(dòng)防抱死裝置、壓力保護(hù)裝置和報(bào)置、制動(dòng)防抱死裝置、壓力保護(hù)裝置和報(bào)警裝置等，圖警裝置等，圖10-1示出了一種轎車所用的示出了一種轎車所用的制動(dòng)系統(tǒng)。制動(dòng)系統(tǒng)?；刂髂夸浕刂髂夸泩D圖-圖圖10-1 表示轎車上所用的制動(dòng)系統(tǒng)表示轎車上所用的制動(dòng)系統(tǒng)回主目錄回主目錄二、制動(dòng)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)二、制動(dòng)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo) 由于汽車的制動(dòng)性能的優(yōu)劣直接影響行車的安全性，由于汽車的制動(dòng)性能的優(yōu)劣直接影響行車的安全性，故各國(guó)對(duì)制動(dòng)性能的評(píng)價(jià)和要求都制定了一些法規(guī)，表故各國(guó)對(duì)制動(dòng)性能的評(píng)價(jià)和要求都制定了一些法規(guī)，表-列出了一些國(guó)家對(duì)轎車行車制動(dòng)系的要求。列出了一些國(guó)家對(duì)轎車行車制動(dòng)系的要求。 由以上法規(guī)可見由以上法規(guī)

5、可見,制動(dòng)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有以下兩制動(dòng)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有以下兩項(xiàng)：項(xiàng)：（）制動(dòng)效能，即制動(dòng)距離與制動(dòng)減速度。（）制動(dòng)效能，即制動(dòng)距離與制動(dòng)減速度。（）制動(dòng)穩(wěn)定性，即制動(dòng)時(shí)汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)（）制動(dòng)穩(wěn)定性，即制動(dòng)時(shí)汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力（方向穩(wěn)定性）?；约笆マD(zhuǎn)向能力（方向穩(wěn)定性）。 此外制動(dòng)系統(tǒng)還應(yīng)有抗熱衰退、抗水衰退等恒定性此外制動(dòng)系統(tǒng)還應(yīng)有抗熱衰退、抗水衰退等恒定性要求，這里不予討論要求，這里不予討論?；刂髂夸浕刂髂夸浉鲊?guó)評(píng)價(jià)指標(biāo)各國(guó)評(píng)價(jià)指標(biāo) 項(xiàng)目項(xiàng)目 中國(guó)中國(guó) 歐洲共同體歐洲共同體(EEC)71/320 瑞瑞 典典 18 美國(guó)美國(guó) 聯(lián)邦聯(lián)邦 105 試驗(yàn)路面試驗(yàn)路面干

6、水泥路面干水泥路面附著良好附著良好=.SkidN081 載載 重重 滿載滿載一個(gè)駕駛員或滿載一個(gè)駕駛員或滿載任何載荷任何載荷輕、滿載輕、滿載 制動(dòng)初速制動(dòng)初速 km/h 30km/h80km/h96.54km/h(60mile/h)制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)時(shí)的 穩(wěn)定性穩(wěn)定性不許偏出不許偏出.7 m通道通道 不抱死跑偏不抱死跑偏 不抱死跑不抱死跑 偏偏不抱死跑偏不抱死跑偏.m(12ft) 制動(dòng)距離或制動(dòng)距離或 制動(dòng)減速度制動(dòng)減速度 50.7m 50.7m 5.8m/s5.8m/s65.8m(216ft) 踏板力踏板力 500N 490N 490N66.7667N(15150lb)回主目錄回主目錄表表10-1

7、10.2 制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué) 10.2.1 車輪上所受的制動(dòng)力車輪上所受的制動(dòng)力10.2 制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)10.2.1 車輪上所受的制動(dòng)力車輪上所受的制動(dòng)力 當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，踏板上的力經(jīng)過傳動(dòng)機(jī)當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，踏板上的力經(jīng)過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)至車輪的輪缸，將驅(qū)使車輪內(nèi)制動(dòng)器中元件（指摩構(gòu)至車輪的輪缸，將驅(qū)使車輪內(nèi)制動(dòng)器中元件（指摩擦片與制動(dòng)鼓或盤相對(duì)滑轉(zhuǎn)時(shí)）形成摩擦力矩擦片與制動(dòng)鼓或盤相對(duì)滑轉(zhuǎn)時(shí)）形成摩擦力矩T阻止阻止車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，稱這種作用在車輪上的摩擦力矩為制動(dòng)器車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，稱這種作用在車輪上的摩擦力矩為制動(dòng)器制動(dòng)力矩。由于車輪與路面間有附著作用，車輪對(duì)路制動(dòng)力矩。由

8、于車輪與路面間有附著作用，車輪對(duì)路面作用一個(gè)向前的周緣力面作用一個(gè)向前的周緣力也稱制動(dòng)器制動(dòng)力，其也稱制動(dòng)器制動(dòng)力，其大小為大小為rTF 回主目錄回主目錄地面制動(dòng)力、踏板力及地面附著力地面制動(dòng)力、踏板力及地面附著力三者之間的關(guān)系三者之間的關(guān)系式中式中 制動(dòng)器的摩擦力矩，制動(dòng)器的摩擦力矩，；車輪半徑，。車輪半徑，。同時(shí)路面對(duì)車輪作用一個(gè)向后的作用力同時(shí)路面對(duì)車輪作用一個(gè)向后的作用力，我們稱為地面制動(dòng)力。正是這個(gè)力由車輪經(jīng)車軸我們稱為地面制動(dòng)力。正是這個(gè)力由車輪經(jīng)車軸傳給車架和車身，迫使整個(gè)汽車產(chǎn)生一定的減速傳給車架和車身，迫使整個(gè)汽車產(chǎn)生一定的減速度，地面制動(dòng)力愈大，制動(dòng)減速度也愈大，制動(dòng)度，地

9、面制動(dòng)力愈大，制動(dòng)減速度也愈大，制動(dòng)距離就愈短。如忽略滾動(dòng)阻力偶和減速時(shí)的慣性距離就愈短。如忽略滾動(dòng)阻力偶和減速時(shí)的慣性力，則地面制動(dòng)力與力，則地面制動(dòng)力與應(yīng)有以下關(guān)系，即應(yīng)有以下關(guān)系，即 制動(dòng)器的制動(dòng)力與踏板力成正比，但地面制動(dòng)力制動(dòng)器的制動(dòng)力與踏板力成正比，但地面制動(dòng)力卻受車輪與地面間附著力卻受車輪與地面間附著力的限制，圖的限制，圖- -表示了三者的關(guān)系。表示了三者的關(guān)系。rTFb 回主目錄回主目錄圖圖-圖圖 10-2回主目錄回主目錄制動(dòng)力表達(dá)式制動(dòng)力表達(dá)式當(dāng)踏板力在當(dāng)踏板力在0p1之間時(shí)，有之間時(shí)，有地面制動(dòng)力等于制動(dòng)器制動(dòng)力。地面制動(dòng)力等于制動(dòng)器制動(dòng)力。當(dāng)踏板力大于當(dāng)踏板力大于p1時(shí)，

10、制動(dòng)器制動(dòng)力時(shí)，制動(dòng)器制動(dòng)力隨踏板力隨踏板力成正比例繼續(xù)增長(zhǎng)，而地面制動(dòng)力由于受地面附著力成正比例繼續(xù)增長(zhǎng)，而地面制動(dòng)力由于受地面附著力限制不再增長(zhǎng)，故有以下關(guān)系式：限制不再增長(zhǎng)，故有以下關(guān)系式： (10(10 1)1)即得到最大地面制動(dòng)力即得到最大地面制動(dòng)力 (10(10 2)2) 式中式中地面垂直反作用力地面垂直反作用力 附著系數(shù)附著系數(shù)回主目錄回主目錄.制動(dòng)距離與制動(dòng)減速制動(dòng)距離與制動(dòng)減速此時(shí)車輪即抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。此時(shí)車輪即抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。10.2.2 制動(dòng)距離與制動(dòng)減速制動(dòng)距離與制動(dòng)減速制動(dòng)距離是與行駛安全直接有關(guān)的一項(xiàng)制動(dòng)效能制動(dòng)距離是與行駛安全直接有關(guān)的一項(xiàng)制動(dòng)效能

11、指標(biāo)，制動(dòng)減速度是反映地面制動(dòng)力的大小，是決定指標(biāo)，制動(dòng)減速度是反映地面制動(dòng)力的大小，是決定制動(dòng)距離的一項(xiàng)重要因素，通常，制動(dòng)距離是指駕駛制動(dòng)距離的一項(xiàng)重要因素，通常，制動(dòng)距離是指駕駛員開始踩踏板到完全停車的距離，這個(gè)距離可從分析員開始踩踏板到完全停車的距離，這個(gè)距離可從分析制動(dòng)過程中求得。圖制動(dòng)過程中求得。圖畫出了制動(dòng)過程中的汽畫出了制動(dòng)過程中的汽車減速度車減速度 、行駛速度和行駛距離的時(shí)間歷程、行駛速度和行駛距離的時(shí)間歷程 。圖。圖(a)為經(jīng)過簡(jiǎn)化后的制動(dòng)減速度曲線。對(duì)這一加為經(jīng)過簡(jiǎn)化后的制動(dòng)減速度曲線。對(duì)這一加速度求其時(shí)間積分，即可得到速度時(shí)間歷程。再積分速度求其時(shí)間積分，即可得到速度時(shí)

12、間歷程。再積分得到制動(dòng)過程所走的路程，圖得到制動(dòng)過程所走的路程，圖(b)和和(c)所示。所示。按圖按圖(c)停車距離是由相應(yīng)于時(shí)間停車距離是由相應(yīng)于時(shí)間回主目錄回主目錄圖圖10-3 在制動(dòng)過程中，汽車減速度，行駛速在制動(dòng)過程中，汽車減速度，行駛速度，和行駛距離的時(shí)間歷程度，和行駛距離的時(shí)間歷程回主目錄回主目錄間隔為間隔為、的四段距離的四段距離s0、 s1、 s2、 s3組組成。成。是駕駛員接到制動(dòng)停車信號(hào)后的反應(yīng)時(shí)間，一般需是駕駛員接到制動(dòng)停車信號(hào)后的反應(yīng)時(shí)間，一般需.秒，這與駕駛員反應(yīng)快慢和不同處境有關(guān)，這段時(shí)秒，這與駕駛員反應(yīng)快慢和不同處境有關(guān)，這段時(shí)間內(nèi)，汽車仍以原來的速度間內(nèi)，汽車仍以

13、原來的速度v0行駛。在反應(yīng)時(shí)間行駛。在反應(yīng)時(shí)間之后是從之后是從加速踏板移到制動(dòng)踏板所需的換位時(shí)間加速踏板移到制動(dòng)踏板所需的換位時(shí)間.s以及以及為消除制動(dòng)裝置中的間隙和彈性所需的接合時(shí)間，然后才開始為消除制動(dòng)裝置中的間隙和彈性所需的接合時(shí)間，然后才開始制動(dòng)壓力的增長(zhǎng)，這些時(shí)間的總和為制動(dòng)壓力的增長(zhǎng)，這些時(shí)間的總和為，可取，可取.s，在這段時(shí)間內(nèi)，一旦駕駛員將腳從加速踏板移開后，由，在這段時(shí)間內(nèi)，一旦駕駛員將腳從加速踏板移開后，由回主目錄回主目錄反應(yīng)時(shí)間分析反應(yīng)時(shí)間分析于發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力矩和汽車行駛阻力，于發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力矩和汽車行駛阻力，將會(huì)出現(xiàn)一定的減速度將會(huì)出現(xiàn)一定的減速度 ax1，約為，約為0.5

14、1.5s之間，之后隨著駕駛員踩踏板的動(dòng)作，踏之間，之后隨著駕駛員踩踏板的動(dòng)作，踏板力迅速增大，制動(dòng)力也隨之增大到最大板力迅速增大，制動(dòng)力也隨之增大到最大(圖圖3(a)中中點(diǎn)點(diǎn))。這。這段時(shí)間段時(shí)間稱之為制動(dòng)器增力時(shí)間稱之為制動(dòng)器增力時(shí)間(約為約為0.2s)，減速度增大至，減速度增大至 ax2，速度減至，速度減至v2。由。由點(diǎn)到點(diǎn)到點(diǎn)，即汽車停止時(shí)的時(shí)間為全點(diǎn)，即汽車停止時(shí)的時(shí)間為全制動(dòng)時(shí)間制動(dòng)時(shí)間 ，此時(shí)減速度保持，此時(shí)減速度保持ax2，速度由，速度由v2降至零，所需降至零，所需距離距離s3，從，從點(diǎn)到點(diǎn)到點(diǎn)為制動(dòng)力消除時(shí)間約為點(diǎn)為制動(dòng)力消除時(shí)間約為0.20.21.4s1.4s之間之間, ,這

15、段時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)耽誤隨后起步行駛的時(shí)間。從以上分析可見，這段時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)耽誤隨后起步行駛的時(shí)間。從以上分析可見，制動(dòng)距離是停車距離的一部分。制動(dòng)距離是停車距離的一部分?；刂髂夸浕刂髂夸浲＼嚲嚯x計(jì)算停車距離計(jì)算 根據(jù)圖根據(jù)圖- -不難算出其停車距離不難算出其停車距離 s=ss=s0 0+s+s1 1 +s+s2 2+s+s3 3=v=v0 0TT0 0+T+T1 1+T+T2 2/2-(a/2-(ax1x1T T1 1)/(a)/(ax2x2T T2 2)+v)+v0 0/(2a/(2ax2x2)-)- a ax2x2T T2 2/24+(a/24+(ax1x1T T1 1/24)(4+6T/24)(

16、4+6T2 2/T/T1 1-3a-3ax1x1/a/ax2x2) (10-3) (10-3) 通常，由發(fā)動(dòng)機(jī)阻力矩引起的減速度通常，由發(fā)動(dòng)機(jī)阻力矩引起的減速度a ax1x1和式和式(10-3)(10-3)中最后中最后三項(xiàng)可忽略不計(jì)，簡(jiǎn)化后的停車距離為三項(xiàng)可忽略不計(jì)，簡(jiǎn)化后的停車距離為 s=vs=v0 0TT0 0+T+T1 1+T+T2 2/2-(a/2-(ax1x1T T1 1)/(a)/(ax2x2T T2 2)+v)+v0 0/(2a/(2ax2x2) (10-4) (10-4)在不計(jì)在不計(jì)a ax1x1的停車時(shí)間為的停車時(shí)間為 T=TT=T0 0+T+T1 1+T+T2 2/2+v/

17、2+v0 0/2a/2ax2x2 (10-5) (10-5)簡(jiǎn)化計(jì)算帶來的誤差在簡(jiǎn)化計(jì)算帶來的誤差在0.46%0.46%0.66%0.66%范圍內(nèi)，在工程上是允范圍內(nèi)，在工程上是允許的。許的?；刂髂夸浕刂髂夸?0.3 制動(dòng)率、附著系數(shù)利用率，品制動(dòng)率、附著系數(shù)利用率，品質(zhì)因數(shù)質(zhì)因數(shù)10.3 制動(dòng)率，附著系數(shù)利用率，品質(zhì)因數(shù)制動(dòng)率，附著系數(shù)利用率，品質(zhì)因數(shù)為了評(píng)價(jià)制動(dòng)強(qiáng)度，引入制動(dòng)率為了評(píng)價(jià)制動(dòng)強(qiáng)度，引入制動(dòng)率Z的概念，它是制動(dòng)力與的概念，它是制動(dòng)力與汽車重力之比。汽車重力之比。Z=FZ=Fb b/G/Ga a=(F=(Fb1b1+F+Fb2b2) )如果此制動(dòng)力產(chǎn)生減速度如果此制動(dòng)力產(chǎn)生減速度

18、dv/dtdv/dt，考慮到，考慮到G Ga a=mg,=mg,則則Z=(dv/dt)/gZ=(dv/dt)/g(10-6)(10-6)這是一個(gè)無(wú)量綱的評(píng)價(jià)制動(dòng)強(qiáng)度的數(shù)值，在歐洲共同體法這是一個(gè)無(wú)量綱的評(píng)價(jià)制動(dòng)強(qiáng)度的數(shù)值，在歐洲共同體法規(guī)中也已采用，規(guī)中也已采用，Z Z在有的文獻(xiàn)中還稱為相對(duì)減速度或制動(dòng)強(qiáng)度在有的文獻(xiàn)中還稱為相對(duì)減速度或制動(dòng)強(qiáng)度的。的。上面已經(jīng)提到，地面制動(dòng)力由于受到附著力限制，其最大上面已經(jīng)提到，地面制動(dòng)力由于受到附著力限制，其最大回主目錄回主目錄制動(dòng)率、附著系數(shù)利用率定義制動(dòng)率、附著系數(shù)利用率定義值為值為 F Fbmaxbmax=G=Ga a=F=Fz z故最大制動(dòng)率為故最

19、大制動(dòng)率為Z Zbmaxbmax=在一般情況下，制動(dòng)力小于最大制動(dòng)力，故其制動(dòng)率小于在一般情況下，制動(dòng)力小于最大制動(dòng)力，故其制動(dòng)率小于?，F(xiàn)定義汽車達(dá)到的制動(dòng)率與峰值附著系數(shù)現(xiàn)定義汽車達(dá)到的制動(dòng)率與峰值附著系數(shù)H H之比為附著之比為附著系數(shù)利用率系數(shù)利用率，則有，則有 Z/Z/H H1 (10-7)1 (10-7)前、后輪所能達(dá)到的附著系數(shù)利用率取決于輪胎與路面間前、后輪所能達(dá)到的附著系數(shù)利用率取決于輪胎與路面間的附著特性及制動(dòng)力在各輪分配，還取決于駕駛員對(duì)制動(dòng)系的的附著特性及制動(dòng)力在各輪分配，還取決于駕駛員對(duì)制動(dòng)系的操縱，只有在四個(gè)車輪都是在操縱，只有在四個(gè)車輪都是在-曲線上峰值曲線上峰值H

20、H情況下制動(dòng)情況下制動(dòng)回主目錄回主目錄品質(zhì)因數(shù)定義品質(zhì)因數(shù)定義時(shí)才能使時(shí)才能使=1=1。這是一種理想情況，此時(shí)制動(dòng)率稱為理想制動(dòng)。這是一種理想情況，此時(shí)制動(dòng)率稱為理想制動(dòng)率率Z=ZZ=ZI I。汽車所能達(dá)到的最大制動(dòng)率與理想制動(dòng)率之比，稱為。汽車所能達(dá)到的最大制動(dòng)率與理想制動(dòng)率之比，稱為制動(dòng)系統(tǒng)的品質(zhì)系數(shù)制動(dòng)系統(tǒng)的品質(zhì)系數(shù)maxmax。 maxmax=Z=Zmaxmax/Z/ZI I=Z=Zmaxmax/H H (10-8) (10-8)品質(zhì)系數(shù)愈高，制動(dòng)距離就愈短，但從安全性角度出發(fā)，品質(zhì)系數(shù)愈高，制動(dòng)距離就愈短，但從安全性角度出發(fā)，品質(zhì)系數(shù)還不是用來判斷制動(dòng)系數(shù)性能的充分條件，因?yàn)樗鼪]品質(zhì)

21、系數(shù)還不是用來判斷制動(dòng)系數(shù)性能的充分條件，因?yàn)樗鼪]有考慮制動(dòng)穩(wěn)定性。特別是制動(dòng)轉(zhuǎn)彎時(shí)，品質(zhì)系數(shù)高會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)有考慮制動(dòng)穩(wěn)定性。特別是制動(dòng)轉(zhuǎn)彎時(shí)，品質(zhì)系數(shù)高會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性變差，從而對(duì)安全不利。定性變差，從而對(duì)安全不利。 品質(zhì)系數(shù)與附著系數(shù)利用率不同，它不包含駕駛員的影品質(zhì)系數(shù)與附著系數(shù)利用率不同，它不包含駕駛員的影回主目錄回主目錄10.4制動(dòng)力分配制動(dòng)力分配.理想制動(dòng)力分配理想制動(dòng)力分配響，與駕駛員是否用高的減速度制動(dòng)無(wú)關(guān)。響，與駕駛員是否用高的減速度制動(dòng)無(wú)關(guān)。 理想情況下所能達(dá)到的最短停車距離可用理想情況下所能達(dá)到的最短停車距離可用s s1d1d來表示，此來表示，此時(shí)減速度時(shí)減速度a ax x= =

22、hhg g。1d1d= =v v0 0(T(T0 0+T+T1 1+T+T2 2/2)+v/2)+v0 0/(2/(2hhg) (10-9)g) (10-9)10.4 制動(dòng)力分配制動(dòng)力分配前、后輪動(dòng)力分配直接影響到附著條件的利用率和穩(wěn)定性問題前、后輪動(dòng)力分配直接影響到附著條件的利用率和穩(wěn)定性問題，是設(shè)計(jì)制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)必須重視的問題，要妥善的處理和解決。，是設(shè)計(jì)制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)必須重視的問題，要妥善的處理和解決。10.4.1 理想制動(dòng)力分配理想制動(dòng)力分配回主目錄回主目錄圖圖 10-4 示示出出了了制制動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)作作用用在在汽汽車車上上的的力力。 設(shè)設(shè) 制制 動(dòng)動(dòng) 時(shí)時(shí) 減減 速速 度度 為為adtdv ，

23、則則 慣慣 性性 力力 為為ZGgaGma 。此此慣慣性性力力作作用用在在汽汽車車質(zhì)質(zhì)心心上上，造造成成前前、后后輪輪法法向向反反作作用用力力的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移。若若忽忽略略汽汽車車的的滾滾動(dòng)動(dòng)阻阻力力偶偶、空空氣氣阻阻力力及及旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)質(zhì)質(zhì)量量的的慣慣性性矩矩，則則有有如如下下方方程程式式 ZGFF2b1b 對(duì)對(duì)前前、后后輪輪接接地地點(diǎn)點(diǎn)求求力力矩矩后后可可得得 )Zhl (lGF)Zhl (lGFga2zgb1z 回主目錄回主目錄圖圖10-4 作用在制動(dòng)汽車上的力作用在制動(dòng)汽車上的力回主目錄回主目錄上式表示前輪法向力隨上式表示前輪法向力隨 Z 的增大而增大，而后輪法向力的增大而增大，而后輪法向力隨

24、隨 Z 的增大而減小，因而前、后制動(dòng)力應(yīng)是的增大而減小，因而前、后制動(dòng)力應(yīng)是 Z 的函數(shù)，其分的函數(shù)，其分配比例也應(yīng)隨配比例也應(yīng)隨 Z值而變。值而變。 前已指出，制動(dòng)時(shí)前后輪同時(shí)抱死，同時(shí)達(dá)到附著極限，前已指出，制動(dòng)時(shí)前后輪同時(shí)抱死，同時(shí)達(dá)到附著極限，應(yīng)是設(shè)計(jì)中追求的理想目標(biāo)， 此時(shí)的分配特性應(yīng)是理想的制動(dòng)應(yīng)是設(shè)計(jì)中追求的理想目標(biāo)， 此時(shí)的分配特性應(yīng)是理想的制動(dòng)力分配特性。力分配特性。 設(shè)前后制動(dòng)率都達(dá)到最大，設(shè)前后制動(dòng)率都達(dá)到最大，Zmax，此時(shí)前后制動(dòng)力應(yīng)，此時(shí)前后制動(dòng)力應(yīng)為為 GFFFF10)-(10 hlhlFF)hl (lGFF)hl (lGFF2Z1Z21gagb21ga2Z2gb

25、1Z1 回主目錄回主目錄消去變量，得消去變量，得 11)-(10 )F2hG(FGlh4lhG21F1g1g2bg2 或或 12)-(10 )GFh2l(GFhl)h2l(GF1gb1g2gb2 根據(jù)這一方程可畫出根據(jù)這一方程可畫出GF1 與與GF2 的曲線， 這是一根的曲線， 這是一根二次拋物線如圖二次拋物線如圖 10-5 所示。所示。這一曲線即為前、后這一曲線即為前、后輪同時(shí)抱死時(shí)，前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的分配的理想輪同時(shí)抱死時(shí)，前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的分配的理想曲線，簡(jiǎn)稱曲線，簡(jiǎn)稱 I 線。線。 應(yīng)當(dāng)指出，應(yīng)當(dāng)指出，I 線是踏板力增長(zhǎng)到前、后輪同時(shí)線是踏板力增長(zhǎng)到前、后輪同時(shí)抱死拖滑時(shí)制動(dòng)力分配

26、曲線，車輪抱死時(shí)，有抱死拖滑時(shí)制動(dòng)力分配曲線，車輪抱死時(shí)，有 回主目錄回主目錄圖圖10-5圖圖10-5 在制動(dòng)力分配簡(jiǎn)圖中的特征線：制動(dòng)率常數(shù)線，在制動(dòng)力分配簡(jiǎn)圖中的特征線：制動(dòng)率常數(shù)線，摩擦系數(shù)常數(shù)線，制動(dòng)力固定分配線摩擦系數(shù)常數(shù)線，制動(dòng)力固定分配線回主目錄回主目錄22xb211xb1FFFFFF 所所以以它它也也是是 Fxb1和和 Fxb，F(xiàn)1和和 F的的關(guān)關(guān)系系曲曲線線。 而而目目前前汽汽車車前前、后后制制動(dòng)動(dòng)器器制制動(dòng)動(dòng)沒沒能能按按 I 線線要要求求分分配配，而而是是按按固固定定的的比比值值分分配配。 10.4.2 具具有有固固定定比比值值的的前前、后后制制動(dòng)動(dòng)器器制制 動(dòng)動(dòng)力力同同步

27、步附附著著系系數(shù)數(shù) 目目前前大大多多數(shù)數(shù)兩兩軸軸汽汽車車的的前前、后后制制動(dòng)動(dòng)器器制制動(dòng)動(dòng)力力之之比比是是由由前前后后缸缸直直徑徑的的比比值值來來確確定定，是是一一固固定定值值，常常用用前前制制動(dòng)動(dòng)器器制制動(dòng)動(dòng)力力與與汽汽車車制制動(dòng)動(dòng)系系總總制制動(dòng)動(dòng)力力之之比比來來表表示示，稱稱為為制制動(dòng)動(dòng)器器制制動(dòng)動(dòng)力力分分配配系系數(shù)數(shù)，用用符符號(hào)號(hào)表表示示，即即 回主目錄回主目錄13)-(10 F1F1FF F)1 (F FFF F/F 12211211 或或 若將若將12FF 關(guān)系用圖形表示，則為一通過坐標(biāo)關(guān)系用圖形表示，則為一通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。原點(diǎn)的直線。 此直線斜率為此直線斜率為 tg=(1-)/

28、，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱線，把線，把線畫在圖線畫在圖 10-5 上， 圖中上， 圖中線與線與 I 線的交點(diǎn)， 對(duì)應(yīng)線的交點(diǎn)， 對(duì)應(yīng)某附著系數(shù)，稱之為同步附著系數(shù)某附著系數(shù)，稱之為同步附著系數(shù)0。 回主目錄回主目錄其其意意義義是是具具有有前前、 后后制制動(dòng)動(dòng)力力固固定定比比值值的的汽汽車車在在此此同同步步附附著著系系數(shù)數(shù)的的路路面面上上，可可達(dá)達(dá)到到前前、后后輪輪同同步步抱抱死死的的理理想想效效果果。 利利用用線線與與 I 線線對(duì)對(duì)照照?qǐng)D圖， 可可分分析析在在各各種種路路面面上上制制動(dòng)動(dòng)情情況況，此此時(shí)時(shí)還還應(yīng)應(yīng)畫畫出出另另外外的的兩兩組組曲曲線線，即即 f 線線組組的的 r 線線組組。 f 線線組組是是假

29、假定定后后輪輪沒沒抱抱死死，在在各各種種值值路路面面上上前前輪輪抱抱死死時(shí)時(shí) Fxb1和和 Fxb2關(guān)關(guān)系系；r 線線組組是是假假定定前前輪輪沒沒抱抱死死，在在各各種種值值路路面面上上后后輪輪抱抱死死時(shí)時(shí) Fxb1和和 Fxb2關(guān)關(guān)系系。先先求求 f 線線組組。 回主目錄回主目錄前輪抱死前輪抱死 1Z1xbFF 代入代入2xb1xbxbFFF 此式表明不同此式表明不同值有不同的直線值有不同的直線 gb2xbgg2xbhGlFhhlF 當(dāng)當(dāng) Fxb1=0 時(shí)，時(shí)，gb2xbhGl F ，這說明諸線均通過這說明諸線均通過(0, gbhGl )點(diǎn)。點(diǎn)。 當(dāng)當(dāng) Fxb2=0 時(shí)，時(shí)，gb1xbhlGl

30、F ，是隨是隨而變。而變。 r 線組線組 當(dāng)后輪抱死時(shí)當(dāng)后輪抱死時(shí))lhFlGl(FFgxba2z2xb 回主目錄回主目錄代代入入2xb1xbxbFFF ，經(jīng)經(jīng)整整理理后后可可得得 ga1xbgg2xbhlGlFhlhF 當(dāng)當(dāng) Fxb2=0 Fxb1=Gahg與與值值無(wú)無(wú)關(guān)關(guān)。 當(dāng)當(dāng) Fxb1=0 ga2xbhlGlF 隨隨而而變變。 結(jié)結(jié)果果如如圖圖 1 10 0- -6 6 所所示示，利利用用線線，I 線線，f 線線和和 r 線線組組對(duì)對(duì)照照可可以以分分析析汽汽車車的的制制動(dòng)動(dòng)過過程程，結(jié)結(jié)果果如如下下。 回主目錄回主目錄1.當(dāng)當(dāng)0，線線位位于于 I 上上方方，地地面面制制動(dòng)動(dòng)力力沿沿線線

31、上上升升先先與與 r r 線線相相交交，然然后后與與 I I 線線相相交交，結(jié)結(jié)果果制制動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)總總是是后后輪輪先先抱抱死死。 3 3. .當(dāng)當(dāng)=0，線線與與 I 線線相相交交，地地面面制制動(dòng)動(dòng)力力沿沿線線上上升升只只與與 I 線線相相交交，故故前前后后輪輪同同時(shí)時(shí)抱抱死死，此此時(shí)時(shí)減減速速度度為為0g。 回主目錄回主目錄圖圖10-6 不同不同 值路面上汽車制動(dòng)過程的分析值路面上汽車制動(dòng)過程的分析回主目錄回主目錄10.4.3附著系數(shù)附著系數(shù)-滑移率曲線對(duì)制動(dòng)的影響滑移率曲線對(duì)制動(dòng)的影響 10.4.3 附著系數(shù)滑移率曲線對(duì)制動(dòng)附著系數(shù)滑移率曲線對(duì)制動(dòng) 的影響的影響 圖圖 10-7 示出了一個(gè)制動(dòng)

32、過程，它發(fā)生在附著示出了一個(gè)制動(dòng)過程，它發(fā)生在附著 系數(shù)系數(shù)=0.8 的路面上，由于采用固定比值的制動(dòng)的路面上，由于采用固定比值的制動(dòng) 器， 故制動(dòng)力首先沿器， 故制動(dòng)力首先沿線上升至線上升至 1 點(diǎn)，點(diǎn)， 前前輪即抱死，輪即抱死， 如駕駛員繼續(xù)施力于踏板， 則制動(dòng)力將從點(diǎn)如駕駛員繼續(xù)施力于踏板， 則制動(dòng)力將從點(diǎn) 1 移到移到 2 點(diǎn)點(diǎn)，使后軸也抱死，如果前軸的附著系數(shù)滑動(dòng)率使后軸也抱死，如果前軸的附著系數(shù)滑動(dòng)率 曲線是在曲線是在H H， 然后到前軸抱死時(shí)降到， 然后到前軸抱死時(shí)降到G G（H H=0.8,=0.8, G G=0.75=0.75）如圖）如圖 1010- -8 8 所示，則從所示

33、，則從 1 1 點(diǎn)移至點(diǎn)移至 3 3 點(diǎn)與點(diǎn)與 理想分配曲線相交，其制動(dòng)率也將是理想分配曲線相交，其制動(dòng)率也將是 0.750.75，而不，而不 是是 0.80.8。圖中。圖中 Z Zkritkrit=0.9=0.9 為臨界制動(dòng)率，它由固定制為臨界制動(dòng)率，它由固定制 動(dòng)力分配動(dòng)力分配曲線與拋物線的交點(diǎn)確定。曲線與拋物線的交點(diǎn)確定。 回主目錄回主目錄圖圖10-7 制動(dòng)時(shí)的抱死過程制動(dòng)時(shí)的抱死過程圖圖10-7 制動(dòng)時(shí)的抱死過程制動(dòng)時(shí)的抱死過程 當(dāng)附著摩擦系數(shù)當(dāng)附著摩擦系數(shù)H H=0.8=0.8時(shí)，前軸在時(shí)，前軸在1 1點(diǎn)處抱死，此時(shí)制動(dòng)率點(diǎn)處抱死，此時(shí)制動(dòng)率Z=0.77Z=0.77。如果進(jìn)一步增強(qiáng)制

34、動(dòng)，則后軸在如果進(jìn)一步增強(qiáng)制動(dòng)，則后軸在2 2點(diǎn)處也抱死，最大可能達(dá)到的制動(dòng)率點(diǎn)處也抱死，最大可能達(dá)到的制動(dòng)率為為Z=0.8Z=0.8。如果摩擦系數(shù)。如果摩擦系數(shù)G G 小于附著摩擦系數(shù)小于附著摩擦系數(shù)H H，則最大可能的制動(dòng)，則最大可能的制動(dòng)減速率也下降，本例中降到點(diǎn)減速率也下降，本例中降到點(diǎn)3 3處處Z=0.75Z=0.75回主目錄回主目錄圖圖10-8 不同輪胎不同輪胎-道路組合的道路組合的-滑動(dòng)曲線滑動(dòng)曲線圖圖10-8 不同輪胎不同輪胎-道路組合的道路組合的-滑動(dòng)曲線滑動(dòng)曲線回主目錄回主目錄10.4.4 載載 荷荷 影影 響響 汽汽車車 載載荷荷增增大大時(shí)時(shí)， 根根據(jù)據(jù)式式(10-12)

35、拋拋物物 線線在在原原點(diǎn)點(diǎn)斜斜率率增增 大大，滿滿載載時(shí)時(shí)理理想想制制動(dòng)動(dòng)力力分分配配 曲曲線線要要比比空空載載時(shí)時(shí)高高 ，而而固固定定的的制制動(dòng)動(dòng)力力分分配配曲曲線線 沒沒有有改改變變，因因而而拋拋 物物線線與與固固定定制制動(dòng)動(dòng)力力分分配配直直線線 之之間間距距離離加加大大使使汽汽 車車在在較較多多的的附附著著系系數(shù)數(shù)區(qū)區(qū)域域內(nèi)內(nèi) 前前軸軸先先抱抱死死且且較較后后軸軸過過早早抱抱死死， 不不利利于于縮縮短短制制動(dòng)動(dòng)距距離離，故故 ECE 法法規(guī)規(guī) 13 規(guī)規(guī)定定拋拋物物線線與與固固定定制制動(dòng)動(dòng)力力分分配配曲曲 線線 之之 間間 距距 不不 得得 超超 過過 某某 一一 規(guī)規(guī) 定定 值值 ：

36、Z 0.1+0.85( - -0 0. .2 2) ) 這這 個(gè)個(gè) 式式子子 表表明明 ，所所 設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 的的制制 動(dòng)動(dòng) 力力分分 配配曲曲 線線不不得得低低于于一一條條下下限限曲曲線線( (滿滿載載狀狀態(tài)態(tài) ECE13 的的規(guī)規(guī)定定 的的 極極 限限 曲曲 線線 )， 見見 圖圖 10-9。 回主目錄回主目錄圖圖10-9回主目錄回主目錄 為為了了使使實(shí)實(shí)際際制制動(dòng)動(dòng)力力分分配配曲曲線線接接近近理理想想分分配配曲曲線線，有有以以下下途途徑徑。 1. 用用限限壓壓閥閥和和感感載載限限壓壓閥閥（圖圖-） 。 2. 用用比比例例閥閥和和感感載載比比例例閥閥（圖圖-） 。 3. 用用制制動(dòng)動(dòng)防防抱抱裝

37、裝置置，詳詳見見下下節(jié)節(jié)。 回主目錄回主目錄圖圖10-10 圖圖10-10 限壓閥及其靜特性限壓閥及其靜特性 (a)結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)；(b)特性曲線特性曲線1閥蓋；閥蓋；2閥門；閥門；3活塞；活塞；4活塞密封圈；活塞密封圈；5彈簧；彈簧；6閥體；閥體；滿載理想特性；滿載理想特性； 空載理想特性空載理想特性回主目錄回主目錄 圖圖10-11 比例閥的原理及靜特性比例閥的原理及靜特性 (a)結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)；(b)特性曲線特性曲線 1閥門；閥門；2活塞；活塞；3彈簧彈簧 滿載理想特性；滿載理想特性； 空載理想特性空載理想特性回主目錄回主目錄10.5 制動(dòng)防抱系統(tǒng)及其控制動(dòng)力學(xué)制動(dòng)防抱系統(tǒng)及其控制動(dòng)力學(xué)10.5

38、制制動(dòng)動(dòng)防防抱抱系系統(tǒng)統(tǒng)及及其其控控制制動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué) 10.5.1 制制動(dòng)動(dòng)防防抱抱裝裝置置(ABS)的的構(gòu)構(gòu)成成及及功功用用 汽汽車車制制動(dòng)動(dòng)系系中中裝裝置置自自動(dòng)動(dòng)防防抱抱裝裝置置(Antilock Braking System,簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱稱 ABS)。其其目目的的是是使使汽汽車車在在緊緊急急制制動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)，防防止止車車輪輪完完全全抱抱死死， 充充分分利利用用輪輪胎胎與與地地面面間間的的峰峰值值附附著著系系數(shù)數(shù)和和高高的的側(cè)側(cè)向向力力系系數(shù)數(shù)，使使汽汽車車制制動(dòng)動(dòng)減減速速度度提提高高，制制動(dòng)動(dòng)距距離離縮縮短短，保保證證汽汽車車制制動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)的的方方向向穩(wěn)穩(wěn)定定性性， 也也即即使使后后軸軸不不側(cè)側(cè)滑

39、滑， 前前輪輪保保持持良良好好的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向能能力力， 從從而而避避免免了了因因側(cè)側(cè)滑滑和和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向失失控控引引起起的的交交通通事事故故，有有利利于于行行駛駛安安全全性性(主主動(dòng)動(dòng)安安全全性性)。制制動(dòng)動(dòng)防防抱抱裝裝置置有有電電子子控控制制式式和和機(jī)機(jī)械械式式兩兩大大類類， 目目前前用用的的最最多多的的是是電電子子控控制制防防抱抱裝裝置置，下下面面主主要要討討論論這這一一系系統(tǒng)統(tǒng)。 回主目錄回主目錄10.5.1 制動(dòng)防抱裝置的構(gòu)成及制動(dòng)防抱裝置的構(gòu)成及電電子子防防抱抱制制動(dòng)動(dòng)系系統(tǒng)統(tǒng)與與傳傳統(tǒng)統(tǒng)的的制制動(dòng)動(dòng)系系統(tǒng)統(tǒng)組組成成上上不不同同之之處處就就在在于于它它增增加加了了以以下下裝裝置置： （）

40、車車輪輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速采采集集裝裝置置； （） 電電子子控控制制裝裝置置； （） 執(zhí)執(zhí)行行裝裝置置； （） 警警報(bào)報(bào)裝裝置置。 它它們們?cè)谠谲囓嚿仙系牡牟疾贾弥萌缛鐖D圖 10-12 所所示示。 回主目錄回主目錄圖圖 10-12回主目錄回主目錄 1.車車輪輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速采采集集裝裝置置是是由由轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速傳傳感感器器和和齒齒形形轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子組組成成，其其作作用用是是獲獲得得車車輪輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速的的信信號(hào)號(hào)，由由圖圖 10-13 可可見見，前前輪輪上上齒齒形形轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子裝裝在在輪輪轂轂上上和和車車輪輪一一起起轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速傳傳感感器器裝裝置置在在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向節(jié)節(jié)上上。車車輪輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)，傳傳感感器器產(chǎn)產(chǎn)生生與與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速

41、相相應(yīng)應(yīng)的的脈脈沖沖信信號(hào)號(hào)，單單位位時(shí)時(shí)間間的的脈脈沖沖數(shù)數(shù)與與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速成成正正比比，這這束束信信息息傳傳到到電電子子控控制制裝裝置置加加以以處處理理。在在發(fā)發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)前前置置、后后輪輪驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)的的轎轎車車中中往往往往將將轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速采采集集裝裝置置安安裝裝在在驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)軸軸前前端端，其其齒齒形形轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子裝裝在在主主動(dòng)動(dòng)錐錐齒齒輪輪軸軸上上， 如如圖圖 10-14 所所示示。 回主目錄回主目錄圖圖10-13 ABS的轉(zhuǎn)速傳感器安裝在前軸上的轉(zhuǎn)速傳感器安裝在前軸上(Mercedes-Benz)圖圖10-13 ABS的轉(zhuǎn)速傳感器安裝在前軸上的轉(zhuǎn)速傳感器安裝在前軸上(Mercedes-Benz)回主目錄

42、回主目錄圖圖10-14 ABS的轉(zhuǎn)速傳感器安裝在后軸圓錐齒輪上的轉(zhuǎn)速傳感器安裝在后軸圓錐齒輪上(Mercedes-Benz)回主目錄回主目錄2.電電子子控控制制裝裝置置。它它有有三三個(gè)個(gè)組組成成部部分分，即即相相位位閉閉環(huán)環(huán)，計(jì)計(jì)算算部部分分和和邏邏輯輯處處理理部部分分。 相相位位閉閉環(huán)環(huán)把把經(jīng)經(jīng)過過輸輸入入放放大大器器放放大大的的反反映映車車輪輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速的的輸輸入入脈脈沖沖變變成成數(shù)數(shù)字字，同同時(shí)時(shí)濾濾掉掉車車輪輪和和軸軸振振動(dòng)動(dòng)引引起起的的高高頻頻噪噪聲聲， 輸輸出出車車輪輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速信信號(hào)號(hào) vw和和輪輪速速變變化化信信號(hào)號(hào)vw；計(jì)計(jì)算算部部分分接接收收上上述述 vw和和vw數(shù)數(shù)字字信信息

43、息，對(duì)對(duì)這這些些變變量量進(jìn)進(jìn)行行計(jì)計(jì)算算并并和和閥閥值值進(jìn)進(jìn)行行比比較較，最最后后輸輸出出加加速速度度a信信號(hào)號(hào)和和車車輪輪滑滑移移值值信信號(hào)號(hào)到到邏邏輯輯處處理理部部分分。邏邏輯輯處處理理部部分分根根據(jù)據(jù)上上述述信信號(hào)號(hào)產(chǎn)產(chǎn)生生激激勵(lì)勵(lì)電電磁磁閥閥的的指指令令信信號(hào)號(hào)，經(jīng)經(jīng)過過電電流流調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器(集集成成電電路路 IC4.1和和 IC4.2)以以不不同同電電流流激激勵(lì)勵(lì)電電磁磁閥閥處處于于不不同同工工位位，以以調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)制制動(dòng)動(dòng)輪輪缸缸中中的的油油壓壓及及制制動(dòng)動(dòng)力力(圖圖 10-15)。 回主目錄回主目錄 圖圖10-15 由集成電路構(gòu)成的方框原理線路圖由集成電路構(gòu)成的方框原理線路圖 圖圖1

44、0-15 由集成電路構(gòu)成的方框原理線路圖由集成電路構(gòu)成的方框原理線路圖回主目錄回主目錄3.執(zhí)執(zhí)行行裝裝置置。它它由由 3 或或 4 個(gè)個(gè)電電磁磁閥閥和和一一個(gè)個(gè)電電機(jī)機(jī)驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)的的泵泵組組成成。這這些些電電磁磁閥閥有有三三個(gè)個(gè)工工位位，如如圖圖 10-16 所所示示。 第第一一工工位位，電電磁磁閥閥中中無(wú)無(wú)激激勵(lì)勵(lì)電電流流。主主油油缸缸與與車車輪輪制制動(dòng)動(dòng)缸缸相相通通，車車輪輪上上制制油油壓壓隨隨踏踏板板力力一一起起增增長(zhǎng)長(zhǎng)。 第第二二工工位位，電電磁磁閥閥中中有有一一半半激激勵(lì)勵(lì)電電流流。主主油油缸缸和和輪輪缸缸之之間間的的通通道道被被切切斷斷，輪輪缸缸內(nèi)內(nèi)油油壓壓保保持持定定值值。 第第三

45、三工工位位，電電磁磁閥閥中中有有最最大大激激勵(lì)勵(lì)電電流流。輪輪缸缸和和回回油油箱箱接接通通，輪輪內(nèi)內(nèi)油油壓壓下下降降。 回主目錄回主目錄圖圖10-16圖圖10-16 Bosch ABS-3/3-電磁閥電磁閥(3接頭接頭/3位置位置)回主目錄回主目錄ABS 中中一一個(gè)個(gè)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)過過程程， 可可用用圖圖 10-17 來來說說明明。 駕駕駛駛員員開開始始踩踩踏踏板板制制動(dòng)動(dòng)后后， 車車速速及及車車輪輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速均均下下降降，制制動(dòng)動(dòng)油油壓壓上上升升，當(dāng)當(dāng)車車輪輪減減速速度度越越過過門門檻檻值值(-a)時(shí)時(shí)，電電磁磁閥閥由由第第一一工工位位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)至至第第二二工工位位，使使其其處處于于“保保持持油油壓壓”位

46、位置置，如如果果減減速速度度進(jìn)進(jìn)一一步步增增加加， 且且達(dá)達(dá)到到了了規(guī)規(guī)定定的的滑滑移移率率，則則電電磁磁閥閥由由第第二二工工位位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)入入第第三三工工位位， 即即 “降降低低壓壓力力”位位置置，輪輪缸缸同同油油槽槽相相通通，車車輪輪重重新新被被加加速速，如如果果越越過過(-a)閥閥值值，電電磁磁閥閥又又回回到到第第二二工工位位 回主目錄回主目錄“保持壓力” ，如果車輪轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高，如速“保持壓力” ，如果車輪轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高，如速度超過了度超過了(+A) 閥值，則電磁閥切入第一工位閥值，則電磁閥切入第一工位“升高壓力”位置，主缸和輪缸接通，如果此“升高壓力”位置，主缸和輪缸接通，如果此時(shí)車輪減

47、速在時(shí)車輪減速在+A 和和+a 兩閥值間，電磁閥又換兩閥值間，電磁閥又換入第二工位“保持壓力”位置接下來低于入第二工位“保持壓力”位置接下來低于+a 值值至至-a 值，表明車輪進(jìn)入值，表明車輪進(jìn)入-滑動(dòng)率曲線的非穩(wěn)定滑動(dòng)率曲線的非穩(wěn)定區(qū)，制動(dòng)力降低到最優(yōu)值下。通過操縱閥，在區(qū)，制動(dòng)力降低到最優(yōu)值下。通過操縱閥，在“升高壓力”和“保持壓力”位置間脈動(dòng)換位，“升高壓力”和“保持壓力”位置間脈動(dòng)換位，制動(dòng)壓力逐級(jí)提高直到車輪重新急劇減速，這制動(dòng)壓力逐級(jí)提高直到車輪重新急劇減速，這就是一個(gè)調(diào)節(jié)循環(huán)。就是一個(gè)調(diào)節(jié)循環(huán)。 回主目錄回主目錄圖圖10-17 在在ABS的一個(gè)調(diào)節(jié)循環(huán)中，速度、車輪的一個(gè)調(diào)節(jié)循環(huán)

48、中，速度、車輪 減速度和制動(dòng)壓力的時(shí)間歷程減速度和制動(dòng)壓力的時(shí)間歷程 v1車輪速度；車輪速度； v2基準(zhǔn)速度；基準(zhǔn)速度； v3 汽車速度汽車速度 回主目錄回主目錄10.5.2 防抱制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)防抱制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)10.5.2.1 ABS制動(dòng)力學(xué)基本方程及最優(yōu)控制法制動(dòng)力學(xué)基本方程及最優(yōu)控制法10.5.2 防防抱抱制制動(dòng)動(dòng)系系統(tǒng)統(tǒng)動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué) 10.5.2.1 ABS 制制動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)基基本本方方程程及及最最優(yōu)優(yōu)控控制制法法 在在建建立立防防抱抱制制動(dòng)動(dòng)系系統(tǒng)統(tǒng)動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)模模型型時(shí)時(shí)， 通通常常做做如如下下假假設(shè)設(shè)： 1.車車輪輪承承受受載載荷荷為為常常數(shù)數(shù)。 2.忽忽略略迎迎風(fēng)風(fēng)阻阻力力和和

49、車車輪輪滾滾動(dòng)動(dòng)阻阻力力。 3.附附著著系系數(shù)數(shù)和和滑滑動(dòng)動(dòng)率率關(guān)關(guān)系系曲曲線線用用兩兩條條直直 線線近近似似地地表表示示（圖圖 10-18） 。 回主目錄回主目錄定義滑動(dòng)率為定義滑動(dòng)率為 =1R/v 式中式中 車輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，rad/srad/s。 v v 車體速度，車體速度，m/sm/s。 R R 車輪半徑，車輪半徑，m m。 附著系數(shù)和滑動(dòng)率的關(guān)系曲線為附著系數(shù)和滑動(dòng)率的關(guān)系曲線為 p p時(shí)時(shí) TH 回主目錄回主目錄當(dāng)當(dāng) p p時(shí)時(shí) )1 ()()(TGHTGH 式中式中 H H峰值附著系數(shù)；峰值附著系數(shù)； T T峰值附著系數(shù)時(shí)的滑移率；峰值附著系數(shù)時(shí)的滑移率； G G車

50、輪完全抱死時(shí)車輪完全抱死時(shí)( (=1)=1)的附著系數(shù)的附著系數(shù) 回主目錄回主目錄圖圖10-18圖圖10-18回主目錄回主目錄在在此此前前提提下下， 車車輛輛和和車車輪輪的的數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型可可表表達(dá)達(dá)為為( (圖圖 1 10 0- -1 19 9) ) bbRFTI (10-14) bFm (10-15) zbF)(F (10-16) 式式中中 I車車輪輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣慣量量，kgm /rad; 車車輪輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速，r ra ad d/ /s s； R R車車輪輪滾滾動(dòng)動(dòng)半半徑徑，m m； T Tb b制制動(dòng)動(dòng)力力矩矩，N Nm m； m m車車輛輛總總質(zhì)質(zhì)量量，k kg g； Fb地地面面制制動(dòng)

51、動(dòng)力力，N； v車車輛輛速速度度，m/s。 回主目錄回主目錄制制動(dòng)動(dòng)力力矩矩可可表表示示為為制制動(dòng)動(dòng)缸缸壓壓力力函函數(shù)數(shù) Tb=KTp(t) 式式中中 KT制制動(dòng)動(dòng)器器效效能能因因數(shù)數(shù)； p(t)隨隨時(shí)時(shí)間間而而變變的的制制動(dòng)動(dòng)缸缸壓壓力力，Mpa; 根根據(jù)據(jù)現(xiàn)現(xiàn)代代控控制制理理論論，可可寫寫出出車車輪輪控控制制系系 統(tǒng)統(tǒng)的的狀狀態(tài)態(tài)方方程程，取取， 為為狀狀態(tài)態(tài)變變量量，對(duì)對(duì)式式 (10-14)求求一一次次導(dǎo)導(dǎo)數(shù)數(shù)。 回主目錄回主目錄 圖圖10-19回主目錄回主目錄由式由式(10-14)、(10-15)、(10-16)，可得，可得 17)-(10 IpKE REpIKE pKF)vR1 (R

52、 pKFRpKFRTRFITTTZTHTZTHTzbb 式中式中 THZ2IvFRE 回主目錄回主目錄為了便于與車體速度為了便于與車體速度 v 和峰值車輪速度和峰值車輪速度*v相比較，一般，將車輪角速度和角加速度相比較，一般，將車輪角速度和角加速度兩個(gè)兩個(gè)狀態(tài)變量，用車輪的速度狀態(tài)變量，用車輪的速度 v=R=R和加速度和加速度 Rv來代替作為系統(tǒng)的狀態(tài)變量，即來代替作為系統(tǒng)的狀態(tài)變量，即 Rv 18)-(10 RKK pIKvERvTTT 式式中中 根據(jù)現(xiàn)代控制理論的要求，除了需要選取根據(jù)現(xiàn)代控制理論的要求，除了需要選取 ， 為狀態(tài)變量外，為了形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，還為狀態(tài)變量外，為了形成閉環(huán)控制

53、系統(tǒng)，還應(yīng)把應(yīng)把- -關(guān)系曲線峰值處的車輪速度關(guān)系曲線峰值處的車輪速度 作為作為系統(tǒng)的期望值系統(tǒng)的期望值 回主目錄回主目錄*v 輸輸出出，顯顯然然它它在在制制動(dòng)動(dòng)過過程程中中是是隨隨時(shí)時(shí)間間變變化化的的，需需要要設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)跟跟蹤蹤系系統(tǒng)統(tǒng)， 使使系系統(tǒng)統(tǒng)實(shí)實(shí)際際輸輸出出的的是是跟跟蹤蹤期期望望輸輸出出值值， 于于是是可可將將跟跟蹤蹤輸輸出出器器設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)成成二二階階積積分分的的型型式式，即即 dtdt)vR(dtIIdt)vv(dt)vR(It0t01*t01r2rt0*t0*1r1 式式中中 v為為車車輪輪速速度度，v= =R 上上面面兩兩式式可可寫寫成成如如下下形形式式： 19)-(10 0

54、vIvII*1r2r1r 回主目錄回主目錄將將(10-18)、(10-19)聯(lián)合成矩陣的形式：聯(lián)合成矩陣的形式： 20)-(10 v0 10 0 ) t (P0 0 0 I/KIIvv0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 EIIvv*T2r1r2r1r 上式可簡(jiǎn)寫為上式可簡(jiǎn)寫為 22)-(10 CXY21)-(10 NdBUAXX 回主目錄回主目錄式式中中 2r1rTIIvv X 0 10 0 N0 0 0 I/KB 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 EA *vd) t (pUvRY0 0 1 0C 回主目錄回主目錄式式中中 A系系統(tǒng)統(tǒng)矩矩陣陣；

55、 B控控制制矩矩陣陣； N誤誤差差矩矩陣陣； X狀狀態(tài)態(tài)變變量量； C輸輸出出矩矩陣陣； Y輸輸出出向向量量； U控控制制向向量量； d誤誤差差向向量量。 用用現(xiàn)現(xiàn)代代控控制制理理論論中中的的最最優(yōu)優(yōu)控控制制方方法法使使防防抱抱系系統(tǒng)統(tǒng)在在工工作作中中，其其目目標(biāo)標(biāo)函函數(shù)數(shù)為為最最小小，一一般般選選用用二二次次型型目目標(biāo)標(biāo) 回主目錄回主目錄函函數(shù)數(shù)，即即 23)-(10 dt)RUUQXX(JW0TTT 式式中中 Q狀狀態(tài)態(tài)變變量量的的加加權(quán)權(quán)矩矩陣陣； R控控制制變變量量的的加加權(quán)權(quán)矩矩陣陣。 由由最最優(yōu)優(yōu)控控制制理理論論不不難難求求出出控控制制向向量量的的最最佳佳值值 24)-(10 KX

56、LXBRUT1opt 式式中中LBRKT1 稱稱為為反反饋饋控控制制的的線線性性反反饋饋系系數(shù)數(shù)，其其中中在在 A,B,Q,R 為為定定常常的的情情況況下下， 反反饋饋控控制制系系數(shù)數(shù)中中的的L 可可以以由由以以下下的的黎黎卡卡提提(Riccati)方方程程求求得得 回主目錄回主目錄25)-(10 0QLBLBRLALAT1T 這這是是一一組組代代數(shù)數(shù)方方程程， 用用計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)不不難難求求出出 L 矩矩陣陣 44434241343332312423222114131211L L L LL L L LL L L LL L L LL 代代入入KLBRKT1 ，就就可可求求得得反反饋饋控控制制系系

57、數(shù)數(shù)K=(K1，K2，K3，K4)中中各各元元素素 Ki線線性性自自動(dòng)動(dòng)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器，結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)可可用用圖圖 10-20 來來表表示示。 以以上上是是介介紹紹防防抱抱系系統(tǒng)統(tǒng)的的最最優(yōu)優(yōu)控控制制法法。 回主目錄回主目錄圖圖10-20圖圖10-20回主目錄回主目錄10.5.2.2 防抱系統(tǒng)的其它控制方式防抱系統(tǒng)的其它控制方式 防抱系統(tǒng)尚可用以下兩種方法控制：邏輯防抱系統(tǒng)尚可用以下兩種方法控制：邏輯門限值控制法門限值控制法(或稱雙位控制法或稱雙位控制法)和滑動(dòng)模態(tài)變和滑動(dòng)模態(tài)變結(jié)構(gòu)控制法結(jié)構(gòu)控制法 1. 邏輯門限值控制法邏輯門限值控制法 其特點(diǎn)是采用加、減速度門限控制，并附其特點(diǎn)是采用加、減速度門限

58、控制，并附 加一些輔助門限， 是一種有效控制方法， 一般采加一些輔助門限， 是一種有效控制方法， 一般采用三位電磁閥，具有增壓、減壓和保持功能，其用三位電磁閥，具有增壓、減壓和保持功能，其調(diào)節(jié)功能已在調(diào)節(jié)功能已在 10.5.1 中介紹， 其減速度門限值大中介紹， 其減速度門限值大多選在多選在-14.739.2m/s 之間，一般以加速度門限之間，一般以加速度門限作為主要門限， 以滑動(dòng)率作為主要門限， 以滑動(dòng)率作為輔助門限， 兩種作為輔助門限， 兩種 回主目錄回主目錄門限結(jié)合門限結(jié)合起來，可以辯識(shí)不同情況進(jìn)行自適應(yīng)控起來，可以辯識(shí)不同情況進(jìn)行自適應(yīng)控制，在決定實(shí)際滑動(dòng)率時(shí)，需測(cè)車體速度，測(cè)車速制，在決定實(shí)際滑動(dòng)率時(shí)，需測(cè)車體速度，測(cè)車速可用多普勒雷達(dá)測(cè)速儀或加速度傳感器，但費(fèi)用可用多普勒雷達(dá)測(cè)速儀或加速度傳感器，但費(fèi)用大， 歐洲大， 歐洲BOSCH和和WABCO等公司都用車輪轉(zhuǎn)速，等公司都用車輪轉(zhuǎn)速，通過設(shè)定的車體減速度值算出參考車速，再求出參通過設(shè)定的車體減速度值算出參考車速，