汽車防抱死系統(tǒng).docx

1.汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)概述 1.1 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)生 當(dāng)汽車以較高的車速在表面潮濕或有冰雪的路面上緊急制動(dòng)時(shí)，很可能會(huì)出現(xiàn)這樣一些危險(xiǎn)的情況：車尾在制動(dòng)的過(guò)程中偏離行進(jìn)的方向，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)汽車旋轉(zhuǎn)掉頭，汽車失去方向穩(wěn)定性，這種現(xiàn)象稱為側(cè)滑；另一種情況是在制動(dòng)過(guò)程中駕駛員控制不了汽車的行駛方向，即汽車失去方向可操縱性，若在彎道制動(dòng)，汽車會(huì)沿路邊滑出或闖入對(duì)面車道，即便是直線制動(dòng)，也會(huì)因?yàn)槭?duì)方向的控制而無(wú)法避讓對(duì)面的障礙物。產(chǎn)生這些危險(xiǎn)狀況的原因在于汽車的車輪在制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生抱死現(xiàn)象，此時(shí)，車輪相對(duì)于路面的運(yùn)動(dòng)不再是滾動(dòng)，而是滑動(dòng)，路面作用在輪胎上的側(cè)滑摩擦力和縱向制動(dòng)力變得很小，路面越滑，車輪越容易出現(xiàn)抱死現(xiàn)象；同時(shí)汽車制動(dòng)的初速度越高，車輪抱死所產(chǎn)生的危險(xiǎn)性也越大。這將導(dǎo)致汽車可能會(huì)出現(xiàn)下面三種情況： 1) 制動(dòng)距離變長(zhǎng) 2) 方向穩(wěn)定性變差，出現(xiàn)側(cè)滑現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)掉頭 3) 方向操縱性喪失，駕駛員不能控制汽車的行駛方向 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS（Anti-lock Braking System） 是一種主動(dòng)安全裝置，它在制動(dòng)過(guò)程中根據(jù) “車輛一路面”狀況，采用電子控制方式自動(dòng)調(diào)節(jié)車輪的制動(dòng)力矩來(lái)達(dá)到防止車輪抱死的目的。即在汽車制動(dòng)時(shí)使車輪的縱向處于附著系數(shù)的峰值，同時(shí)使其側(cè)向也保持著較高的附著系數(shù)，防止車輪抱死滑拖，提高制動(dòng)過(guò)程中的方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向控制能力和縮短制動(dòng)距離，使制動(dòng)更為安全有效。隨著汽車行駛速度的提高、道路行車密度的增大、以及人們對(duì)汽車行駛安全性的要求越來(lái)越高，汽車行駛的安全性當(dāng)然是最應(yīng)受到關(guān)注的問(wèn)題。 影響汽車安全性的因素很多，諸如汽車的制動(dòng)性、操縱性、行駛的穩(wěn)定性、 抵御外界影響（碰撞、 擦掛等）的能力等都影響汽車的安全性。統(tǒng)計(jì)資料顯示，在道路交通事故中，大約10%的事故是由于車輛在制動(dòng)瞬間偏離預(yù)定軌道或甩尾造成的.因此完善制動(dòng)性能是減少交通事故的重要措施。 汽車行駛時(shí)能在短距離內(nèi)停車且維持行駛方向穩(wěn)定性和在下長(zhǎng)坡時(shí)能維持一定車速的能力稱為汽車的制動(dòng)性。汽車的制動(dòng)性還應(yīng)包括汽車能在一定坡度的坡道上長(zhǎng)時(shí)間停車不動(dòng)的性能。 汽車的制動(dòng)性主要由下列三個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)： ) 制動(dòng)效能 在一定車速行駛時(shí)，采取制動(dòng)措施后能使車停下的距離稱為制動(dòng)效能。距離越短，越有利于避免交通事故的發(fā)生。它是制動(dòng)性最基本的評(píng)價(jià)指標(biāo)。 ) 制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性它是汽車制動(dòng)時(shí)，維持原有的行駛方向，不發(fā)生跑偏，側(cè)滑的性能。汽車制動(dòng)過(guò)程中，不能失去方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向控制能力 。 ) 制動(dòng)效能的恒定性汽車在連續(xù)多次制動(dòng)或涉水后仍具備必要的制動(dòng)功能的能力，即抗衰退性?？顾ネ诵允侵钙囋诜敝毓ぷ鳁l件下制動(dòng)時(shí)（如下長(zhǎng)坡時(shí)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)制動(dòng)），制動(dòng)器溫度升高后，其制動(dòng)效能的保持程度。它是設(shè)計(jì)制動(dòng)器及選材中必須認(rèn)真考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。 以上三項(xiàng)指標(biāo)中，前兩項(xiàng)指標(biāo)采用 ABS裝置后，其性能都會(huì)有明顯的改善和提高，對(duì)避免交通事故的發(fā)生能起到很好的作用，因此 ABS是汽車上十分重要的主動(dòng)安全裝置。 ABS與常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：1)改善制動(dòng)效能。這是因?yàn)樵谕瑯泳o急制動(dòng)情況下，ABS系統(tǒng)可以將滑移率控制在20%左右，充分利用縱向峰值附著系數(shù)和較大的側(cè)向附著系數(shù)，使車輪和地面間產(chǎn)生最大的地面制動(dòng)力，縮短了制動(dòng)距離。 2) 改善汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。汽車制動(dòng)時(shí)，四個(gè)輪子的制動(dòng)力是不一樣的。 如果汽車的前輪抱死滑拖，駕駛員就無(wú)法控制汽車的行駛方向，汽車就失去了轉(zhuǎn)向操縱能力，只能按慣性力的方向運(yùn)行，無(wú)法避開行人和障礙物：若后輪先抱死，則會(huì)出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾，甚至使汽車整個(gè)調(diào)頭等嚴(yán)重事故。 3)改善汽車制動(dòng)時(shí)的橫向穩(wěn)定性。如果車輪抱死，橫向附著系數(shù)（也稱側(cè)向附著系數(shù)）就非常小，汽車極易側(cè)滑。ABS把滑移率控制在8%25%之間，橫向附著系數(shù)較大，有足夠的抵抗橫向干擾的能力。 4) 改善車輪的磨損狀況。汽車車輪抱死滑拖會(huì)造成輪胎局部杯型磨損，輪胎面磨損也會(huì)不均勻，使輪胎磨損消耗增加。經(jīng)測(cè)定，汽車在緊急制動(dòng)時(shí)，車輪抱死所造成的輪胎累加磨損費(fèi)，己超過(guò)一套防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的造價(jià)，縮短輪胎的使用壽命，ABS系統(tǒng)可以防止這種情況出現(xiàn)。 5)減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少駕駛員緊張情緒，提高了乘客的乘坐舒適性和安全性。 6)使用方便，工作可靠，維修簡(jiǎn)便。制動(dòng)時(shí)只要把腳踏在制動(dòng)踏板上，ABS系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)情況自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)，如遇雨雪路滑，駕駛員也沒有必要用一連串的點(diǎn)剎車方式進(jìn)行制動(dòng)，ABS系統(tǒng)會(huì)使制動(dòng)狀態(tài)保持在最佳點(diǎn)。如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)有故障，就會(huì)自動(dòng)恢復(fù)為常規(guī)制動(dòng)狀態(tài)。 1.2 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展歷史 ABS發(fā)展至今，其發(fā)展史大致可劃分為三個(gè)階段。20世紀(jì)30年代至50年代，這一時(shí)期是 ABS誕生和初步發(fā)展的時(shí)期。 制動(dòng)防抱死系統(tǒng)最初不是用在汽車上，而是首先用在鐵路機(jī)車上，以防止火車車輪制動(dòng)抱死后在鋼軌上滑行使制動(dòng)距離延長(zhǎng)，同時(shí)造成局部摩擦，致使車輪、鋼軌早期損壞和車輪不能平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)。隨后又應(yīng)用于飛機(jī)上，以防止飛機(jī)著陸后制動(dòng)跑偏、 甩尾和輪胎劇烈磨損，縮短滑行距離。在30年代機(jī)械式防抱死制動(dòng)系統(tǒng)就開始在飛機(jī)上獲得應(yīng)用。由于飛機(jī)對(duì)制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性要求高，而 ABS的價(jià)格占飛機(jī)總價(jià)格比例較小，機(jī)場(chǎng)的場(chǎng)面條件簡(jiǎn)單，尾部機(jī)輪可以精確測(cè)量機(jī)速，從而可獲得正確的滑移率，實(shí)現(xiàn)精確控制等一系列有利條件，使 ABS在飛機(jī)上的應(yīng)用取得成功，普及率很快上升，并很快成為飛機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)裝備。 汽車上使用 ABS始于20世紀(jì)50年代，福特汽車公司首先將它裝配在汽車上，這開創(chuàng)了汽車使用 ABS的先河。1969年，林肯大陸牌III型汽車安裝了由凱。海斯研制成功的奧托一林納防抱死裝置。裝在后輪上的傳感器能發(fā)送訊號(hào)到雜物箱后面的計(jì)算機(jī)，當(dāng)傳感器向計(jì)算機(jī)發(fā)出制動(dòng)器將要抱死訊號(hào)時(shí)，計(jì)算機(jī)便控制制動(dòng)管路上的真空操縱閥，以降低后制動(dòng)器的油壓。 裝用 ABS的轎車在光滑路面制動(dòng)時(shí)確實(shí)提高了其穩(wěn)定性，但在不好路面上制動(dòng)，其制動(dòng)距離較一般制動(dòng)系的汽車長(zhǎng)，加上ABS的體積、質(zhì)量大，價(jià)格高，銷路很有限。 制動(dòng)廠家終于在70代中期停止了ABS汽車的生產(chǎn)。由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，歐洲隨后研制成由數(shù)字計(jì)算機(jī)組成的較為現(xiàn)代型的 ABS。數(shù)字計(jì)算機(jī)不易受干擾，速度快，可以把降低增加制動(dòng)液壓循環(huán)的次數(shù)增加到每秒十余次。其速度完全可以與數(shù)字計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的速度相匹配。這種較為現(xiàn)代的ABS體積小、質(zhì)量輕、動(dòng)作更快、更準(zhǔn)確。 波許公司在 20世紀(jì) 60年代初就開始ABS的開發(fā)工作，于 1978年正式生產(chǎn)出ABS型汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，以后相繼開發(fā)出將汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)力自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置有機(jī)結(jié)合的ABSASR系統(tǒng)。該公司于 1975年研制出部分集成模擬信號(hào)處理的第一代 ABS產(chǎn)品，以后又相繼研制出全數(shù)字化和高度集成化的ABS產(chǎn)品，并將微機(jī)控制用于制動(dòng)系統(tǒng)中。德國(guó)的坦威斯公司 （TEVES）于1984 年首次推出了整體式 ABS 坦威斯MK11 ，該系統(tǒng)將防抱死制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置與制動(dòng)主缸和液壓制動(dòng)助力器組合為一個(gè)整體，而在該系統(tǒng)出現(xiàn)以前，所有的ABS都是將制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置作為一個(gè)單獨(dú)的整體，附加在常規(guī)的制動(dòng)系統(tǒng)中，即采用的都是分離式結(jié)構(gòu)。 20世紀(jì)30-50年代，西方國(guó)家研制出純機(jī)械式的ABS并少量裝備于汽車。到了60年代，模擬電子技術(shù)在 ABS上開始使用，但因成本太高，可靠性也不穩(wěn)定，未能在汽車上廣泛使用。70年代后期出現(xiàn)了數(shù)字式電子控制的ABS，從而揭開了現(xiàn)代ABS大發(fā)展的序幕。通過(guò)數(shù)字化和集成化，使ABS的組件數(shù)目大大減少，降低了成本，提高了可靠性，歐、美、日的汽車公司逐步在汽車上裝備了ABS。進(jìn)入70年代后，隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路的發(fā)展和微機(jī)的運(yùn)用，電子控制式ABS日趨成熟，成本不斷降低，并且體積小、質(zhì)量輕、控制精度高，其安全效能十分顯著，普遍受到人們的歡迎和認(rèn)可，為其迅速普及創(chuàng)造了條件。20世紀(jì)80年代ABS向著提高效能成本比的方向發(fā)展，是汽車ABS研制生產(chǎn)應(yīng)用迅速發(fā)展的階段，加之法規(guī)的推動(dòng)作用，ABS已成為汽車上標(biāo)準(zhǔn)裝備或選擇裝備。 1.3 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 1) ABS本身控制技術(shù)的提高。 現(xiàn)代制動(dòng)防抱死裝置多是電子計(jì)算機(jī)控制，這也反映了現(xiàn)代汽車制動(dòng)系向電子化方向發(fā)展。 基于滑移率的控制算法容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，且有十分明確的理論加以指導(dǎo)，但目前制約其發(fā)展的瓶頸主要是實(shí)現(xiàn)的成本問(wèn)題。 隨著體積更小、價(jià)格更便宜、可靠性更高的車速傳感器的出現(xiàn)，ABS 系統(tǒng)中增加車速傳感器成為可能，確定車輪滑移率將變得準(zhǔn)確而快速。 全電制動(dòng)控制系統(tǒng)BBW(Brake-By-Wire)是未來(lái)制動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。它不同于傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)，其傳遞的是電，而不是液壓油或壓縮空氣，可以省略許多管路和傳感器，縮短制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間，維護(hù)簡(jiǎn)單，易于改進(jìn)，為未來(lái)的車輛智能控制提供條件。但是，它還有不少問(wèn)題需要解決，如驅(qū)動(dòng)能源問(wèn)題，控制系統(tǒng)失效處理，抗干擾處理等。目前電制動(dòng)系統(tǒng)首先用在混合動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)車輛上，采用液壓制動(dòng)和電制動(dòng)兩種制動(dòng)系統(tǒng)。 2) 防滑控制系統(tǒng) 防滑控制系統(tǒng)ASR(Acceleration Slip Regulation)或稱為牽引力控制系統(tǒng)TCS(Traction Contro System)是驅(qū)動(dòng)時(shí)防止車輪打滑，使車輪獲得最大限度的驅(qū)動(dòng)力，并具有行駛穩(wěn)定性，減少輪胎磨損和發(fā)動(dòng)機(jī)的功耗，增加有效的驅(qū)動(dòng)牽引力。防滑控制系統(tǒng)包括兩部分：制動(dòng)防滑與發(fā)動(dòng)機(jī)牽引力控制。制動(dòng)部分是當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪（后輪）在低附著系數(shù)路面工作時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)力過(guò)大，則產(chǎn)生打滑，當(dāng)ASR制動(dòng)部分工作時(shí)，通過(guò)傳感器將非驅(qū)動(dòng)輪及驅(qū)動(dòng)輪的輪速信號(hào)采集到控制器中，控制器根據(jù)輪速信號(hào)計(jì)算出驅(qū)動(dòng)車輪滑移率及車輪減、加速度，當(dāng)滑移率或減、加速度超過(guò)某一設(shè)定閥值時(shí)，則控制器打開開關(guān)閥，氣壓由儲(chǔ)氣筒直接進(jìn)入制動(dòng)氣室進(jìn)行制動(dòng)，由于三通單向閥的作用氣壓只能進(jìn)入打滑驅(qū)動(dòng)輪的制動(dòng)氣室，在低附著系數(shù)路面上制動(dòng)時(shí)，輪速對(duì)壓力十分敏感，壓力稍稍過(guò)大，車輪就會(huì)抱死。為此利用ABS電磁閥對(duì)制動(dòng)壓力進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)，即用小步長(zhǎng)增壓或減壓，以達(dá)到最佳的車輪滑移的效果既可以得到最大驅(qū)動(dòng)力，也可保持行駛的穩(wěn)定性。 3) 電子控制制動(dòng)系統(tǒng) 由于ASS在功能方面存在許多缺陷,如氣壓系統(tǒng)的滯后，主車與接車制動(dòng)相容性問(wèn)題等。為改善這些,出現(xiàn)了電子制動(dòng)控制系統(tǒng)EBS(Electronics Break System)它是將氣壓傳動(dòng)改為電線傳動(dòng)，縮短了制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間。最重要的特點(diǎn)是各個(gè)車輪上制動(dòng)力可以獨(dú)立控制。 控制強(qiáng)度則由司機(jī)踏板位移信號(hào)的大小來(lái)決定，由壓力調(diào)節(jié)閥、氣壓傳感器及控制器構(gòu)成閉環(huán)的連續(xù)壓力控制，這樣可以在外環(huán)形成一個(gè)控制回路，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制功能，如制動(dòng)力分布控制、減速控制、牽引車與掛車處禍合力控制等。 4) 車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng) 車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)VDC(Vehicle Dynamics Control)是在ABS的基礎(chǔ)上通過(guò)測(cè)量方向盤轉(zhuǎn)角、橫擺角速度和側(cè)向加速度對(duì)車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行控制。VDC系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向角、油門、制動(dòng)壓力，通過(guò)觀測(cè)器決定出車輛應(yīng)具有的名義運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。同時(shí)由輪速、橫擺角速度和側(cè)向加速度傳感器測(cè)出車輛的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。名義狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)的差值即為控制的狀態(tài)變量，控制的目的就是使這種差值達(dá)到最小，實(shí)現(xiàn)的方法則是利用車輪滑移率特性。車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)目的是改善車輛操縱的穩(wěn)定性，它可以在車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處于危險(xiǎn)狀態(tài)下自動(dòng)進(jìn)行控制。其主要作用就是通過(guò)控制車輛的橫向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使車輛處于穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使人能夠更容易地操縱車輛。 5) 控制系統(tǒng)總線技術(shù) 隨著汽車技術(shù)科技含量的不斷增加，必然造成龐大的布線系統(tǒng)。因此，需要采用總線結(jié)構(gòu)將各個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源信息實(shí)時(shí)共享，并可以減少傳感器數(shù)量，從而降低整車成本，朝著系統(tǒng)集成化的方向發(fā)展。 目前多使用 CAN控制器局域網(wǎng)絡(luò) （Controller Area Network)用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。 1.4 國(guó)內(nèi)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用概況 我國(guó)ABS的研究始于20世紀(jì)80年代初，現(xiàn)剛剛進(jìn)入產(chǎn)品試制和裝車試驗(yàn)階段。 隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展及汽車保有量和車速的不斷提高，行車安全問(wèn)題變得越來(lái)越突出。ABS系統(tǒng)的研究在我國(guó)成為熱門課題，許多高校、科研單位和生產(chǎn)廠家正在加快研究攻關(guān)和技術(shù)引進(jìn)步伐。國(guó)內(nèi)研制ABS的單位主要有東風(fēng)汽車公司、交通部重慶公路研究所、重慶宏安ABS有限公司、陜西興平514廠、西安公路學(xué)院、清華大學(xué)、西安艾韋機(jī)電科技公司等單位和部門。 東風(fēng)公司從80年代初就開始研究ABS，是較早研究ABS的廠家之一，現(xiàn)研究工作的主要目標(biāo)是對(duì)國(guó)外的產(chǎn)品進(jìn)行消化吸收。 重慶公路研究所相繼開發(fā)出了兩代 ABS產(chǎn)品，第一代 ABS的ECU采用了80芯片。 第二代ABS產(chǎn)品為 FKX-ACI型，該裝置的ECU中的CPU微處理器采用了美國(guó)工NTEL公司的MCS96系列8098單片機(jī)。我國(guó)目前己著手制定有關(guān)車輛安全性方面的法規(guī)，并決定首先在重型汽車和大客車上安裝ABS系統(tǒng)。 從 1998年起，國(guó)產(chǎn)的奧迪、桑塔納和富康等轎車，己普遍裝上了ABS 2.防抱死制動(dòng)系統(tǒng)基本原理 ABS系統(tǒng)能夠通過(guò)控制制動(dòng)過(guò)程中車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使車輪不產(chǎn)生抱死，保證汽車制動(dòng)時(shí)處于最佳的制動(dòng)狀態(tài)，即保持方向穩(wěn)定性、方向操縱性和縮短制動(dòng)距離。所以，要對(duì)ABS系統(tǒng)進(jìn)行研究，就必須先了解汽車制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)特性。2.1 制動(dòng)時(shí)汽車的運(yùn)動(dòng) 2.1.1 制動(dòng)時(shí)汽車受力分析 汽車在制動(dòng)的過(guò)程中主要受到地面給汽車的作用力、風(fēng)的阻力和自身重力的作用。 地面對(duì)汽車的作用力又分為： 作用在車輪上垂直于地面的支承力和作用在車輪上平行于地面的力。汽車在直線行駛并受橫向外界干擾力作用和汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受到地面給汽車的力如圖2-1所示。其中 ：為地面作用在每個(gè)車輪上的地面制動(dòng)力，他的大小決定于路面的縱向附著系數(shù)和車輪所受的載荷。 所有車輪上所受地面制動(dòng)力的總和作為地面給汽車的總的地面制動(dòng)力，它是使汽車在制動(dòng)時(shí)減速并停止的主要作用力。 為地面作用在每個(gè)車輪上的側(cè)滑摩擦力，側(cè)滑摩擦力的大小取決于側(cè)向附著系數(shù)和車輪所受的載荷，當(dāng)車輪抱死時(shí)，側(cè)滑摩擦力將變得很小，幾乎為零。汽車直線制動(dòng)時(shí)，若受到橫向干擾力的作用，如橫向風(fēng)力或路面不平，汽車將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力來(lái)保持汽車的直線行駛方向，如圖2-1(a) 所示。 若汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)制動(dòng)或在制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)彎，也將產(chǎn)生側(cè)滑摩擦力使汽車能夠轉(zhuǎn)向。 圖2-1汽車直線和轉(zhuǎn)彎制動(dòng)時(shí)的平面受力簡(jiǎn)圖如圖2-1（）所示。 地面制動(dòng)力決定制動(dòng)距離的長(zhǎng)短，側(cè)滑摩擦力則決定了汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。 這里將作用在前輪上的側(cè)滑摩擦力稱為轉(zhuǎn)彎力， 將作用在后輪上的側(cè)滑摩擦力稱為側(cè)向力。 轉(zhuǎn)彎力和汽車的方向操縱性有關(guān)， 它保證了汽車能夠按照駕駛員的意愿轉(zhuǎn)向；側(cè)向力和汽車的方向穩(wěn)定性有關(guān)， 它保證了汽車的行進(jìn)方向。轉(zhuǎn)彎力越大，汽車的方向操縱性越好；側(cè)向力越大，汽車的方向穩(wěn)定性越好。 如上所述，施加適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)，能夠有效地使汽車停下。制動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大，是汽車發(fā)生各種危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)狀況的主要原因。因此，汽車行駛時(shí)，要根據(jù)冰路、雪路、砂石路、壞路、 水濕路 干路、直路、彎曲路等道路條件，根據(jù)汽車速度、方向轉(zhuǎn)角等行駛條件進(jìn)行制動(dòng)操作， 必須時(shí)常注意不能讓車輪完全抱死。 2.1.2 車輪抱死時(shí)汽車運(yùn)動(dòng)情況 車輪抱死時(shí)汽車所受到的側(cè)滑摩擦力將會(huì)變的很小，這將使汽車制動(dòng)時(shí)保持方向操縱性和方向穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)彎力和側(cè)向力變的很小，使汽車在制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)一些危險(xiǎn)的運(yùn)動(dòng)情況。對(duì)ABS系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，就是要防止這些危險(xiǎn)情況的出現(xiàn)。下面從汽車在一種路面上直線和轉(zhuǎn)彎制動(dòng)兩方面簡(jiǎn)單討論一下當(dāng)車輪抱死時(shí)汽車的運(yùn)動(dòng)情況。 )汽車在一種路面上直線運(yùn)動(dòng)制動(dòng)車輪抱死時(shí)可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)情況如圖2-2所示。 圖2-2（a）為只有前輪抱死時(shí)，由于前輪的轉(zhuǎn)彎力基本為零，無(wú)法進(jìn)行正常的轉(zhuǎn)向操作。為制動(dòng)時(shí)前輪全部抱死而后輪不抱死汽車的運(yùn)動(dòng)情況示意，當(dāng)前輪抱死時(shí)轉(zhuǎn)彎力為零，駕駛員無(wú)法控制汽車的方向使汽車轉(zhuǎn)向來(lái)避讓前方的障礙物，這時(shí)由于汽車后輪不抱死，所以汽車仍具有側(cè)向力來(lái)維持方向穩(wěn)定性。 圖2-2（b） 為只有后輪抱死時(shí)，后輪的側(cè)向力接近于零，汽車仍具有方向操縱性，但會(huì)因后輪抱死而失去方向穩(wěn)定性使汽車側(cè)滑。 汽車不能保持原來(lái)的行駛方向，由于離心力和前輪轉(zhuǎn)向力的作用，汽車將一面旋轉(zhuǎn)一面沿曲線行駛（這種運(yùn)動(dòng)叫外旋轉(zhuǎn)）。 圖2-2（c）為前后車輪全部抱死時(shí)時(shí)轉(zhuǎn)彎力和側(cè)向力都為零，這種狀態(tài)很不穩(wěn)定，路面不均勻、左右輪地面制動(dòng)力不相等時(shí)，即使對(duì)汽車施加很小的偏轉(zhuǎn)力矩，汽車就會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而處于危險(xiǎn)狀態(tài)，在不規(guī)則旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中將制動(dòng)釋放，汽車就會(huì)沿著瞬時(shí)行駛方向急速駛出，這也是很危險(xiǎn)的。 圖2-2 汽車直線制動(dòng)車輪抱死時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況2 )汽車在一種路面上轉(zhuǎn)彎制動(dòng)車輪抱死時(shí)可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)情況如圖 2-3 所示。 所有這些運(yùn)動(dòng)情況若在制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)，都是極其危險(xiǎn)的。圖2-3 汽車轉(zhuǎn)彎制動(dòng)車輪抱死時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況 從上面對(duì)出現(xiàn)這些危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)情況的簡(jiǎn)單分析可以看出，制動(dòng)時(shí)車輪抱死導(dǎo)致汽車出現(xiàn)各種危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)情況，實(shí)質(zhì)上是汽車因失去相應(yīng)的維持本身方向穩(wěn)定性方向操縱性的側(cè)滑摩擦力而使汽車出現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)情況，即車輪抱死導(dǎo)致汽車的側(cè)滑摩擦力為零。車輪的抱死程度和汽車的地面制動(dòng)力及汽車的側(cè)滑摩擦力之間存在一定的關(guān)系，ABS之所以能防止汽車制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)危險(xiǎn)的運(yùn)動(dòng)情況，就是根據(jù)這個(gè)關(guān)系來(lái)調(diào)整車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以避免側(cè)滑摩擦力為零。 2.2 滑移率和路面附著系數(shù)的關(guān)系 制動(dòng)時(shí)道路作用于車輪上的縱向附著力就等于汽車制動(dòng)力。道路給予汽車轉(zhuǎn)向輪的側(cè)向附著力就是使汽車轉(zhuǎn)向的側(cè)向力。 定義縱向附著力為F，側(cè)向附著力，車輪的垂直載荷，則縱向附著系數(shù)和側(cè)向附著系數(shù)可以用下式表示： （21） （22）汽車在制動(dòng)的過(guò)程中出現(xiàn)車輪抱死時(shí)，車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并不是從旋轉(zhuǎn)狀態(tài)突然進(jìn)入到相對(duì)于汽車停止的抱死狀態(tài)，即車輪從旋轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)入抱死狀態(tài)要經(jīng)歷一個(gè)過(guò)渡過(guò)程。 在此過(guò)渡過(guò)程中，車輪相對(duì)于汽車的轉(zhuǎn)速慢慢降低，直至為零時(shí)車輪抱死。若以車輪抱死時(shí)的抱死程度為最大，則在過(guò)渡過(guò)程時(shí)車輪的抱死程度就較小，在不對(duì)車輪進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，車輪抱死的程度為最小。車輪滑移程度用滑移率表示： （23） ： 車輪中心的速度，單位 ； ： 車輪制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速，單位 弧度； ： 沒有地面制動(dòng)力時(shí)的車輪滾動(dòng)半徑，單位 ： 這里，車輪中心的速度即為車速。顯然，滑移率的取值范圍為 當(dāng)不對(duì)車輪進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，車輪隨汽車的運(yùn)動(dòng)而滾動(dòng)，由車輪輪速計(jì)算出的車輪中心速度汽車速度心速度和汽車的速度大小相等，滑移率為。若對(duì)車輪施加制動(dòng)，車輪的旋轉(zhuǎn)將減速， 這時(shí)由輪速計(jì)算的車輪中心速度比車速小，使汽車開始拖動(dòng)車輪使車輪中心的速度和汽車速度一樣，造成車輪相對(duì)路面產(chǎn)生滑動(dòng)，車輪既做滾動(dòng)又做滑動(dòng)，滑移率介于和之間。當(dāng)制動(dòng)增強(qiáng)時(shí)，車輪的轉(zhuǎn)速逐漸變小，最終為零，這時(shí)汽車拖帶車輪相對(duì)于路面做純滑動(dòng)，滑移率為1?？梢?，滑移率能夠定量表示車輪抱死的程度。 車輪滑移率和車輪的縱向及側(cè)向附著系數(shù)之間有如圖2-4所示的關(guān)系。 顯然它們之間的關(guān)系是一種非線性關(guān)系。 圖2-4 滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系 滑移率為零時(shí)，縱向附著系數(shù)為零，側(cè)向附著系數(shù)為最大?；坡试龃髸r(shí)，車輪與地面之間開始出現(xiàn)滑動(dòng)，縱向附著系數(shù)近似呈線性增長(zhǎng)，同時(shí)側(cè)向附著系數(shù)減小。當(dāng)滑移率繼續(xù)增大時(shí)，縱向附著系數(shù)在滑移率S為20%左右時(shí)達(dá)到峰值后開始迅速減小。 達(dá)到峰值時(shí)的縱向附著系數(shù)稱為峰值附著系數(shù)，側(cè)向附著系數(shù)繼續(xù)減小。車輪抱死時(shí)，滑移率為最大，縱向附著系數(shù)降至某一數(shù)值后不再變化，側(cè)向附著系數(shù)在車輪抱死時(shí)幾乎為零。實(shí)質(zhì)上車輪通過(guò)輪胎的胎面與地面接觸，輪胎是彈性體，有很強(qiáng)的非線性，車輪滑移率和附著系數(shù)之間的非線性是輪胎的非線性及輪胎與地面之間接觸的非線性所造成的。 由于制動(dòng)時(shí)地面作用在車輪上的地面制動(dòng)力、和側(cè)滑摩擦力與車輪的附著系數(shù)之間存在式（2-1）、（2-2）所示的線性關(guān)系，所以在制動(dòng)過(guò)程中汽車所受到的地面制動(dòng)力和側(cè)滑摩擦力，與車輪的滑移率之間也存在同樣的非線性關(guān)系。并且，從圖2-4中縱向附著系數(shù)與車輪滑移率之間的關(guān)系還可以得出制動(dòng)時(shí)車輪由轉(zhuǎn)動(dòng)到抱死的過(guò)程中，地面制動(dòng)力、將會(huì)在車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處于滑移率在20%左右的區(qū)域時(shí)，達(dá)到一個(gè)最大值，車輪抱死時(shí)，地面制動(dòng)力反而會(huì)減小，減小的程度示路面種類的不同而不同。所以，制動(dòng)時(shí)車輪抱死不僅影響到汽車制動(dòng)的方向穩(wěn)定性和方向操作性，還通過(guò)地面制動(dòng)力的變化影響到汽車的制動(dòng)距離。 如果能在制動(dòng)時(shí)把車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制在車輪滑移率S為20%左右，即在圖2-4中的帶狀區(qū)域內(nèi)，既能獲得最大的縱向附著系數(shù)又能獲得較高的側(cè)向附著系數(shù)，使得汽車具有最大的地面制動(dòng)力和較大的側(cè)滑摩擦力。 這樣能夠在保證汽車的方向穩(wěn)定性和操作性的前提下使汽車有更短的制動(dòng)距離。這就是ABS系統(tǒng)的基本控制目標(biāo)。 實(shí)驗(yàn)證明，道路的附著系數(shù)受車輪結(jié)構(gòu)、材料，道路表面形狀、材料有關(guān)，不同性質(zhì)道路其附著系數(shù)變化很大。 圖2-5給出了不同類型路面上滑移率一縱向附著系數(shù)之間的關(guān)系。 圖2-5 不同路面上滑移率和縱向附著系數(shù)關(guān)系由圖2-5可以看出，各種路面上的變化的總體趨勢(shì)是一致的。滑移率和縱向附著系數(shù)之間的關(guān)系曲線隨路面類型的不同，出現(xiàn)峰值的滑移率的取值也會(huì)不一樣，并且對(duì)應(yīng)不同路面類型的滑移率一縱向附著系數(shù)曲線在峰值附著系數(shù)后曲線下降的速度也不相同，在干燥的路面上下降的快些，在濕滑的路面上略微有些下降。一般干燥潔凈的平整水泥、瀝青路面縱向峰值附著系數(shù)高達(dá)0.8-0.9，而冰雪路面的縱向峰值附著系數(shù)低至0.1-0.2。如果這種差別隨路面類型的不同變化比較明顯，則在設(shè)計(jì)ABS系統(tǒng)控制方法時(shí)，就必須考慮到隨路面類型的不同而采取不同的控制目標(biāo)和策略。 若汽車在同一種類型路面上制動(dòng)時(shí)的初速度不一樣，車輪的縱向附著系數(shù)和滑移率之間的關(guān)系曲線也會(huì)略有不同，制動(dòng)時(shí)的車速越高，車輪的縱向附著系數(shù)越低。但在同一路面上以不同制動(dòng)初速度制動(dòng)時(shí)車輪的附著系數(shù)一滑移率關(guān)系曲線不會(huì)有太大變化。 總之，對(duì)于在一種路面上制動(dòng)的汽車，車輪附著系數(shù)和滑移率之間的非線性特性是決定汽車制動(dòng)性能的主要因素。 實(shí)際上，汽車的制動(dòng)過(guò)程就是車輪和路面之間的一種非線性變化過(guò)程，即車輪附著系數(shù)隨車輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)非線性變化的過(guò)程，所以說(shuō)汽車的制動(dòng)過(guò)程是一種非線性的制動(dòng)過(guò)程。制動(dòng)時(shí)汽車通過(guò)制動(dòng)系統(tǒng)改變車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而改變車輪的滑移率，形成整個(gè)非線性的制動(dòng)過(guò)程。 2.3 制動(dòng)時(shí)車輪運(yùn)動(dòng)方程 制動(dòng)過(guò)程單輪受力如圖2-6所示。 圖2-6 制動(dòng)過(guò)程單輪受力簡(jiǎn)圖 制動(dòng)車輪軸荷與支撐力平衡，該輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，半徑r：軸心平移速度V轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，制動(dòng)器制動(dòng)力矩 Mu， 通常與車輪制動(dòng)壓力成正比，系數(shù)K， 則有（2-4） （2-5）制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力遠(yuǎn)大于空氣阻力和滾動(dòng)阻力， 分別為右側(cè)前后輪制， 汽車初速為V，質(zhì)量為（重力G），質(zhì)心到前后軸距離I1 I2 ,軸距，B質(zhì)心高h(yuǎn)g， 汽車制動(dòng)減速度為 （2-6） 前軸載荷 （2-7）后軸載荷 （2-8） 制動(dòng)時(shí)附加轉(zhuǎn)向力矩 MS（Fb1t +F）-（F1r+Fr）B=（F1t -F1r）+（Fb2t-Fr）B（2-9） （2-10）從式 （-）可知，調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力可以使車輪角減速度產(chǎn)生變化：從式（2-10）計(jì)算制動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)車速V，可計(jì)算各車輪滑移率，從式 （2-7）（2-8）及各軸載荷可以判斷道路附著系數(shù)，并進(jìn)行調(diào)節(jié)，故知ABS可以用w/（角加速度）或滑移率S，或滑移率與角加速度聯(lián)合作為控制參數(shù)。 2.4 采用防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的必要性 汽車直線行駛過(guò)程中，突然緊急制動(dòng)，汽車車輪一下子抱死，汽車仍然向前，輪胎和地面之間發(fā)出嚇人的磨擦聲，汽車最后終于停了下來(lái)。 在日常生活中，大家都可能遇到過(guò)這種現(xiàn)象。 如果汽車發(fā)生交通事故，交通警察來(lái)了之后首先總是檢查一下汽車制動(dòng)痕跡，判斷司機(jī)在事故中是否采取了制動(dòng)措施。然后再測(cè)量一下制動(dòng)距離，看一看該車制動(dòng)效果好不好。當(dāng)輪胎的滑移率在 8%-25%時(shí)，輪胎和她面的摩擦力（附著力）最大。 如果輪胎的滑移率過(guò)大的話，附著力反而要降低。如果司機(jī)能控制輪胎的滑移率，使其在制動(dòng)期間始終處于8%-25% 范圍之內(nèi)，汽車將在更短的制動(dòng)距離內(nèi)停車。 當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，如果汽車緊急制動(dòng)的話，和直線行駛一樣會(huì)出現(xiàn)車輪抱死現(xiàn)象。 由于車輪抱死,汽車的側(cè)向附著力變成了零，汽車輪胎出現(xiàn)側(cè)向滑動(dòng)，汽車喪夫了控制方向的能力,這是十分危險(xiǎn)的。汽車的側(cè)向附著力和制動(dòng)力之間的關(guān)系十分緊密。在不制動(dòng)的時(shí)候，輪胎前后方向的滑動(dòng)為零，這時(shí)車輪側(cè)向附著力最大。司機(jī)踏動(dòng)制動(dòng)踏板，隨著制動(dòng)力的加大，輪胎的滑移率增加，側(cè)向附著力逐漸減速小。最后，當(dāng)輪胎的滑移率達(dá)到 100%時(shí)，輪胎抱死。這樣汽車的側(cè)向附著力幾乎等于零。此時(shí)汽車正在轉(zhuǎn)彎中，輪胎開始出現(xiàn)側(cè)向滑動(dòng)。在車輪抱死之后，方向盤己經(jīng)不起作用了，汽車陷入了不能控制方向的困境，只有前輪抱死的汽車沿著直線前進(jìn)最后停車，只有后輪抱死的汽車發(fā)生旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象最后停車，如果前后輪都抱死的話，汽車一邊轉(zhuǎn)一邊沿直線前進(jìn)最后停車。上述各種狀態(tài)是極其危險(xiǎn)的。為了避免發(fā)生這些現(xiàn)象，司機(jī)在踏動(dòng)制動(dòng)板時(shí)，必須謹(jǐn)慎從事。在制動(dòng)過(guò)程中，如果始終能使輪胎的滑移率處于 8%-25%范圍之內(nèi)的話，汽車將在最短的制動(dòng)距離內(nèi)停車并具有良好的控制方向的能力。為了達(dá)到上述目的，要求司機(jī)在操作時(shí)應(yīng)十分精心，即踏動(dòng)制動(dòng)踏板使車輪抱死，然后在輪胎抱死的一瞬間放松制動(dòng)踏板，輪胎一旦開始轉(zhuǎn)動(dòng)再踏動(dòng)制動(dòng)踏板使車輪抱死，如此反復(fù)操作。 在摩擦系數(shù)小的光滑路面上，司機(jī)在制動(dòng)時(shí)都很小心，唯恐使車輪抱死，但仍很難做到，原因是司機(jī)不知道車輪什么時(shí)候抱死。 除此之外，汽車行駛的許多條件也都在變化之中，如道路的路面狀況時(shí)時(shí)刻刻都在變化，輪胎著地狀態(tài)也每時(shí)每刻各不一樣，前后輪胎的載荷分配更是如此。 要完成上述制動(dòng)要求確實(shí)難上加難。 當(dāng)然技術(shù)熟練的司機(jī)在某種程度上能根據(jù)各種條件合理地操作制動(dòng)，如采用點(diǎn)制動(dòng)?？墒且坏┯錾暇o急狀態(tài)，大多數(shù)人都是一腳踏死制動(dòng)踏板，使輪胎抱死為此。上述司機(jī)做不到的許多事，利用傳感器就能辦到。將傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、判斷、變成執(zhí)行機(jī)構(gòu)所必需的信息，這部分工作對(duì)于電腦來(lái)說(shuō)是很簡(jiǎn)單的，按照電腦的指令執(zhí)行操作，這在機(jī)械結(jié)構(gòu)上也不會(huì)有什么大問(wèn)題。ABS系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用到每個(gè)車輪制動(dòng)缸的制動(dòng)液壓力，以防止無(wú)論任何時(shí)由于制動(dòng)過(guò)猛而可能引起的車輪抱死。 當(dāng)不再有可能抱死車輪時(shí)，再恢復(fù)正常壓力。使滑移率控制在一定范圍之內(nèi)。 這樣不但提高了車輛行駛的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了車輛方向的可控性，而且縮短了制動(dòng)距離。 2.5 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的類型 2.5.1按控制方式分類 1）單參數(shù)控制（ABS） 它以控制車輪的角減速度為對(duì)象，控制車輪的制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)防抱死制 動(dòng)，其結(jié)構(gòu)主要由輪速傳感器、控制器(電腦)及電磁閥組成。2）雙參數(shù)控制（ABS） 雙參數(shù)控制的ABS，由車速傳感器(測(cè)速雷達(dá))、輪速傳感器、控制裝置(電腦)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。 其工作原理是車速傳感器和輪速傳感器，分別將車速和輪速信號(hào)輸入電腦，由電腦計(jì)算出實(shí)際滑移率，并與理想滑移率15%20%作比較，再通過(guò)電磁閥增減制動(dòng)器的制動(dòng)力。2.5.2控制通道 對(duì)能夠獨(dú)立進(jìn)行制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)的制動(dòng)管路稱為控制通道。獨(dú)立控制是指某個(gè)車輪的制動(dòng)壓力占用一個(gè)控制通道可以單獨(dú)進(jìn)行調(diào)節(jié)；一同控制是指兩個(gè)車輪的制動(dòng)壓力是一同進(jìn)行調(diào)節(jié)的。高選原則一同控制是指保證附著力較大的車輪不發(fā)生制動(dòng)抱死或驅(qū)動(dòng)防滑為原則進(jìn)行制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)；反之，稱為低選原則一同控制。按控制通道數(shù)分可以分為：四通道ABS系統(tǒng)、三通道ABS系統(tǒng)、雙通道ABS系統(tǒng)與單通道ABS系統(tǒng)。 1）四通道ABS系統(tǒng)（如圖2-7-1）圖2-7-1 四通道四傳感器ABS(a)雙制動(dòng)管路前后布置(b)雙制動(dòng)管路對(duì)角布置組成：四個(gè)輪速傳感器，在通往四個(gè)車輪制動(dòng)分泵的管路中，各設(shè)一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置，分別對(duì)各個(gè)車輪進(jìn)行獨(dú)立控制。優(yōu)點(diǎn)：附著系數(shù)利用率高，制動(dòng)時(shí)可以最大限度地利用每個(gè)車輪的最大附著力。適用：汽車左右兩側(cè)車輪附著系數(shù)相近的路面，不僅可以獲得良好的方向穩(wěn)定性和方向操縱能力，而且可以得到最短的制動(dòng)距離。缺點(diǎn)：如果汽車左右輪附著力相差較大，如：行駛在附著系數(shù)對(duì)分的路面上或汽車兩側(cè)垂直載荷相差較大時(shí)，制動(dòng)時(shí)兩個(gè)車輪的地面制動(dòng)力就相差較大，因此會(huì)產(chǎn)生橫擺力矩，使車身向制動(dòng)力較大的一側(cè)跑偏，不能保持汽車按預(yù)定方向行駛，會(huì)影響汽車的方向穩(wěn)定性，一般駕駛員修正有些困難。結(jié)論：在具有驅(qū)動(dòng)防滑轉(zhuǎn)(ASR)功能時(shí)采用四通道式。 2）三通道ABS系統(tǒng)（如圖2-7-2）結(jié)構(gòu)：四個(gè)輪速傳感器或三個(gè)輪速傳感器。一般三通道ABS是對(duì)兩前輪進(jìn)行獨(dú)立控制，兩后輪按低選原則進(jìn)行一同控制，也稱它為混合控制。圖2-7-2-(a)所示適用前輪驅(qū)動(dòng)汽車及按對(duì)角布置的雙管路制動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)中雖然在通往四個(gè)車輪制動(dòng)分泵(輪缸)的制動(dòng)管路中，各設(shè)置一制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置，但兩個(gè)后輪制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置卻是由電子控制器按低選原則一同控制的，因此，實(shí)際上仍然是三通道ABS。圖2-7-2 三通道ABS(a)三通道四傳感器ABS（對(duì)角布置）(b)三通道四傳感器ABS（前后布置）(c)三通道三傳感器ABS圖2-7-2-(b)(c)所示適用后輪驅(qū)動(dòng)汽車及按前后布置的雙管路制動(dòng)系統(tǒng)。在通往兩后輪制動(dòng)分泵(輪缸)的制動(dòng)總管路中，只設(shè)置一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置，以便對(duì)兩后輪制動(dòng)分泵的制動(dòng)壓力進(jìn)行一同控制。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，也可以在傳動(dòng)系統(tǒng)中(如主減速器或變速器中)只設(shè)置一個(gè)輪速傳感器，感測(cè)兩后輪的平均轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)近似低選原則的一同控制。兩后輪按低選原則進(jìn)行一同控制時(shí)，可以保證汽車在各種條件下左右兩后輪的制動(dòng)力相等，即使兩側(cè)車輪的附著力相差較大，兩個(gè)車輪的制動(dòng)力都限制在附著力較小的水平，使兩個(gè)后輪的制動(dòng)力始終保持平衡，保證汽車在各種條件下制動(dòng)時(shí)都具有良好的方向穩(wěn)定性。但也可能出現(xiàn)附著系數(shù)大的一側(cè)后輪的附著力不能充分利用的問(wèn)題，使汽車的總制動(dòng)力有所減小。應(yīng)該看到，在緊急制動(dòng)時(shí)，由于發(fā)生軸荷前移，在汽車的總制動(dòng)力中，后輪的制動(dòng)力所占的比重較小，尤其是小轎車，使前輪的附著力比后輪的附著力大得多，通常后輪制動(dòng)力只占總制動(dòng)力的30左右，因此，后輪附著力未能充分利用的損失對(duì)汽車的總制動(dòng)力影響不大。對(duì)兩前輪進(jìn)行獨(dú)立控制，主要考慮到小轎車，特別是前輪驅(qū)動(dòng)的汽車，前輪的制動(dòng)力在汽車總制動(dòng)中所占的比例較大(可達(dá)70左右)，可以充分利用兩前輪的附著力。一方面使汽車獲得盡可能大的總制動(dòng)力，利于縮短制動(dòng)距離，另一方面更重要的能在制動(dòng)中使兩前輪始終保持較大的橫向附著力，使汽車保持良好轉(zhuǎn)向控制能力。盡管兩前輪獨(dú)立控制可能導(dǎo)致兩前輪制動(dòng)力不平衡，但由于兩前輪制動(dòng)力不平衡對(duì)汽車行駛方向穩(wěn)定性影響相對(duì)較小，而且可以通過(guò)駕駛員的轉(zhuǎn)向操縱對(duì)由此造成的影響進(jìn)行修正。因此，三通道ABS在小轎車上被普遍采用。 3）雙通道ABS系統(tǒng)（如圖2-5-3）圖2-7-3 雙通道ABS(a)二通道三傳感器ABS(b)二通道四傳感器ABS(c)二通道二傳感器ABS(d)二通道二傳感器ABS（a）圖中，前輪附著力相差較大時(shí)，高選。（d）圖中，在后制動(dòng)管路中設(shè)置比例閥或低選擇閥。雙通道式：難以在方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向操縱性和制動(dòng)距離各方面得到兼顧，目前采用很少。（4）單通道ABS系統(tǒng)（如圖2-7-4）圖2-7-4 一通道一傳感器ABS由于前輪無(wú)控制，故易抱死，轉(zhuǎn)向操縱性差，制動(dòng)距離較長(zhǎng)。2.6 防抱死制動(dòng)系統(tǒng) 2.6.1基本工作原理 ABS系統(tǒng)是通過(guò)在制動(dòng)時(shí)按一定規(guī)律不斷改變制動(dòng)液壓力使車輪不產(chǎn)生抱死狀態(tài)的。這種對(duì)制動(dòng)液壓力的改變過(guò)程實(shí)際上就是ABS系統(tǒng)控制方法實(shí)施的過(guò)程。下面以基于車輪加減速度邏輯門限值的控制方法對(duì)直線單一路面的制動(dòng)過(guò)程的控制為例，簡(jiǎn)單說(shuō)明ABS的基本工作原理。 ABS系統(tǒng)在制動(dòng)時(shí)對(duì)制動(dòng)油壓的控制過(guò)程如圖 2-7所示。 汽車開始制動(dòng)時(shí)，駕駛員踩下制動(dòng)踏板，制動(dòng)管路中油壓由零開始上升，制動(dòng)器使車輪上產(chǎn)生制動(dòng)力矩，同時(shí)產(chǎn)生地面制動(dòng)力使汽車和車輪都開始減速。此時(shí) ABS系統(tǒng)不對(duì)制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行干預(yù)，所以制動(dòng)油壓迅速增加，車輪減速度也增大。當(dāng)車輪減速度的值達(dá)到規(guī)定的門限值-時(shí)，產(chǎn)生減壓信號(hào)，圖2-7中1點(diǎn)所示，ABS系統(tǒng)開始工作，降低制動(dòng)油壓。由于液壓制動(dòng)系統(tǒng)的慣性，車輪減速度仍然下降一段時(shí)間，然后開始減小并小于門限值-時(shí)，圖 2-7中2點(diǎn)，產(chǎn)生保壓信號(hào)，ABS保持制動(dòng)油壓不變，車輪由減速狀態(tài)進(jìn)入加速狀態(tài)，車輪速度開始回升并靠近車速，當(dāng)車輪加速度值達(dá)到設(shè)定的門限值時(shí)，圖2-7中3點(diǎn)，產(chǎn)生升壓信號(hào)，ABS使制動(dòng)油壓上升，車輪加速度在上升一段時(shí)間后開始減小，車輪由加速狀態(tài)又進(jìn)入減速狀態(tài)，并再次進(jìn)入另一個(gè)控制循環(huán)。ABS通過(guò)這樣的控制過(guò)程可以使車輪的速度控制在一定的范圍內(nèi)而不產(chǎn)生抱死。這種控制方法的關(guān)鍵在于對(duì)車輪加、 減速度門限值的設(shè)定，合適的門限值可以使車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制在比較理想的范圍內(nèi)。 但顯然門限值的確定需要大量的試驗(yàn)來(lái)確定。 除了設(shè)定車輪加減速度門限值之外，還可以根據(jù)控制質(zhì)量和路面類型的不同設(shè)定不同的門限值來(lái)提高控制的質(zhì)量，如參考滑移率門限值等。 在ABS中，每個(gè)車輪上各安置一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，將各車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入電子控制裝置 ECU. ECU根據(jù)各車輪轉(zhuǎn)傳感器輸入的信號(hào)對(duì)各個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和判定并形成相應(yīng)的控制指令。制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置主要由調(diào)壓電磁閥總成、電動(dòng)泵總成和儲(chǔ)液器等組成一個(gè)獨(dú)立的整體，通過(guò)制動(dòng)管路與制動(dòng)主缸和各制動(dòng)輪缸相連，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置受電子控制裝置的控制，對(duì)各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。 ABS的工作過(guò)程可以分為常規(guī)制動(dòng)、制動(dòng)壓力保持、制動(dòng)壓力減小和制動(dòng)壓力增大等階段。在常規(guī)制動(dòng)階段，ABS并不介入制動(dòng)壓力控制，調(diào)壓電磁閥總成中的各進(jìn)液電磁閥均不通電而處于開啟狀態(tài)，各出液壓電磁閥均不通電而處于關(guān)閉狀態(tài)，電動(dòng)泵也不通電運(yùn)轉(zhuǎn)，制動(dòng)主缸至各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)管路均處于溝通狀態(tài)，而各制動(dòng)輪缸至儲(chǔ)液器的制動(dòng)管路均處于封閉狀態(tài)，各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力將隨制動(dòng)主缸的輸出壓力而變化，此時(shí)的制動(dòng)過(guò)程與常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)過(guò)程完全相同。 在制動(dòng)過(guò)程中，電子控制裝置根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)判定有車輪趨于抱死時(shí)，ABS就進(jìn)入防抱死制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)過(guò)程。 例如，當(dāng)ECU判定右前輪趨于抱死時(shí)，ECU就使控制右前輪制動(dòng)壓力的進(jìn)液電磁閥通電，使右前進(jìn)液電磁閥轉(zhuǎn)入關(guān)閉狀態(tài)，制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液不再進(jìn)入右前制動(dòng)輪缸，此時(shí)，右前出液電磁閥仍未通電而處于關(guān)閉狀態(tài)，右前制動(dòng)輪缸中的制動(dòng)液也不會(huì)流出，右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力就保持一定，而其它未趨于抱死車輪的制動(dòng)壓力仍會(huì)隨制動(dòng)輪缸的制動(dòng)主缸輸出壓力的增大而增大，如果在右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力保持一定時(shí)，ECU右前輪仍然趨于抱死，ECU右前出液電磁閥也通電。而轉(zhuǎn)入開啟狀態(tài)，右前制動(dòng)輪缸中的部分制動(dòng)液就會(huì)經(jīng)過(guò)處于開啟狀態(tài)的出液電磁閥流回儲(chǔ)液器，使右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力迅速減小，右前輪的抱死趨勢(shì)將開始消除，隨著右前輪的抱死趨勢(shì)己經(jīng)完全消除時(shí)，ECU就使右前進(jìn)液電磁閥和出液電磁閥都斷電，使進(jìn)液電磁閥轉(zhuǎn)入開啟狀態(tài)，使出液電磁閥轉(zhuǎn)入關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)也使電動(dòng)泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)，向制動(dòng)輪缸送制動(dòng)液，由制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液和電動(dòng)泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)，向制動(dòng)輪缸泵送制動(dòng)液，由制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液和電動(dòng)泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)，向制動(dòng)輪缸泵送制動(dòng)液，由制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液和電動(dòng)泵泵送的制動(dòng)液都經(jīng)過(guò)處于開啟狀態(tài)的右前進(jìn)液電磁閥進(jìn)入右前制動(dòng)輪缸，使右前制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力迅速增大，右前輪又開始減速轉(zhuǎn)動(dòng)。ABS 通過(guò)使趨于抱死車輪的制動(dòng)壓力循環(huán)往復(fù)地經(jīng)歷保持一減小一增大過(guò)程，而將趨于抱死車輪的滑移率控制在峰值附著系數(shù)滑移率的上范圍內(nèi)，直至汽車速度減小到很低或者制動(dòng)主缸的輸出壓力不再使車輪趨于抱死時(shí)為止，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)循環(huán)的頻率可達(dá) 3-20Hz在該ABS中對(duì)應(yīng)于每一個(gè)制動(dòng)輪缸各有一對(duì)進(jìn)液和出液電磁閥，可由ECU分別進(jìn)行控制，因此，各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力能夠被獨(dú)立地調(diào)節(jié)，從而使四個(gè)車輪都不發(fā)生制動(dòng)抱死現(xiàn)象。 圖2-8 基于車輪加減速度邏輯門限值控制方法的ABS系統(tǒng)油壓控制循環(huán)圖2.6.2系統(tǒng)工作過(guò)程 制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置 （簡(jiǎn)稱液壓調(diào)節(jié)器）主要由8個(gè)2位2通調(diào)壓電磁閥、1個(gè)雙聯(lián)式電動(dòng)液壓柱塞泵、2個(gè)儲(chǔ)液室、2個(gè)低壓儲(chǔ)能室、1個(gè)電動(dòng)液壓泵和幾個(gè)單向閥等組成。電動(dòng)液壓泵轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入ECU，供ECU動(dòng)液壓泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。 液壓調(diào)節(jié)閥通過(guò)管路與制動(dòng)主缸和各制動(dòng)輪缸相連。液壓調(diào)節(jié)器工作原理如圖2-8示。 圖2-9 液壓調(diào)節(jié)器工作原理圖1一低壓儲(chǔ)能器： 2液壓柱塞泵； 3一電動(dòng)機(jī)： 4嘴業(yè)動(dòng)土缸儲(chǔ)液室；5制動(dòng)主缸： 6一儲(chǔ)液室； 7一進(jìn)液電磁閥 （常開）； 8一出液電磁閥 （常閉） （1）常規(guī)制動(dòng)過(guò)程 制動(dòng)系統(tǒng)在常規(guī)制動(dòng)過(guò)程中 （未出現(xiàn)防抱死現(xiàn)象），調(diào)節(jié)器中的各個(gè)2位2通調(diào)壓電磁閥不通電。其中,個(gè)進(jìn)液電磁閥處于流通狀態(tài)，4個(gè)出液電磁閥處于斷流狀態(tài)，同時(shí)，電動(dòng)液壓泵也不通電運(yùn)轉(zhuǎn)。 此時(shí)，自制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液可以通過(guò)各進(jìn)液電磁閥直接進(jìn)入各制動(dòng)輪缸，各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力將隨制動(dòng)主缸的制動(dòng)壓力而變化，即平時(shí)汽車進(jìn)行的常規(guī)制動(dòng)。 （2）防抱死制動(dòng)過(guò)程： 在制動(dòng)過(guò)程中，如果電子控制單元（ECU）根據(jù)車輪輪速傳感器輸入的車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)判定是否有車輪趨于制動(dòng)抱死傾向。 需要調(diào)節(jié)制動(dòng)輪缸的壓力時(shí)，ECU就使該制動(dòng)輪缸相對(duì)應(yīng)的進(jìn)液電磁閥或出液電磁閥通電換位，并自動(dòng)按以下情況分別進(jìn)行判斷、處理：建壓過(guò)程制動(dòng)時(shí)，通過(guò)真空助力器與制動(dòng)主缸建立制動(dòng)壓力。所有電磁閥均不通電，制動(dòng)壓力進(jìn)入各車輪制動(dòng)器，車輪轉(zhuǎn)速迅速降低 （此時(shí)同常規(guī)制動(dòng)）， 直到電子控制單元(ECU)通過(guò)計(jì)算得知車輪有抱死傾向?yàn)橹埂?保壓過(guò)程當(dāng)ECU通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器得到信號(hào)識(shí)別出車輪有抱死傾向時(shí)，ECU發(fā)出控制信號(hào)關(guān)閉相應(yīng)車輪的進(jìn)液電磁閥，并讓出液電磁閥繼續(xù)保持關(guān)閉狀態(tài)，該制動(dòng)輪缸中的制動(dòng)液壓被封閉而使制動(dòng)壓力保持一定。 減壓過(guò)程如果在保壓階段車輪仍有抱死傾向，則 ABS系統(tǒng)進(jìn)入降壓階段。 此時(shí)ECU發(fā)出控制指令使該制動(dòng)輪缸相應(yīng)的進(jìn)液電磁閥和出液電磁閥都通電換位 （進(jìn)液電磁閥處于斷流，出液電磁閥處于導(dǎo)通），該制動(dòng)輪缸中的部分制動(dòng)液就會(huì)通過(guò)出液電磁閥流入低壓儲(chǔ)能室，使制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力隨之減小。 與此同時(shí)液壓泵也開始工作，把低壓儲(chǔ)能室的制動(dòng)液重新泵回制動(dòng)主缸以補(bǔ)償制動(dòng)踏板行程損失，此時(shí)制動(dòng)踏板出現(xiàn)抖動(dòng) （有抬升或反彈感），車輪抱死程度降低，輪速上升。 此過(guò)程結(jié)束液壓泵隨之掉電停止運(yùn)行。 增壓過(guò)程為了達(dá)到最佳制動(dòng)效果，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后（與設(shè)定的門限值比較）ECU再次發(fā)出控制指令使該制動(dòng)輪缸相應(yīng)的進(jìn)液電磁閥和出液電磁閥都斷電，使進(jìn)液電磁閥處于通流狀態(tài)，出液電磁閥處于斷流狀態(tài)，制動(dòng)主缸輸出的制動(dòng)液就會(huì)通過(guò)進(jìn)液電磁閥進(jìn)入制動(dòng)輪缸，該制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力隨之增大，輪速再次被制動(dòng)而下降。 通過(guò)保壓、降壓、增壓為一個(gè)循環(huán)，通常 ABS系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)頻率為2-4個(gè)/秒循環(huán)。 在ABS工作期間，ECU根據(jù)個(gè)車輪轉(zhuǎn)速傳感器反饋車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)，可以獨(dú)立地對(duì)四個(gè)制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力進(jìn)行減小、保持和增大循環(huán)調(diào)節(jié)，將各車輪制動(dòng)效果控制在最佳狀態(tài)。 （3）解除制動(dòng)過(guò)程： 當(dāng)解除制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)踏板松開，制動(dòng)主缸內(nèi)的制動(dòng)壓力為零。 此時(shí)出液電磁閥再次通電處于通流狀態(tài)，低壓儲(chǔ)能室的制動(dòng)液經(jīng)出液電磁閥返回制動(dòng)主缸，低壓儲(chǔ)能室排空，為下一次工作做好準(zhǔn)備。 3.電控防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）的基本組成與工作原理3.1 ABS的基本組成ABS是在普通制動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加裝ABS ECU、傳感器、執(zhí)行器等裝置而形成的制動(dòng)系統(tǒng)，其基本構(gòu)成如圖3-1所示。其結(jié)構(gòu)形式和控制方法因車而異。圖3-1 制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）的基本組成3.2傳感器1）輪速傳感器（1）作用：檢測(cè)車輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，獲得車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將車輪的減速度（或加速度）信號(hào)送給ECU。典型輪速傳感器外形與基本結(jié)構(gòu)如圖3-2。（2）安裝：一般在車輪處，但也有設(shè)置在主減速器或變速器中。圖3-2 輪速傳感器的外形與基本結(jié)構(gòu)(a)輪速傳感器外形(b)輪速傳感器的基本結(jié)構(gòu)2）車速傳感器 作用：檢測(cè)車速，給ECU提供車速信號(hào)，用于滑移率控制方式。3）減速度傳感器作用：在汽車制動(dòng)時(shí)，獲得汽車減速度信號(hào)。因?yàn)槠囋诟吒街禂?shù)路面上制動(dòng)時(shí)，汽車減速度大，在低附著系數(shù)路面上制動(dòng)時(shí)，汽車減速度小，因而該信號(hào)送入ECU后，可以對(duì)路面進(jìn)行區(qū)別，判斷路面附著系數(shù)高低情況。當(dāng)判定汽車行駛在雪地、結(jié)冰路等易打滑的路面上時(shí)，采取相應(yīng)控制措施，以提高制動(dòng)性能。多用于四輪驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)3.3電子控制單元（ECU）接收輪速、車速信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)、液位等信號(hào)，分析判定車輪制動(dòng)狀態(tài)，需要時(shí)發(fā)出調(diào)節(jié)指令，并具有報(bào)警、記憶、存儲(chǔ)、自診斷和保護(hù)功能。ECU控制原理如圖3-3所示。圖3-3 ABS控制電腦原理圖3.4執(zhí)行器1）油泵及儲(chǔ)能器作用：產(chǎn)生控制油壓，使制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置工作。2）制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器是ABS系統(tǒng)中最主要的執(zhí)行器，一般都設(shè)在制動(dòng)總泵(主缸)與車輪制動(dòng)分泵(輪缸)之間。(1)作用:根據(jù)ECU的控制指令，自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)分泵(輪缸)的制動(dòng)壓力。(2)分類根據(jù)動(dòng)力來(lái)源分可以分為：氣壓式與液壓式。氣壓式：主要用在大型客車和載重汽車上。液壓式：主要用在小轎車和一些輕型載重汽車上。根據(jù)結(jié)