第6章防抱死系統(tǒng)ABS

第6章ABS與ASR汽車防滑控制系統(tǒng)：

防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS——AntilockBrakingSystem

驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)ASR——AccelerationSlipRegulation（又稱為牽引力控制系統(tǒng)TCS）行車過(guò)程中常遇到下列情況：當(dāng)行車在濕滑路面上突遇緊急情況而實(shí)施緊急制動(dòng)時(shí)，汽車會(huì)發(fā)生側(cè)滑，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)旋轉(zhuǎn)調(diào)頭，相當(dāng)多的交通事故便由此而產(chǎn)生。當(dāng)左右側(cè)車輪分別行駛于不同摩擦系數(shù)的路面上時(shí)，汽車的制動(dòng)也可能產(chǎn)生意想不到的危險(xiǎn)。彎道上制動(dòng)遇到上述情況則險(xiǎn)情會(huì)更加嚴(yán)重。

上述現(xiàn)象的產(chǎn)生，均源自于制動(dòng)過(guò)程中的車輪抱死。制動(dòng)防抱死系統(tǒng)就是在制動(dòng)過(guò)程中防止車輪被制動(dòng)抱死，提高制動(dòng)減速度、縮短制動(dòng)距離，能有效地提高汽車的方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操縱能力，保證汽車的行駛安全。一、ABS發(fā)展歷史20世紀(jì)初，原始的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）用在鐵路機(jī)車40年代ABS系統(tǒng)被應(yīng)用于飛機(jī)上，以防止飛機(jī)著陸時(shí)偏離航道及輪胎的爆破1954年美國(guó)Ford汽車公司首次將法國(guó)生產(chǎn)的民航機(jī)用ABS系統(tǒng)應(yīng)用在Lincoln牌高級(jí)轎車上1969年Ford汽車公司推出了后二輪控制方式的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)自80年代后期起ABS在汽車上應(yīng)用得到普及G：汽車的重力FZ1和FZ2：前后輪上作用的地面支承力FJ：汽車制動(dòng)時(shí)作用在質(zhì)心上的減速慣性力Fxb1和Fxb2：地面作用在車輪邊緣上的摩擦力汽車制動(dòng)減速的過(guò)程實(shí)際上就是汽車在行駛方向上受到地面制動(dòng)力Fxb而改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的過(guò)程。制動(dòng)效果的好壞完全取決于這種外界制動(dòng)力的大小及其所具有的特性二、ABS的基本原理汽車在水平路面上制動(dòng)時(shí)汽車的受力分析汽車制動(dòng)時(shí)的受力分析按照摩擦的物理特性可知Fxbmax＝Fz·μ

Fxbmax——地面制動(dòng)力（摩擦力）的最大值；Fz——作用在車輪上的法向載荷；μ——摩擦系數(shù)（通常稱為附著系數(shù)）；

提高制動(dòng)效能設(shè)法增大Fxbmax提高正壓力Fz

提高附著系數(shù)φ更具有實(shí)際意義影響附著系數(shù)μ的三要素①路面的類型、狀況②輪胎結(jié)構(gòu)類型、花紋、氣壓和材料③車輪的運(yùn)動(dòng)方式和車速汽車制動(dòng)過(guò)程中車輪與地面接觸痕跡的變化制動(dòng)車輪的運(yùn)動(dòng)方式一般均經(jīng)歷三個(gè)變化階段：開始的純滾動(dòng)隨后的邊滾邊滑后期的純滑動(dòng)制動(dòng)過(guò)程分析制動(dòng)時(shí)車輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化汽車在制動(dòng)時(shí)，車速與輪速之間產(chǎn)生速度差，車輪發(fā)生滑動(dòng)現(xiàn)象。

定義滑動(dòng)率λ車輪運(yùn)動(dòng)特征可由滑移率大小來(lái)描述車輪純滑動(dòng)時(shí)車輪純滾動(dòng)時(shí)車輪處于邊滾邊滑狀態(tài)時(shí)0＜S＜100％S＝0％S＝100％車輪與地面摩擦系數(shù)隨車輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同而變化的規(guī)律從圖中可看出1.車輪縱向附著系數(shù)（又稱制動(dòng)力系數(shù)）隨車輪滑動(dòng)成分的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)2.附著系數(shù)最大值一般出現(xiàn)在滑移率S＝15％－25％之間3.當(dāng)s=100％時(shí)，車輪的橫向附著系數(shù)（又稱橫向力系數(shù)）趨近于0，這時(shí)，車輪無(wú)法獲得地面橫向摩擦力。

若這種情況出現(xiàn)在前輪上，導(dǎo)致前輪無(wú)法獲得地面?zhèn)认蚰Σ亮?，?dǎo)致轉(zhuǎn)向能力喪失，駕駛員無(wú)法控制方向；這種狀況出現(xiàn)在后輪上，導(dǎo)致后輪抱死，后軸極易產(chǎn)生劇烈的側(cè)滑、甩尾，汽車處于危險(xiǎn)的失控狀態(tài)。在非制動(dòng)狀態(tài)（滑動(dòng)率為0）下，制動(dòng)附著系數(shù)等于0；在制動(dòng)狀態(tài)下，滑動(dòng)率達(dá)到最優(yōu)滑動(dòng)率時(shí)，制動(dòng)附著系數(shù)最大，在此之前的區(qū)域?yàn)榉€(wěn)定區(qū)域；之后，隨著滑動(dòng)率的增大制動(dòng)附著系數(shù)反而減少，側(cè)向附著系數(shù)也下降很快，汽車進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)域，特別是當(dāng)滑動(dòng)率為100%時(shí)，側(cè)向附著系數(shù)接近于0，也就是汽車不能承受側(cè)向力，這是很危險(xiǎn)的。所以應(yīng)將制動(dòng)滑動(dòng)率控制在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)。綜上所述，理想制動(dòng)系統(tǒng)的特性應(yīng)當(dāng)是當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，將車輪滑動(dòng)率S控制在峰值滑動(dòng)率（即S＝20％）附近，這樣既能使汽車獲得較高的制動(dòng)效能，又可保證在制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)能在制動(dòng)過(guò)程中隨時(shí)監(jiān)控車輪滑轉(zhuǎn)程度，并依此自動(dòng)調(diào)節(jié)作用在車輪上的制動(dòng)力矩，防止車輪抱死的電子控制裝置。增加汽車制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性，有效避免各種因制動(dòng)引起的事故能縮短制動(dòng)距離：在同樣緊急制動(dòng)的情況下，ABS防抱死系統(tǒng)可以將滑移率控制在20％左右，從而可獲得最大的縱向制動(dòng)力減少輪胎磨損汽車制動(dòng)過(guò)程綜述

在制動(dòng)時(shí)，車輪由于制動(dòng)力矩的作用，地面給車輪一個(gè)制動(dòng)力。隨著制動(dòng)力矩的增大，制動(dòng)壓力增大，車輪速度開始降低，滑動(dòng)率和車輪轉(zhuǎn)矩增大。可認(rèn)為在最優(yōu)滑動(dòng)率之前，車輪轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)力矩同步增長(zhǎng)，這就是說(shuō)，在該階段車輪減速度和制動(dòng)力矩增大速度成正比且在該區(qū)域制動(dòng)主要是滑轉(zhuǎn)。但是，繼續(xù)增大制動(dòng)力矩，滑動(dòng)率超過(guò)最優(yōu)滑動(dòng)率后進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)域，車輪的滑轉(zhuǎn)程度不斷增加，制動(dòng)附著系數(shù)將減少，側(cè)向附著系數(shù)將迅速降低。最終使車輪速度大幅度減少直至車輪抱死，此時(shí)車輪減速度非常大。輪胎印跡的變化經(jīng)歷了車輪自由滾動(dòng)、制動(dòng)和抱死三個(gè)過(guò)程。

基本制動(dòng)系統(tǒng)ABS的汽車制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力調(diào)節(jié)系統(tǒng)制動(dòng)主缸制動(dòng)輪缸制動(dòng)管路實(shí)現(xiàn)汽車的常規(guī)制動(dòng)傳感器控制器執(zhí)行器制動(dòng)過(guò)程中確保車輪始終不抱死，車輪滑動(dòng)率處于合理范圍內(nèi)三、ABS的基本組成

制動(dòng)過(guò)程中，ABS電控單元(ECU)3不斷地從傳感器1和5獲取車輪速度信號(hào)，并加以處理，分析是否有車輪即將抱死拖滑。如果沒有車輪即將抱死拖滑，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置2不參與工作，制動(dòng)主缸7和各制動(dòng)輪缸9相通，制動(dòng)輪缸中的壓力繼續(xù)增大，此即ABS制動(dòng)過(guò)程中的增壓狀態(tài)。如果電控單元判斷出某個(gè)車輪(假設(shè)為左前輪)即將抱死拖滑，它即向制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出命令，關(guān)閉制動(dòng)主缸與左前制動(dòng)輪缸的通道，使左前制動(dòng)輪缸的壓力不再增大，此即ABS制動(dòng)過(guò)程中的保壓狀態(tài)。若電控單元判斷出左前輪仍趨于抱死拖滑狀態(tài)，它立即向制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出命令，打開左前制動(dòng)輪缸與儲(chǔ)液室或儲(chǔ)能器(圖中未畫出)的通道，使左前制動(dòng)輪缸中的油壓降低，即ABS制動(dòng)過(guò)程中的減壓狀態(tài)。ABS系統(tǒng)一般控制要求：①在制動(dòng)過(guò)程中，只有當(dāng)車輪趨于抱死時(shí)，ABS系統(tǒng)才起作用，此前保持常規(guī)制動(dòng)狀態(tài)。②ABS系統(tǒng)只在車速超過(guò)一定值時(shí)才起作用。③ABS系統(tǒng)具有自診斷功能，以確保系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)仍能正常工作。四、ABS的控制1、對(duì)ABS系統(tǒng)的控制要求：ABS對(duì)車輪制動(dòng)壓力的調(diào)節(jié)通常可采用以下兩種方式：①雙參數(shù)感測(cè)控制同時(shí)利用兩種傳感器獲得車速和車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)，按照一定的控制方法由計(jì)算機(jī)控制制動(dòng)系統(tǒng)工作。目前測(cè)取車速信號(hào)需借助多普勒雷達(dá)作為傳感器，價(jià)格較高，故實(shí)際使用較少。②單參數(shù)感測(cè)控制僅利用車輪轉(zhuǎn)速傳感器獲取車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)，依靠某種計(jì)算方法估算出汽車速度、加速度信號(hào)，這種方法性能價(jià)格比較好，故得到了廣泛的使用。

2、制動(dòng)壓力的調(diào)節(jié)控制3、ABS控制過(guò)程許多控制方法提高控制效率和加快控制收斂速度

如：邏輯門限控制法滑模變結(jié)構(gòu)控制法最優(yōu)控制法模糊控制法邏輯門限控制法應(yīng)用最廣泛控制參數(shù)車輪減速度和車輪加速度門檻值ECU中預(yù)設(shè)定好車輪加、減速度門檻值輔助控制參數(shù)參考滑動(dòng)率和參考速度邏輯門限控制方法

ABS控制通道:ABS系統(tǒng)中能夠獨(dú)立進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)的制動(dòng)管路。ABS控制方式:4、ABS布置方式獨(dú)立控制同時(shí)控制指一條控制通道只控制一個(gè)車輪一條控制通道同時(shí)控制多個(gè)車輪按制動(dòng)調(diào)節(jié)方式不同：依照這些車輪所處位置不同同軸控制異軸控制一個(gè)控制通道控制同軸兩車輪一個(gè)控制通道控制非同軸兩車輪按照控制時(shí)控制依據(jù)選擇不同低選控制高選控制保證附著系數(shù)小的一側(cè)車輪不發(fā)生抱死來(lái)選擇控制系統(tǒng)壓力保證附著系數(shù)較大一側(cè)車輪不發(fā)生抱死來(lái)選擇控制系統(tǒng)壓力按照控制通道數(shù)目的不同，ABS系統(tǒng)分為四通道三通道雙通道單通道四通道ABS

為了對(duì)四個(gè)車輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行獨(dú)立控制，每個(gè)車輪上各安裝一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，并在通往各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)管路中各設(shè)置一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置(通道)。

由于四通道ABS可最大程度利用每個(gè)車輪的附著力進(jìn)行制動(dòng)，因此汽車制動(dòng)效能最好。但在附著系數(shù)分離(兩側(cè)車輪的附著系數(shù)不相等)的路面上制動(dòng)時(shí)，由于同一軸上的制動(dòng)力不相等，使汽車產(chǎn)生較大的偏轉(zhuǎn)力矩而產(chǎn)生制動(dòng)跑偏。因此，ABS通常不對(duì)四個(gè)車輪進(jìn)行獨(dú)立的制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)。雙制動(dòng)管路的H型（前后）X型(對(duì)角)三通道ABS四輪ABS大多為三通道系統(tǒng)，而三通道系統(tǒng)都是對(duì)兩前輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行單獨(dú)控制，對(duì)兩后輪的制動(dòng)壓力按低選原則一同控制。

按對(duì)角布置的雙管路制動(dòng)系統(tǒng)中，雖然在通往四個(gè)制動(dòng)輪缸的制動(dòng)管路中各設(shè)置一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置，但兩個(gè)后制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置卻是由電子控制裝置一同控制的，實(shí)際上仍是三通道ABS。由于三通道ABS對(duì)兩后輪進(jìn)行一同控制，對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車可以在變速器或主減速器中只設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)檢測(cè)兩后輪的平均轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)：汽車緊急制動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)生很大的軸荷轉(zhuǎn)移(前軸荷增加，后軸荷減小)，使前輪的附著力比后輪的附著力大很多(前置前驅(qū)動(dòng)汽車的前輪附著力約占汽車總附著力的70%-80%)。對(duì)前輪制動(dòng)壓力進(jìn)行獨(dú)立控制，可充分利用兩前輪的附著力對(duì)汽車進(jìn)行制動(dòng)，有利于縮短制動(dòng)距離，且汽車方向穩(wěn)定性得到很大改善。雙通道ABS雙通道ABS在按前后布置的雙管路制動(dòng)系統(tǒng)的前后制動(dòng)管路中各設(shè)置一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置，分別對(duì)兩前輪和兩后輪進(jìn)行一同控制。兩前輪可以根據(jù)附著條件進(jìn)行高選和低選轉(zhuǎn)換，兩后輪則按低選原則一同控制。

由于雙通道ABS難以在方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向操縱能力和制動(dòng)距離等方面得到兼顧，因此目前很少被采用單通道ABS所有單通道ABS都是在前后布置的雙管路制動(dòng)系統(tǒng)的后制動(dòng)管路中設(shè)置一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置，對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)的汽車只需在傳動(dòng)系中安裝一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器。驅(qū)動(dòng)防滑轉(zhuǎn)電子控制系統(tǒng)(ASR)在汽車行駛過(guò)程中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)而車身不動(dòng)，或者汽車的移動(dòng)速度低于驅(qū)動(dòng)輪輪緣速度的情況。這時(shí)，意味著輪胎接地點(diǎn)與地面之間出現(xiàn)了相對(duì)滑動(dòng)，我們把這種滑動(dòng)稱為驅(qū)動(dòng)輪的“滑轉(zhuǎn)”，以區(qū)別于汽車制動(dòng)時(shí)車輪抱死而產(chǎn)生的車輪“滑移”。驅(qū)動(dòng)車輪的滑轉(zhuǎn)，同樣會(huì)使車輪與地面的縱向附著力下降，從而使得驅(qū)動(dòng)輪上可獲得的極限驅(qū)動(dòng)力減小，最終導(dǎo)致汽車的起步、加速性能和在濕滑路面上通過(guò)性能的下降。同時(shí)，還會(huì)由于橫向摩擦系數(shù)幾乎完全喪失，使驅(qū)動(dòng)輪上出現(xiàn)橫向滑動(dòng)，隨之產(chǎn)生汽車行駛過(guò)程中的方向失控。它可以在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下，通過(guò)計(jì)算機(jī)幫助駕駛員實(shí)現(xiàn)對(duì)車輪運(yùn)動(dòng)方式的控制，以便在汽車的驅(qū)動(dòng)輪上獲得盡可能大的驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)保持汽車驅(qū)動(dòng)時(shí)的方向控制能力，改善燃油經(jīng)濟(jì)性，減少輪胎磨損。驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱TCS或TRC)TractionControlSystem又稱驅(qū)動(dòng)輪防滑轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱ASR)Anti－SlipRegulation繼ABS之后，設(shè)置在汽車上專門用來(lái)防止驅(qū)動(dòng)輪起步、加速和在濕滑路面行駛時(shí)滑轉(zhuǎn)的電子驅(qū)動(dòng)力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。ASR與ABS的比較共性主要有①ABS與ASR均可以通過(guò)控制車輪的力矩來(lái)達(dá)到控制車輪滑動(dòng)率目的;②ABS與ASR均要求系統(tǒng)具有迅速的反應(yīng)能力和足夠的控制精度；③