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)：

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

驅(qū)動防滑系統(tǒng)ASR——AccelerationSlipRegulation（又稱為牽引力控制系統(tǒng)TCS）行車過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施緊急制動時，汽車會發(fā)生側(cè)滑，嚴(yán)重時甚至?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，汽車的制動也可能產(chǎn)生意想不到的危險。彎道上制動遇到上述情況則險情會更加嚴(yán)重。

上述現(xiàn)象的產(chǎn)生，均源自于制動過程中的車輪抱死。制動防抱死系統(tǒng)就是在制動過程中防止車輪被制動抱死，提高制動減速度、縮短制動距離，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(jī)用ABS系統(tǒng)應(yīng)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(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(yùn)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、ABS的基本原理汽車在水平路面上制動時汽車的受力分析汽車制動時的受力分析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)）；

提高制動效能設(shè)法增大Fxbmax提高正壓力Fz

提高附著系數(shù)φ更具有實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)動方式和車速汽車制動過程中車輪與地面接觸痕跡的變化制動車輪的運(yùn)動方式一般均經(jīng)歷三個變化階段：開始的純滾動隨后的邊滾邊滑后期的純滑動制動過程分析制動時車輪運(yùn)動狀態(tài)變化汽車在制動時，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λ車輪運(yùn)動特征可由滑移率大小來描述車輪純滑動時車輪純滾動時車輪處于邊滾邊滑狀態(tài)時0＜S＜100％S＝0％S＝100％車輪與地面摩擦系數(shù)隨車輪運(yùn)動狀態(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)（又稱制動力系數(shù)）隨車輪滑動成分的增加呈先上升后下降的趨勢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，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。

若這種情況出現(xiàn)在前輪上，導(dǎo)致前輪無法獲得地面?zhèn)认蚰Σ亮Γ瑢?dǎo)致轉(zhuǎn)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(dǎo)致后輪抱死，后軸極易產(chǎn)生劇烈的側(cè)滑、甩尾，汽車處于危險的失控狀態(tài)。在非制動狀態(tài)（滑動率為0）下，制動附著系數(shù)等于0；在制動狀態(tài)下，滑動率達(dá)到最優(yōu)滑動率時，制動附著系數(shù)最大，在此之前的區(qū)域為穩(wěn)定區(qū)域；之后，隨著滑動率的增大制動附著系數(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)滑動率為100%時，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，這是很危險的。所以應(yīng)將制動滑動率控制在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)。綜上所述，理想制動系統(tǒng)的特性應(yīng)當(dāng)是當(dāng)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(zhuǎn)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。增加汽車制動時的穩(wěn)定性，有效避免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汽車制動過程綜述

在制動時，車輪由于制動力矩的作用，地面給車輪一個制動力。隨著制動力矩的增大，制動壓力增大，車輪速度開始降低，滑動率和車輪轉(zhuǎn)矩增大。可認(rèn)為在最優(yōu)滑動率之前，車輪轉(zhuǎn)矩和制動力矩同步增長，這就是說，在該階段車輪減速度和制動力矩增大速度成正比且在該區(qū)域制動主要是滑轉(zhuǎn)。但是，繼續(xù)增大制動力矩，滑動率超過最優(yōu)滑動率后進(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、制動和抱死三個過程。

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)三、ABS的基本組成

制動過程中，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，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，制動壓力調(diào)節(jié)裝置2不參與工作，制動主缸7和各制動輪缸9相通，制動輪缸中的壓力繼續(xù)增大，此即ABS制動過程中的增壓狀態(tài)。如果電控單元判斷出某個車輪(假設(shè)為左前輪)即將抱死拖滑，它即向制動壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出命令，關(guān)閉制動主缸與左前制動輪缸的通道，使左前制動輪缸的壓力不再增大，此即ABS制動過程中的保壓狀態(tài)。若電控單元判斷出左前輪仍趨于抱死拖滑狀態(tài)，它立即向制動壓力調(diào)節(jié)裝置發(fā)出命令，打開左前制動輪缸與儲液室或儲能器(圖中未畫出)的通道，使左前制動輪缸中的油壓降低，即ABS制動過程中的減壓狀態(tài)。ABS系統(tǒng)一般控制要求：①在制動過程中，只有當(dāng)車輪趨于抱死時，ABS系統(tǒng)才起作用，此前保持常規(guī)制動狀態(tài)。②ABS系統(tǒng)只在車速超過一定值時才起作用。③ABS系統(tǒng)具有自診斷功能，以確保系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，常規(guī)制動系統(tǒng)仍能正常工作。四、ABS的控制1、對ABS系統(tǒng)的控制要求：ABS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(zhuǎn)速信號，按照一定的控制方法由計算機(jī)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(dá)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(zhuǎn)速傳感器獲取車輪轉(zhuǎn)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。

2、制動壓力的調(diào)節(jié)控制3、ABS控制過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)的制動管路。ABS控制方式:4、ABS布置方式獨(dú)立控制同時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按制動調(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控制通道控制同軸兩車輪一個控制通道控制非同軸兩車輪按照控制時控制依據(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

為了對四個車輪的制動壓力進(jìn)行獨(dú)立控制，每個車輪上各安裝一個轉(zhuǎn)速傳感器，并在通往各制動輪缸的制動管路中各設(shè)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(jìn)行制動，因此汽車制動效能最好。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(zhuǎn)力矩而產(chǎn)生制動跑偏。因此，ABS通常不對四個車輪進(jìn)行獨(dú)立的制動壓力調(diào)節(jié)。雙制動管路的H型（前后）X型(對角)三通道ABS四輪ABS大多為三通道系統(tǒng)，而三通道系統(tǒng)都是對兩前輪的制動壓力進(jìn)行單獨(dú)控制，對兩后輪的制動壓力按低選原則一同控制。

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(shè)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(jìn)行一同控制，對于后輪驅(qū)動的汽車可以在變速器或主減速器中只設(shè)置一個轉(zhuǎn)速傳感器來檢測兩后輪的平均轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)：汽車緊急制動時，會發(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(jìn)行獨(dú)立控制，可充分利用兩前輪的附著力對汽車進(jìn)行制動，有利于縮短制動距離，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系統(tǒng)的前后制動管路中各設(shè)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(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系統(tǒng)的后制動管路中設(shè)置一個制動壓力調(diào)節(jié)裝置，對于后輪驅(qū)動的汽車只需在傳動系中安裝一個轉(zhuǎn)速傳感器。驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)電子控制系統(tǒng)(ASR)在汽車行駛過程中，時常會出現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)動而車身不動，或者汽車的移動速度低于驅(qū)動輪輪緣速度的情況。這時，意味著輪胎接地點(diǎn)與地面之間出現(xiàn)了相對滑動，我們把這種滑動稱為驅(qū)動輪的“滑轉(zhuǎn)”，以區(qū)別于汽車制動時車輪抱死而產(chǎn)生的車輪“滑移”。驅(qū)動車輪的滑轉(zhuǎn)，同樣會使車輪與地面的縱向附著力下降，從而使得驅(qū)動輪上可獲得的極限驅(qū)動力減小，最終導(dǎo)致汽車的起步、加速性能和在濕滑路面上通過性能的下降。同時，還會由于橫向摩擦系數(shù)幾乎完全喪失，使驅(qū)動輪上出現(xiàn)橫向滑動，隨之產(chǎn)生汽車行駛過程中的方向失控。它可以在驅(qū)動狀態(tài)下，通過計算機(jī)幫助駕駛員實現(xiàn)對車輪運(yùn)動方式的控制，以便在汽車的驅(qū)動輪上獲得盡可能大的驅(qū)動力，同時保持汽車驅(qū)動時的方向控制能力，改善燃油經(jīng)濟(jì)性，減少輪胎磨損。驅(qū)動力控制系統(tǒng)(簡稱TCS或TRC)TractionControlSystem又稱驅(qū)動輪防滑轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(簡稱ASR)Anti－SlipRegulation繼ABS之后，設(shè)置在汽車上專門用來防止驅(qū)動輪起步、加速和在濕滑路面行駛時滑轉(zhuǎn)的電子驅(qū)動力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。ASR與ABS的比較共性主要有①ABS與ASR均可以通過控制車輪的力矩來達(dá)到控制車輪滑動率目的;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