汽車文化制動系統(tǒng)

汽車文化—制動系統(tǒng)

四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院4—4064—408素材收集：肖俊杰冷元斌王毅熊超制作：段坤琪張騰龐瀟技術(shù)指導(dǎo)：唐漢文顧問：吳勇王慶龍徐強吳紹飛演講：龐瀟2高端·大氣·上檔次一、制動系統(tǒng)概述

1：定義、作用汽車制動系是指在汽車上設(shè)置的一套（或多套）能由駕駛員控制的、能產(chǎn)生與汽車行駛方向相反外力的專門裝置。制動系統(tǒng)的作用是：①使行駛中的汽車按照駕駛員的要求進(jìn)行強制減速甚至停車；②使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)定。③使已停駛的汽車在各種道路條件下(包括在坡道上)穩(wěn)定駐車；2：制動系組成汽車制動系一般至少有兩套獨立的制動裝置。它們是：①行車制動裝置（腳制動裝置），在行車中使用。一般它的制動器安裝在汽車的全部車輪上。②駐車制動裝置（手制動裝置），主要用于停車后防止汽車滑溜。它的制動器可裝在變速器或分動器之后的傳動軸上，又稱為中央制動器。上述兩套裝置是各種汽車基本的制動裝置。3：制動系類型1.按制動器用途分

①.行車制動器②.駐車制動器

③.輔助制動器2.按制動傳動機構(gòu)的制動力源分(1)人力式制動系統(tǒng)。單靠駕駛員施加于制動踏板和手柄上的力作為制動力源的傳動機構(gòu)。其中又分為液壓式和機械式兩種，機械式僅用于駐車制動。(2)動力式制動系統(tǒng)。利用發(fā)動機的動力作為制動力源，并由駕駛員通過踏板或手柄加以控制的傳動機構(gòu)。其中又分為氣壓式、真空氣壓式、空氣液壓式。(3)伺服制動系統(tǒng)。兼用人力和發(fā)動機動力進(jìn)行制動的制動系統(tǒng)稱為伺服制動系統(tǒng)或助力制動系統(tǒng)。3.按制動傳動機構(gòu)的布置形式分

(1)單回路制動系。傳動裝置采用單一的氣壓或液壓回路，當(dāng)制動系中有一處漏氣（油）時，整個制動系統(tǒng)失效。

(2)雙回路制動系。所有行車制動器屬于兩個彼此隔絕的回路。因而，其中一個回路失效，還能利用另一回路獲得一定的制動力，從而提高了汽車制動的可靠性和安全性。4：制動裝置的基本機構(gòu)和工作原理

行駛中的汽車，具有一定的功能。要使它按需減速停車，路面必須對車輪產(chǎn)生一個阻止汽車行駛的力，即制動力。這個力的方向與汽車行駛的方向相反。制動的實質(zhì)就是將汽車的動能強制地轉(zhuǎn)化為熱能，擴散于大氣中。一般制動系的基本結(jié)構(gòu)與工作原理，可用一種簡單的液壓行車制動系的結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖來說明。（1）.基本結(jié)構(gòu)它由車輪制動器和液壓傳動機構(gòu)兩部分組成。①制動傳動機構(gòu)由制動踏板1、推桿2、制動主缸4和油管5組成。（2）車輪制動器主要由旋轉(zhuǎn)部分、固定部分和張開機構(gòu)組成。旋轉(zhuǎn)部分是金屬的制動鼓8,它固定于輪轂上和車輪一起旋轉(zhuǎn)。固定部分主要包括制動蹄10和制動底板11等。制動蹄上鉚有摩擦片9,制動蹄的下端松套在支承銷12上，支承銷固定在制動底板上，制動蹄的上端用回位彈簧13拉緊壓靠在輪缸活塞7上。制動底板用螺釘緊固在轉(zhuǎn)向節(jié)凸緣（前輪）或橋殼凸緣（后輪上）。張開機構(gòu)是液壓制動輪缸6（又稱制動分泵），它用油管5與裝在車架上的液壓制動主缸4（亦稱制動總泵）相連通。主缸4中的活塞3可由駕駛員通過踏板1來操縱。2.工作原理制動系統(tǒng)的一般工作原理是，利用固定部分和旋轉(zhuǎn)部分之間的相互摩擦來阻止車輪的轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動的趨勢。(1)在不制動時，摩擦片9的外圓面與制動鼓8的內(nèi)圓面之間有一定間隙，使車輪能自由旋轉(zhuǎn)。②制動時，踩下制動踏板1,推桿2推動主缸活塞3前移，制動液的油壓升高后，通過油管5進(jìn)人輪缸6，并推動輪缸活塞7外移，活塞7推動兩制動蹄10外張。此時制動蹄10繞支承銷12轉(zhuǎn)動，使制動蹄上的摩擦片9壓緊在制動鼓8的內(nèi)圓面上。這樣不旋轉(zhuǎn)的摩擦片9對旋轉(zhuǎn)的制動鼓8產(chǎn)生一個摩擦力矩Mμ，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反。制動鼓將該力矩傳到車輪后，由于車輪與路面間的附著作用，車輪即對路面作用一個向前的周緣力Fμ。同時，路面也會給車輪一個反作用力Fb，方向與汽車行駛方向相反。這個力就是車輪受到的制動力。各車輪上制動力的和就是汽車受到的總制動力。制動力由車輪經(jīng)車橋和懸架傳給車架及車身，迫使整個汽車產(chǎn)生一定的減速度，甚至停車。制動力Fb越大，則汽車減速度也越大。此時汽車的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮懿U散到空氣中。③解除制動時，放松制動踏板，在回位彈簧13的作用下，制動蹄10回到原位。同時蹄鼓間隙得到恢復(fù)，因而制動作用被解除。二、ABS的控制技術(shù)ABS的布置及通道ABS控制方式ABS控制方法ABS控制過程ABS的布置及通道四通道式三通道式雙通道式單通道式ABS的布置及通道：四通道式壓力控制閥輪速傳感器ABS的布置及通道：三通道式壓力控制閥輪速傳感器ABS的布置及通道：二通道式壓力控制閥輪速傳感器ABS的布置及通道：單通道式壓力控制閥輪速傳感器四通道式制造成本高，制動過程中容易產(chǎn)生橫擺力矩，ABS采用這種布置方式的很少。雙通道式盡管制造成本低，但很難兼顧汽車對制動效能和方向穩(wěn)定性的要求，ABS采用這種布置方式的也不多見。實際使用的ABS液壓系統(tǒng)以三通道式居多。三通道式的前輪有兩個獨立的控制通道，后輪則只有一個控制通道，在下段的控制方式分析中我們可以看出，采用這種布置方式，可以充分利用兩個前輪的附著力，同時保證制動過程中的方向穩(wěn)定性。單通道式的控制通道一般布置在汽車的后橋上，其制造成本低，在一些輕型載貨車上有較廣泛的應(yīng)用。ABS控制方式獨立控制低選擇控制高選擇控制修正的獨立控制智能選擇控制

ABS控制方式：獨立控制控制方式：每個車輪都有專用通道，一個輪速傳感器對應(yīng)一個壓力控制閥。優(yōu)點：每個車輪的附著系數(shù)利用率達(dá)到最大值，以獲得最佳制動效果，

制動距離短！缺點：對不對稱路面，由于附著系數(shù)不同，左右輪產(chǎn)生的路面制動力不同，導(dǎo)致車輛產(chǎn)生附加的橫擺力矩，使車輛難以控制，

操縱性和方向穩(wěn)定性不太好！多用于中重型載貨車的后軸。

獨立控制時的制動橫擺力矩ABS控制方式：低選擇控制控制方式：一個車橋上的兩個車輪由一條通道控制，即兩個輪速傳感器對應(yīng)一個壓力控制閥，制動壓力取決于預(yù)先抱死車輪的狀態(tài)，對于不對稱路面，選擇附著系數(shù)較低的一側(cè)車輪；優(yōu)點：左右車輪產(chǎn)生的制動力相同，減少或消除了橫擺和轉(zhuǎn)向力矩；

操縱性和方向穩(wěn)定性好！缺點：附著系數(shù)較高的一側(cè)車輪的附著系數(shù)得不到充分利用。

制動距離加大！27ABS控制方式：高選擇控制控制方式：一個車橋上的兩個車輪由一條通道控制，即兩個輪速傳感器對應(yīng)一個壓力控制閥，制動壓力取決于后抱死車輪的狀態(tài)，對于不對稱路面，選擇附著系數(shù)較高的一側(cè)車輪進(jìn)行控制；優(yōu)點：附著系數(shù)得到充分利用；

制動距離短！缺點：對于附著系數(shù)不對稱的路面，該控制方式會產(chǎn)生附加的橫擺力矩。

降低制動時的方向穩(wěn)定性！28ABS控制方式：

修正的獨立控制控制方式：和獨立控制一樣，每個輪速傳感器對應(yīng)一個壓力控制閥。具體控制方式是，對一個車橋上的左右輪中附著系數(shù)低的一側(cè)車輪用獨立控制，附著系數(shù)高的另一側(cè)按一定的比例以低于最大附著系數(shù)利用率進(jìn)行控制，或者使其控制壓力的建立時間推后一段。優(yōu)點：綜合了獨立控制和低選擇控制的優(yōu)點；

制動距離較短！方向穩(wěn)定性較好！29ABS控制方式：智能選擇控制控制方式：一個車橋上的兩個車輪由一條通道控制，即兩個輪速傳感器對應(yīng)一個壓力控制閥。左右輪附著系數(shù)相同:低選擇控制左右輪附著系數(shù)不同:當(dāng)附著力低的一側(cè)其附著系數(shù)相對較高時，用低選擇控制；而其附著系數(shù)相對較低時，選擇系統(tǒng)趨向于高選擇控制。30ABS控制方法邏輯門限值控制PID控制模糊控制

這種控制方法是基于車輪角速度對制動力矩、制動力系數(shù)和滑移率的變化十分敏感，在制動過程中，車輪抱死總是出現(xiàn)在dω/dt相當(dāng)大的時刻，因此可以預(yù)選一個角減速度門限值-a，當(dāng)實際的角減速度超過此門限值時，ECU發(fā)出指令，開始降低制動壓力使車輪得以加速旋轉(zhuǎn)；再選一個角加速度低門限值+a1，當(dāng)車輪的角加速度達(dá)到此門限值時，ECU發(fā)出指令，使制動壓力保持不變；當(dāng)車輪的角加速度增大到高門限值+a2時，又開始增大制動壓力，車輪作減速運動。所以可以采用一個輪速傳感器作為輸入信號，同時在ECU中設(shè)置合理的車輪角加、減速度門限值，實現(xiàn)防抱死制動的控制，這種方法稱為簡單邏輯門限值控制，其邏輯判定條件可以表示為：

邏輯門限值控制(1)邏輯門限值控制(2)dω/dt<an

減壓dω/dt>ap

保壓，上一個是減壓過程dω/dt<<ap

增壓，上一個是保壓過程An-角減速度門限值;Ap-角加速度門限值。33簡單邏輯門限值控制可以適應(yīng)不同的路面特性，但當(dāng)路面制動力系數(shù)發(fā)生突變時，系統(tǒng)不能快速適應(yīng)，此外，在初始和高速緊急制動情況下，有可能使防抱制動邏輯在后續(xù)的控制中失效，因此需要將角速度和滑移率這二個門限結(jié)合起來，以識別不同的路況。目前，ABS采用的基本上都是基于車輪加、減速度門限值及滑移率的控制方法。邏輯門限控制具有控制簡單，計算量小，便于實現(xiàn)的優(yōu)點，目前已經(jīng)在汽車上應(yīng)用的ABS產(chǎn)品幾乎無一例外地采用該方法。邏輯門限控制的缺點在于控制系統(tǒng)中的各種門限及保壓時間都是通過反復(fù)試驗得出，耗資巨大，產(chǎn)品開發(fā)周期長，而且從理論上講，在整個控制過程中車輪滑移率并不總是保持在最佳滑移率上，而是在它的附近波動，并未達(dá)到最佳的制動效果。邏輯門限值控制(3)PID控制圖為ABSPID控制的方框圖，從圖中可以看出，該方法將期望的滑移率ST與實際滑移率S之差eS定義為PID的輸入，由PID控制算法算出控制參數(shù)值（液壓制動系統(tǒng)的液壓或氣動制動系統(tǒng)的氣壓p）反饋給制動系統(tǒng)，構(gòu)成典型的反饋控制。PID控制的難點在于PID參數(shù)的整定，一般結(jié)合具體的汽車用試湊的方法確定，只要PID參數(shù)選擇恰當(dāng)，就會得到較好的控制效果。

制動系統(tǒng)+-epp車輛模塊PID-+制動壓力pSTSpTeS模糊控制模糊控制也是目前研究人員研究比較多的ABS控制方法之一。模糊控制通過模糊邏輯和近似推理方法，把人的經(jīng)驗形式化、模糊化，使之成為計算機可以接受的控制模型。模糊控制是基于經(jīng)驗規(guī)則的控制，與系統(tǒng)的模型無關(guān)，有很好的魯棒性和控制規(guī)則靈活性，控制規(guī)則符合人的思維規(guī)律，該控制方法是今后的發(fā)展方向。三:EBD電子制動力

分配系統(tǒng)

一:簡介

EBD的英文全稱是ElectricBrakeforceDis-tribution德文縮寫為EBV，所以很多歐洲車用EBV表示，比如奧迪A6、寶來、高爾夫等。由于EBD造價昂貴，在國外也只配備在較高檔的新款汽車中。汽車制動過程中若前輪先抱死滑移，汽車能夠維持直線減速停車，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

二:作用

EBD能夠根據(jù)由于汽車制動時產(chǎn)生軸荷轉(zhuǎn)移的不同，而自動調(diào)節(jié)前、后軸的制動力分配比例，提高制動效能，并配合ABS提高制動穩(wěn)定性。汽車在制動時，四只輪胎附著的地面條件往往不一樣。EBD的工作原理恰恰就是用高速計算機在汽車制動的瞬間，分別對四只輪胎附著的不同地面進(jìn)行感應(yīng)和計算，得出不同的摩擦力數(shù)值，使四只輪胎的制動裝置根據(jù)不同的情況用不同的方式和力量制動，并在運動中不保持調(diào)整，使制動力與摩擦力相匹配，從而保證車輛的平穩(wěn)。實際調(diào)整前后輪時，它可依據(jù)車輛的重量和路面條件來控制制動過程,自動以前輪為基準(zhǔn)去比較后輪輪胎的滑動率(即車輛的實際車速和車輪的圓周線速度之差與車輛實際車速之比),如發(fā)覺前后車輪有差異，而且差異程度必須被調(diào)整時，它就會調(diào)整汽車制動液壓系統(tǒng)，使前、后輪的液壓接近理想化制動力的分布。可以說在ABS動作啟動之前，EBD巳經(jīng)平衡了每一個輪的有效地面抓地力,防止出現(xiàn)后輪先抱死的情況，改善制動力的平衡并縮短汽車制動距離。當(dāng)緊急剎車車輪抱死的情況下，EBD在ABS動作之前就已經(jīng)平衡了每一個輪的有效地面抓地力，可以防止出現(xiàn)甩尾和側(cè)移，并縮短汽車制動距離。從工作原理來講，它是ABS的一個附加作用系統(tǒng)，可以提高ABS的效用，共同為行車安全添籌加碼。所以在安全指標(biāo)上，汽車的性能又多了“ABS+EBD”。值得一提的是，即使車載ABS失效，EBD也能保證車輛不會出現(xiàn)因甩尾而導(dǎo)致翻車等惡性事件的發(fā)生。同時它還能較大地減少ABS工作時的振噪感，不需要增加任何的硬件配置，成本比較低，不少專業(yè)人士更是直觀地稱之為“更安全、更舒適的ABS”。在車輪輕微制動時，電子制動力分配（EBD）功能就起作用，轉(zhuǎn)彎時尤其如此，速度傳感器記錄4個車輪的轉(zhuǎn)速信息，電子控制單元計算車輪的轉(zhuǎn)速。如果后輪滑移率增大，則調(diào)節(jié)制動壓力，使后輪制動壓力降低。電子制動力分配（EBD）功能保證了較高的側(cè)向力和合理的制動力分配，

EBD使用特殊的ECU（中央處理器）功能來分配前軸和后軸之間的制動力。當(dāng)汽車制動時，中央處理器根據(jù)接收到的輪速信號、載荷信號、踏板行程信號以及發(fā)動機等有關(guān)信號，經(jīng)處理后向電磁閥和軸荷調(diào)節(jié)器發(fā)出控制指令，使各軸的制動力得到合理分配。EBD在汽車制動時即開始控制制動力，而ABS則是在車輪有抱死傾向時開始工作。EBD的優(yōu)點在于在不同的路面上都可以獲得最佳制動效果，縮短制動距離，提高制動靈敏度和協(xié)調(diào)性，改善制動的舒適性。由于現(xiàn)階段在汽車上安裝EBD系統(tǒng)的成本還很高，所以現(xiàn)在的汽車并沒有大量的裝配這種配置，只是在少數(shù)中高檔車上配備。但是隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們安全意識的提高和其本身的重要性，不久的將來EBD系統(tǒng)定會是汽車上的一項基本配置，并得到廣泛的關(guān)注。

三:ESP的類型目前ESP有3種類型：1、4通道或4輪系統(tǒng)。能自動地向4個車輪獨立施加制動力。2、2通道系統(tǒng)。只能對2個前輪獨立施加制動力。3、3通道系統(tǒng)。能對2個前輪獨立施加制動力，而對后輪只能一同施加制動力。

實際上ESP是一套電腦程序，通過對從各傳感器傳來的車輛行駛狀態(tài)信息進(jìn)行分析，進(jìn)而向ABS、TCS發(fā)出糾偏指令，來幫助車輛維持動態(tài)平衡。ESP的電腦會計算出保持車身穩(wěn)定的理論數(shù)值，再比較由側(cè)滑率傳感器和加速度傳感器所測得的數(shù)據(jù)，發(fā)出平衡、糾偏指令。主要控制偏航率。轉(zhuǎn)向不足，會產(chǎn)生向理想軌跡曲線外側(cè)的偏離傾向，而轉(zhuǎn)向過度則正好相反，向內(nèi)側(cè)偏離。

四:ESP的工作原理

具體的糾偏工作是這樣實現(xiàn)的:ESP通過TCS裝置牽制發(fā)動機的動力輸出，同時指揮ABS對各個車輪進(jìn)行有目的的剎車，產(chǎn)生一個反橫擺力矩，將車輛帶回到所希望的軌跡曲線上來。比如轉(zhuǎn)向不足時，剎車力會作用在曲線內(nèi)側(cè)的后輪上；而在嚴(yán)重轉(zhuǎn)向過度時會出現(xiàn)甩尾，這種傾向可以通過對曲線外側(cè)的前輪進(jìn)行剎車得到糾正。①不足轉(zhuǎn)向時的控制策略

ESP判別汽車具有較大的不足轉(zhuǎn)向傾向，控制系統(tǒng)會自動對位于彎道內(nèi)側(cè)的后輪實施瞬時制動，以產(chǎn)生預(yù)定的滑移率，導(dǎo)致該車輪受到的側(cè)向力迅速減少而縱向制動力迅速增大，于是產(chǎn)生了一個與橫擺方向相同的橫擺力矩。此外還獲得了兩個附帶的減少不足轉(zhuǎn)向傾向的因素。首先，由于制動而使車速降低；其次，由于差速器的作用，對內(nèi)側(cè)后輪制動從而導(dǎo)致外側(cè)后輪被加速，即外側(cè)后輪受到的驅(qū)動力增加而側(cè)向力減少，于是產(chǎn)生了又一個所期望的橫擺力矩。②過度轉(zhuǎn)向時的控制策略在出現(xiàn)過度轉(zhuǎn)向時，驅(qū)動力分配系統(tǒng)就會降低驅(qū)動力矩，以提高后軸的側(cè)向附著力。地面作用于后軸的側(cè)向力相應(yīng)會提高，從而產(chǎn)生一個與過度轉(zhuǎn)向相反的橫擺力矩。位于彎道外側(cè)的非驅(qū)動前輪開始時幾乎不滑動，若僅依靠動力分配系統(tǒng)還不能制止開始發(fā)生的不穩(wěn)定狀態(tài)，控制系統(tǒng)將自動對該前輪實施瞬時制動，使它產(chǎn)生較高的滑移率，導(dǎo)致該車輪受到的側(cè)向力迅速減少而縱向制動力迅速增大，于是也產(chǎn)生一個與橫擺方向相反的橫擺力矩。由于對一個前輪制動，車速也會降低，從而獲得了一個附帶產(chǎn)生的有利于穩(wěn)定性的因素。五:ESP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1、帶有ECU液壓調(diào)節(jié)器2、輪速傳感器3、轉(zhuǎn)角傳感器4、側(cè)向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器5、與發(fā)動機管理系統(tǒng)的通信ESP系統(tǒng)由傳統(tǒng)制動系統(tǒng)、傳感器、液壓調(diào)節(jié)器、汽車穩(wěn)定性控制電子控制單元和輔助系統(tǒng)組成，在電腦實時監(jiān)控汽車運行狀態(tài)的前提下，對發(fā)動機及控制系統(tǒng)進(jìn)行干預(yù)和調(diào)控。在汽車行駛過程中，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器監(jiān)測駕駛者轉(zhuǎn)彎方向和角度，車速傳感器監(jiān)測車速、節(jié)氣門開度，制動主缸壓力傳感器監(jiān)測制動力，而側(cè)向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器則監(jiān)測汽車的橫擺和側(cè)傾速度。ECU根據(jù)這些信息，通過計算后判斷汽車要正常安全行駛和駕駛者操縱汽車意圖的差距，然后由ECU發(fā)出指令，調(diào)整發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和車輪上的制動力，如果實際行駛軌跡與期望的行駛軌跡發(fā)生偏差，則ESP系統(tǒng)自動控制對某一車輪施加制動，從而修正汽車的過度轉(zhuǎn)向或不足轉(zhuǎn)向，以避免汽車打滑、轉(zhuǎn)向過度、轉(zhuǎn)向不足和抱死，從而保證汽車的行駛安全。六:ESP的用途

ESP系統(tǒng)的出現(xiàn)，極大地改善了汽車在行駛過程中的安全性和操縱性，特別是在路況很差，路面被雨水和冰雪覆蓋時，ESP控制系統(tǒng)在車輛行駛過程中，始終監(jiān)測車的運動狀態(tài)，尤其是與轉(zhuǎn)向相關(guān)的運行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)不穩(wěn)定的預(yù)兆，ESP控制系統(tǒng)便實時予以修正，從而使汽車的行駛安全性大大提高，駕車人員感覺更靈活，更快捷，更安全。ESP系統(tǒng)使汽車在極限狀況下更容易操縱，它可以降低汽車突然轉(zhuǎn)向時的危險，提高方向穩(wěn)定性。ESP系統(tǒng)可以辯識汽車的趨向，并且做出反應(yīng)，它可在單個車輪上施加制動力，從而產(chǎn)生附加橫擺調(diào)節(jié)力矩，幫助汽車回到正確的方向上來。

6.1ESP降低事故風(fēng)險當(dāng)不得不采取緊急避讓動作時，也許彎道比預(yù)料的還要急拐，或者路面狀況突然發(fā)生變化時。德國保險公司協(xié)會推薦所有尺寸規(guī)格的乘用車都將ESP作為標(biāo)準(zhǔn)裝置．

6.2ESP避免打滑德國保險公司協(xié)會通過對受調(diào)查事件碰撞之前情況的研究，顯示