汽車防滑控制系統(tǒng)

第6章汽車防滑控制系統(tǒng)汽車防滑控制系統(tǒng)主要包括制動防抱死系統(tǒng)和驅動防滑系統(tǒng)兩局部，用于防止汽車在制動、起步和加速時出現(xiàn)側滑、跑偏、喪失轉向能力和滑轉，從而起到保護乘客和車輛的平安。1§6.1制動系概述一、制動系的作用1.使行駛中的汽車按照駕駛員的要求進行強制減速甚至停車；2.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；3.使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)定。二、制動系類型行車制動系統(tǒng)駐車制動系統(tǒng)應急制動系統(tǒng)輔助制動系統(tǒng)按制動系統(tǒng)作用分類2行車制動系統(tǒng)：使行駛中的汽車減速甚至停車的制動系統(tǒng)；駐車制動系統(tǒng)：使已停駛的汽車駐留原地不動的制動系統(tǒng)；應急制動系統(tǒng)：在行車制動系統(tǒng)失效的情況下，保證汽車仍能實現(xiàn)減速或停車的制動系統(tǒng)；輔助制動系統(tǒng)：在行車過程中，輔助行車制動系統(tǒng)降低車速或保持車速穩(wěn)定，但不能將車輛緊急制停的制動系統(tǒng)。比方：在下長坡時，輔助制動系統(tǒng)可以防止行車制動器過熱失效。

上述制動系統(tǒng)中，行車制動系統(tǒng)和駐車制動系統(tǒng)是每一輛汽車都必須具備的。3三、制動系的組成〔1〕供能裝置：包括供給、調(diào)節(jié)制動所需能量以及改善傳動介質(zhì)狀態(tài)的各種部件

〔2〕控制裝置：產(chǎn)生制動動作和控制制動效果各種部件，如制動踏板

〔3〕傳動裝置：包括將制動能量傳輸?shù)街苿悠鞯母鱾€部件，如制動主缸、輪缸

〔4〕制動器：產(chǎn)生阻礙車輛運動或運動趨勢的部件。

制動系統(tǒng)一般由制動操縱機構和制動器〔盤式和鼓式〕兩個主要局部組成。41.制動踏板2.推桿3.主缸活塞4.制動主缸5.油管6.制動輪缸7.輪缸活塞8.制動鼓9.摩擦片10.制動蹄11.制動底板12.支承銷13.制動蹄回位彈簧

制動時，踩下制動踏板，推桿推動主缸活塞，迫使制動油經(jīng)管路進入輪缸，推動輪缸活塞使制動蹄張開，與制動鼓全面貼合壓緊。此時，不旋轉的摩擦片對旋轉的制動鼓將產(chǎn)生一個摩擦力矩，其方向與車輪旋轉方向相反，大小決定于輪缸的張力、摩擦系數(shù)和制動鼓及制動蹄的尺寸。工作原理56四、對制動系的要求:制動效能好。評價指標有：制動距離、制動減速度、制動時間。在水平枯燥的混凝土路上以30公里/小時的初速度從完全制動到停車時，制動距離應保證：輕型貨車及轎車不大于7米；中型貨車不大于8米；重型貨車不大于12米。停車制動的坡度：輕型汽車不小于25%，中型汽車不小于20%。操縱輕便，制動時方向穩(wěn)定性好。制動時，前后車輪制動力分配合理，左右車輪上的制動力應根本相等，以免汽車制動時發(fā)生跑偏和側滑。制動平順性好。制動時應柔和、平穩(wěn)；解除時應迅速、徹底。散熱性好，調(diào)整方便。這要求制動蹄摩擦片抗高溫能力強，潮濕后恢復能力快，磨損后間隙能夠調(diào)整，并能夠防塵、防油。對掛車的制動系要求：要求掛車的制動作用略早于主車，掛車自行脫掛時能自動進行應急制動。7四、汽車防滑控制系統(tǒng)簡介

1.概述汽車防滑控制系統(tǒng)是汽車上的一種平安附屬裝置，當其出現(xiàn)故障時，汽車的常規(guī)制動系統(tǒng)等照常發(fā)揮作用。防抱死制動系統(tǒng)ABS——AntilockBrakingSystem驅動防滑系統(tǒng)ASR——AccelerationSlipRegulation〔又稱為牽引力控制系統(tǒng)TCS〕8汽車在行使過程中，經(jīng)常用制動的方式來降低車速，或在很短時間內(nèi)停車，但過度的制動會使車輪抱死。前輪先抱死，汽車將失去轉向能力；后輪先抱死，汽車可能出現(xiàn)側滑甚至調(diào)頭的危險。為了防止制動時車輪被抱死后在路面上進行純滑動，提高汽車在制動過程中的轉向操縱能力和方向穩(wěn)定性，縮短制動距離，這種汽車防滑控制系統(tǒng)稱為ABS。汽車在較低附著系數(shù)的路面上起步時，會發(fā)生車輪因打滑而空轉的現(xiàn)象；行使在低附著系數(shù)路面上的汽車突然加速時，車輪也會出現(xiàn)滑轉而車速不能隨著提高的現(xiàn)象，這兩種情況都可能引起側滑，降低發(fā)動機扭矩的利用率。為了保證汽車能盡快起步、加速和行使方向的穩(wěn)定，用ECU自動控制發(fā)動機輸出扭矩大小和對驅動車輪適當制動，這種防滑控制系統(tǒng)稱為驅動防滑系統(tǒng)ASR〔牽引力控制系統(tǒng)〕制動防抱死系統(tǒng)驅動防滑系統(tǒng)92.汽車防滑控制系統(tǒng)開展歷程20世紀初，原始的防抱死制動系統(tǒng)〔ABS〕用在鐵路機車40年代ABS系統(tǒng)被應用于飛機上，以防止飛機著陸時偏離航道及輪胎的爆破1954年美國Ford汽車公司首次將法國生產(chǎn)的民航機用ABS系統(tǒng)應用在Lincoln牌高級轎車上1969年Ford汽車公司推出了后二輪控制方式的防抱死制動系統(tǒng)自80年代后期起ABS在汽車上應用得到普及10§6.2ABS的根本原理一、制動性能評價指標〔1〕制動效能：汽車在行駛中，強制減速以至停車的能力稱為制動效能。制動距離、制動時間、制動減速度〔2〕制動效能的恒定性：最重要的是抗熱衰退性能〔指在高速或下長坡時，因制動器連續(xù)制動而溫度升高后能否保持冷態(tài)時的制動效能的評價指標〕〔3〕制動方向穩(wěn)定性：指汽車在制動時仍能按指定方向的軌跡行駛，即不發(fā)生跑偏、側滑、以及失去轉向能力。11G：汽車的重力FZ1和FZ2：前后輪上作用的地面支承力FJ：汽車制動時作用在質(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減速的過程實際上就是汽車在行駛方向上受到地面制動力Fxb而改變運動狀態(tài)的過程。制動效果的好壞完全取決于這種外界制動力的大小及其所具有的特性二、汽車在水平路面上制動時汽車的受力分析1.受力分析汽車制動時的受力分析12按照摩擦的物理特性可知Fxbmax＝Fz·μ

Fxbmax——地面制動力〔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)〕；提高制動效能增大Fxbmax提高正壓力Fz提高附著系數(shù)μ13影響附著系數(shù)μ的三要素①路面的類型、狀況②輪胎結構類型、花紋、氣壓和材料③車輪的運動方式和車速14汽車制動過程中車輪與地面接觸痕跡的變化制動過程分析路面印痕粗黑。輪速Vω=0路面印痕與胎面花紋根本一致。車速V=輪速Vω路面印痕可識別出輪胎花紋，但花紋逐漸模糊。車速V＞輪速Vω154.滑動率汽車在制動時，制動車輪運動一般經(jīng)過三個變化階段：純滾動、邊滾變滑、純滑動。在此期間，車速與輪速之間產(chǎn)生速度差，車輪發(fā)生滑動現(xiàn)象。

定義滑動率s16用滑動率描述車輪運動狀態(tài)變化車輪純滑動時，nω＝0車輪純滾動時，n＝nω車輪邊滾邊滑時，n<nω0＜S＜100％S＝0％S＝100％175.車輪與地面摩擦系數(shù)隨車輪運動狀態(tài)不同而變化的規(guī)律穩(wěn)定區(qū)非穩(wěn)定區(qū)ABS控制范圍18從圖中可看出〔1〕車輪縱向附著系數(shù)〔又稱制動力系數(shù)〕隨車輪滑動成分的增加呈先上升后下降的趨勢?！?〕附著系數(shù)最大值：一般出現(xiàn)在滑移率S＝15％－25％之間〔3〕當s=100％時，車輪的橫向附著系數(shù)〔又稱橫向力系數(shù)〕趨近于0，這時，車輪無法獲得地面橫向摩擦力。假設這種情況出現(xiàn)在前輪上，導致前輪無法獲得地面?zhèn)认蚰Σ亮?，導致轉向能力喪失，駕駛員無法控制方向；這種狀況出現(xiàn)在后輪上，導致后輪抱死，后軸極易產(chǎn)生劇烈的側滑、甩尾，汽車處于危險的失控狀態(tài)。19綜上所述，理想制動系統(tǒng)的特性應當是當汽車制動時，將車輪滑動率S控制在峰值滑動率〔即S＝20％〕附近，這樣既能使汽車獲得較高的制動效能，又可保證在制動時的方向穩(wěn)定性。汽車防抱死制動系統(tǒng)：能在制動過程中隨時監(jiān)控車輪滑轉程度，并依此自動調(diào)節(jié)作用在車輪上的制動力矩，防止車輪抱死的電子控制裝置。作用：增加汽車制動時的穩(wěn)定性，有效防止各種因制動引起的事故能縮短制動距離：在同樣緊急制動的情況下，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力減少輪胎磨損20§6.3ABS根本組成與工作原理一、ABS的根本組成基本制動系統(tǒng)ABS的汽車制動系統(tǒng)制動力調(diào)節(jié)系統(tǒng)制動主缸制動輪缸制動管路實現(xiàn)汽車的常規(guī)制動傳感器控制器執(zhí)行器制動過程中確保車輪始終不抱死，車輪滑動率處于合理范圍內(nèi)2122ABS主要單元介紹〔一〕電磁式轉速傳感器作用：測出車輪的轉速，并把速度信號送到ECU。信號產(chǎn)生原理：傳感器與普通的交流發(fā)電機原理相同。永久磁鐵產(chǎn)生一定強度的磁場，齒圈在磁場中旋轉時，齒圈齒頂和電極之間的間隙就以一定的速度變化，這樣就會使齒圈和電極組成的磁路中的磁阻發(fā)生變化。其結果使磁通量周期性增減，在線圈兩端產(chǎn)生正比于磁通量增減速度的感應電壓。測出交變電壓的周期T，設齒圈齒數(shù)為z，齒圈轉動角速度為23〔二〕液壓調(diào)節(jié)裝置

液壓調(diào)節(jié)裝置含有電機驅動的回流泵、儲壓器、阻尼室、節(jié)流閥和三位液壓電磁閥。

回流泵：回流泵將制動分泵中排出的制動液泵回到制動總泵。

儲壓器：儲壓器為在減壓過程中大量回流的制動液提供暫時的儲存所。

阻尼器：阻尼器及其下游的節(jié)流裝置能減少返回到制動總泵中的液壓脈沖幅值，使噪聲減少。24三位液壓電磁閥：通過控制制動液的流動方向來調(diào)節(jié)制動分泵中制動液的壓力。特點：閥芯工作位置有上中下三個位置。ECU不通電，在主副彈簧作用下，閥芯處于最下端位置，對應于ABS處在常規(guī)制動或制動壓力升高狀態(tài)；ECU向線圈提供5A電流，閥芯上升到最頂端，ABS處于降壓狀態(tài)ECU向線圈提供2A電流，閥芯上升到中間位置，ABS處于保壓狀態(tài)閥體上有制動總泵接口、主油路接口和車輪制動分泵接口。接回油管接制動分泵制動主缸25ABS對車輪制動壓力的調(diào)節(jié)通?？刹捎靡韵聝煞N方式：①雙參數(shù)感測控制同時利用兩種傳感器獲得車速和車輪轉速信號，按照一定的控制方法由計算機控制制動系統(tǒng)工作。目前測取車速信號需借助多普勒雷達作為傳感器，價格較高，故實際使用較少。②單參數(shù)感測控制僅利用車輪轉速傳感器獲取車輪轉速信號，依靠某種計算方法估算出汽車速度、加速度信號，這種方法性能價格比較好，故得到了廣泛的使用。26〔三〕電子控制單元平安保障主要是對系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行監(jiān)視并作出檢測和診斷，當發(fā)現(xiàn)存在影響系統(tǒng)正常工作的故障時，作出相應的響應。模式選擇根據(jù)汽車的參考速度、車輪速度以及系統(tǒng)的故障決定是否進入ABS工作狀態(tài)。分析子程序將計算的車輪運動特性與參考車速比較決定如何調(diào)用電磁閥的控制命令，門限值的設定、控制邏輯的選擇都是在此模塊中實現(xiàn)。27電子控制單元是ABS系統(tǒng)的控制中心，它根據(jù)各個車輪轉速傳感器輸入的信號對各個車輪的運動狀態(tài)進行監(jiān)測和判定，并形成響應的控制指令，再適時發(fā)出控制指令給制動壓力調(diào)節(jié)器；制動壓力調(diào)節(jié)器是ABS系統(tǒng)中的執(zhí)行控制裝置，它主要由調(diào)壓電磁閥總成、電動泵總成和儲液器等組成一個獨立的整體，通過制動管路與制動主缸和各制動輪缸相連。制動壓力調(diào)節(jié)器受電子控制單元的控制，對各制動輪缸的制動壓力進行調(diào)節(jié)；28二、ABS的工作過程ABS的工作過程可分為：〔1〕常規(guī)制動〔2〕制動壓力保持〔3〕制動壓力減小〔4〕制動壓力增大29〔1〕常規(guī)制動在常規(guī)制動階段，ABS系統(tǒng)不起作用，調(diào)壓電磁閥總成中的進液電磁閥、出液電磁閥均不通電，進液電磁閥處于開啟狀態(tài)，出液電磁閥那么處于關閉狀態(tài)；制動主缸至各制動輪缸的制動管路均處于溝通狀態(tài)；電動油泵也不通電，制動輪缸至儲液器的制動管路均處于關斷狀態(tài)，各制動輪缸的制動壓力將隨制動主缸的輸出壓力而變化，此時的制動過程與常規(guī)制動系統(tǒng)的過程完全相同，30〔2〕制動壓力保持在制動過程中，ECU根據(jù)車輪轉速傳感器輸入車輪轉速信號判定有車輪趨于抱死時，ABS就進人防抱死制動壓力調(diào)節(jié)過程。假設ECU判定右前輪趨于抱死時，ECU輸出控制指令使右前輪的進液電磁閥通電而轉入關閉狀態(tài)，制動主缸中的制動油液不再進入右前輪的制動輪缸。而右前輪出液電磁閥仍不通電而處于關閉狀態(tài)，那么右前輪制動主缸中的制動液也不會流出。此時，右前輪制動輪缸的制動壓力就保持一定，而其他未趨于抱死的車輪制動輪缸內(nèi)的油液壓力仍隨制動主缸輸出壓力的增大而增大，電磁閥控制三種狀態(tài)：加壓：進油閥開，出油閥關減壓：進油閥關，出油閥開保壓：進油閥關，出油閥關31〔3〕制動壓力減小當右前輪制動輪缸的制動壓力保持一定時，假設ECU判定右前輪仍然處于抱死趨勢中，那么輸出控制指令使右前輪出液電磁閥也通電而轉入開啟狀態(tài)，右前輪制動輪缸中的局部制動液經(jīng)開啟的出液電磁閥流回儲液器，制動輪缸內(nèi)的制動壓力減小，右前輪的抱死趨勢開始消除。32〔4〕制動壓力增大隨著右前輪制動輪缸內(nèi)制動壓力的迅速減小，右前輪會在汽車慣性力的作用下逐漸加速。當ECU判定右前輪抱死趨勢已完全消除時，就輸入控制指令使進液電磁閥和出液電磁閥均斷電，那么進液電磁閥恢復開啟狀態(tài)，出液電磁閥恢復關閉狀態(tài)；同時也使電動油泵通電運轉，向制動輪缸泵送制動液。由制動主缸輸出的制動液和電動泵泵送的制動液均經(jīng)過開啟的進液電磁閥進入右前輪制動輪缸，使右前輪制動輪缸內(nèi)的制動壓力迅速增大，右前輪又開始減速轉動。33ABS工作過程綜述當制動力增大到一定程度時，車輪又會出現(xiàn)即將抱死的狀態(tài)，這時又需對制動分泵降壓，從而開始下一個降壓－保壓－升壓循環(huán)。由此可見，ABS系統(tǒng)是以脈沖形式〔頻率為4～10KHz〕對制動壓力進行調(diào)節(jié)，始終將車輪滑動率控制在20％附近，防止車輪防抱死，最大限度保證了制動時汽車的穩(wěn)定性，縮短了制動距離。34三、ABS的工作范圍ABS只是在汽車的速度超過一定值VREF〔假設6Km/h〕以后，才會對制動過程中趨于抱死的車輪進行防抱死制動壓力調(diào)節(jié)。假設汽車速度被制動降低到VREF，ABS就會自動終止防抱死制動壓力調(diào)節(jié)，此后的制動過程與常規(guī)制動過程相同。此時車輪仍可能抱死。此時速度已很小，為了使汽車盡快停車，必須抱死車輪。在制動過程中，只有車輪趨于抱死時，ABS才會對趨于抱死的車輪進行壓力調(diào)節(jié)，防止該車輪抱死拖滑。ABS都有自診斷功能，能夠對系統(tǒng)的工作情況進行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)存在影響系統(tǒng)正常工作的故障時，將自動關閉防抱死系統(tǒng)，并點亮指示燈報警。常規(guī)制動仍然起作用。35§6.4ABS布置方式一、概述ABS控制通道：ABS系統(tǒng)中能夠獨立進行壓力調(diào)節(jié)的制動管路。按制動壓力調(diào)節(jié)方式分：當兩個車輪一同控制時，假設以保證附著力較大的車輪不發(fā)生制動抱死或驅動滑轉為原那么進行制動壓力調(diào)節(jié)，這兩個車輪就是按高選原那么一同控制。假設以保證附著力較小的車輪不發(fā)生制動抱死或驅動滑轉為原那么進行制動壓力調(diào)節(jié)，這兩個車輪就是按低選原那么一同控制。獨立控制一同控制指一條控制通道只控制一個車輪一條控制通道同時控制多個車輪36二、ABS類型按照控制通道數(shù)目的不同，ABS系統(tǒng)分為四通道三通道雙通道單通道371、四通道ABS

為了對四個車輪的制動壓力進行獨立控制，每個車輪上各安裝一個轉速傳感器，并在通往各制動輪缸的制動管路中各設置一個制動壓力調(diào)節(jié)分裝置(通道)。

由于四通道ABS可最大程度利用每個車輪的附著力進行制動，因此汽車制動效能最好。但在附著系數(shù)別離(兩側車輪的附著系數(shù)不相等)的路面上制動時，由于同一軸上的制動力不相等，使汽車產(chǎn)生較大的偏轉力矩而產(chǎn)生制動跑偏。因此，ABS通常不對四個車輪進行獨立的制動壓力調(diào)節(jié)。雙制動管路的H型〔前后〕X型(對角)382、三通道ABS四輪ABS大多為三通道系統(tǒng)，而三通道系統(tǒng)都是對兩前輪的制動壓力進行單獨控制，對兩后輪的制動壓力按低選原那么一同控制。

按對角布置的雙管路制動系統(tǒng)中，雖然在通往四個制動輪缸的制動管路中各設置一個制動壓力調(diào)節(jié)分裝置，但兩個后制動壓力調(diào)節(jié)分裝置卻是由電子控制裝置一同控制的，實際上仍是三通道ABS。由于三通道ABS對兩后輪進行一同控制，對于后輪驅動的汽車可以在變速器或主減速器中只設置一個轉速傳感器來檢測兩后輪的平均轉速。392、三通道ABS四輪ABS大多為三通道系統(tǒng)，而三通道系統(tǒng)都是對兩前輪的制動壓力進行單獨控制，對兩后輪的制動壓力按低選原那么一同控制。

優(yōu)點：汽車緊急制動時，會發(fā)生很大的軸荷轉移(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(前置前驅動汽車的前輪附著力約占汽車總附著力的70%-80%)。對前輪制動壓力進行獨立控制，可使前輪始終保持較大的抵抗外界橫向力作用的能力，汽車方向穩(wěn)定性得到很大改善。同時充分利用兩前輪很大的附著力產(chǎn)生制動力，有利于縮短制動距離，且40如圖〔a〕所示，雙通道ABS在按前后布置的雙管路制動系統(tǒng)的前后制動管路中各設置一個制動壓力調(diào)節(jié)分裝置，分別對兩前輪和兩后輪進行一同控制。兩前輪可以根據(jù)附著條件進行高選和低選轉換，兩后輪那么按低選原那么一同控制。由于雙通道ABS難以在方向穩(wěn)定性、轉向操縱能力和制動距離等方面得到兼顧，因此目前很少被采用。3、雙通道ABS高/低選低選圖〔a〕41所有單通道ABS都是在前后布置的雙管路制動系統(tǒng)的后制動管路中設置一個制動壓力調(diào)節(jié)裝置，對于后輪驅動的汽車只需在傳動系中安裝一個轉速傳感器。4、單通道ABS單通道ABS一般對兩后輪按低選原那么一同控制，其主要作用是提高汽車制動時的方向穩(wěn)定性。在附著系數(shù)別離的路面上進行制動時，兩后輪的制動力都被限制在處于低附著系數(shù)路面上的后輪的附著力水平，制動距離會有所增加。由于前制動輪缸的制動壓力未被控制，前輪仍然可能發(fā)生制動抱死，所以汽車制動時的轉向操作能力得不到保障。

但由于單通道ABS能夠顯著地提高汽車制動時的方向穩(wěn)定性，又具有結構簡單、本錢低的優(yōu)點，因此在輕型貨車上得到廣泛應用。42§6.5驅動防滑系統(tǒng)ASR汽車“打滑〞：汽車制動時車輪的滑移汽車驅動時車輪的滑轉——兩種情況如下：當汽車起步時，盡管驅動輪不停轉動，汽車卻原地不動正在行進的汽車，突然加速時，也會發(fā)生驅動輪滑轉，車速不能馬上提高。驅動輪的滑轉也可能會引起汽車的側滑，同時也損失了發(fā)動機的轉矩。ASR就是在ABS根底上設計的，用來防止驅動輪滑轉。43一、汽車驅動分析滑轉率：說明汽車滑轉成分大小。分析：當v=0時，s’＝100％，即車輪在原地打滑；當v＝ωr時，s’＝0，說明車輪作純滾動。當0<s’<100%時，車輪邊滑邊滾。其中，ω為車輪角速度，r為車輪半徑，V為汽車速度。當s＝100％時，縱向附著系數(shù)和橫向附著系數(shù)都很小。峰值出現(xiàn)在s＝20％左右。驅動防滑系統(tǒng)作用：通過減小發(fā)動機扭矩等措施，把滑轉率控制在5％～15％之間，從而獲得較大的縱向和橫向附著力44二、ASR組成與工作原理1、ASR組成：ASR與ABS共用ECU和車輪轉速傳感器。在通往驅動車輪制動輪缸的制動管路中增設一個驅動防滑系統(tǒng)制動壓力調(diào)節(jié)裝置，在由加速踏板控制的主節(jié)氣門上方增設一個由步進電機控制的副節(jié)氣門，并在主副節(jié)氣門外各設置一個節(jié)氣門開度傳感器，即可實現(xiàn)驅動防滑控制。45二、ASR組成與工作原理2、ASR工作原理：當汽車在雨雪濕滑路面上起步或加速時，假設汽車防滑控制系統(tǒng)ECU通過四個輪速傳感器信號，判斷汽車某一側的車輪滑轉率超過規(guī)定值時，ECU便向驅動防滑系統(tǒng)