【正文】 S通過使趨于抱死車輪的制動壓力循環(huán)往復(fù)地經(jīng)歷保持一減小一增大過程，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主缸的輸出壓力不再使車輪趨于抱死時(shí)為止，制動壓力調(diào)節(jié)循環(huán)的頻率可達(dá) 320Hz。在制動過程中，電子控制裝置根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的車輪轉(zhuǎn)速信號判定有車輪趨于抱死時(shí)， ABS 就進(jìn)入防抱死制動壓力調(diào)節(jié)過程。 圖 27 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 ABS 的工作過程可以分為常規(guī)制動、制動壓力保持、制動壓力減小和制動壓力增大等階段。 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 號對各個(gè)車輪的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和判定并形成相應(yīng)的控制指令。但顯然門限值的確定需要大量的試驗(yàn)來確定。 ABS 通過這樣的控制過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。當(dāng)車輪減速度的值達(dá)到規(guī)定的門限值 a時(shí)，產(chǎn)生減壓信號，圖 27中 1點(diǎn)所示， ABS 系統(tǒng)開始工作，降低制動油壓。汽車開始制動時(shí)，駕駛員踩下制動踏板，制動管路中油壓由零開始上升，制動器使車輪上產(chǎn)生制動力矩，同時(shí)產(chǎn)生地面制動力使汽車和車輪都開始減速。下面以基于車輪加減速度邏輯門限值的控制方法對直線單一路面的制動過程的控制為例，簡單說明 ABS 的基本工作原理。 防抱死制動系統(tǒng)基本工作原理 ABS 系統(tǒng)是通過在制動時(shí)按一定規(guī)律不斷改變制動液壓力使車輪不產(chǎn)生抱死狀態(tài)的。使滑移率控制在一定范圍之內(nèi)。 ABS 系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用到每個(gè)車輪制動缸的制動液壓力，以防止無論任何時(shí)由于制動過猛而可能引起的車輪抱死。 上述司機(jī)做不到的許多事，利用傳感器就能辦到。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 ，如采用點(diǎn)制動。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。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，即踏動制動踏板使車輪抱死，然后在輪胎抱死的一瞬間放松制動踏板，輪胎一旦開始轉(zhuǎn)動再踏動制動踏板使車輪抱死，如此 15 反復(fù)操作。為了避免發(fā)生這些現(xiàn)象，司機(jī)在踏動制動板時(shí)，必須謹(jǐn)慎從事。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。這樣汽車的側(cè)向附著力幾乎等于零。司機(jī)踏動制動踏板，隨著制動力的加大，輪胎的滑移率增加，側(cè)向附著力逐漸減速小。汽車的側(cè)向附著力和制動力之間的關(guān)系十分緊密。 當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，如果汽車緊急制動的話，和直線行駛一樣會出現(xiàn)車輪抱死現(xiàn)象。如果輪胎的滑移 率過大的話，附著力反而要降低。然后再測量一下制動距離，看一看該車制動效果好不好。在日常生活中，大家都可能遇到過這種現(xiàn)象。在諸因素中，車輪相對 于路面的運(yùn)動狀態(tài)對附著力有著重要的影響，特別是在濕路面上其影響更為明顯。 要想獲得好的制動效果，必須同時(shí)具備兩個(gè)條件，即汽車具有足夠的制動器制動力，同時(shí)又要有附著系數(shù)較高的路面提供足夠的地面制動力。此時(shí)，車輪即開始抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑的現(xiàn)象。但地面制動力不可能超過輪胎與道路的附著力。當(dāng)駕駛員踩制動踏板的力較小，制動摩擦力矩較小時(shí)，車輪只作減速滾動，并且隨著摩擦力矩的增加，制動器制動力和地面制動力也隨之增長，且在車輪未抱死前地面制動力始終等于制動器的制動力。 （ 3）地面制動力、 制動器制動力和輪胎與道路附著力的關(guān)系 如圖 27 所示為不考慮制動過程中附著系數(shù)值變化的地面制動力、制動器制動力以及輪胎與道路附著力三者的關(guān)系。將制動器的摩擦力矩Ｍ μ轉(zhuǎn)化為車輪周緣的一個(gè)切向力，并將其稱為制動器制動力Ｆ μ 。 13 圖 26 制 動時(shí)車輪受力分析 Ｍ μ — 制動中的摩擦力矩； Ｖ F— 汽車瞬時(shí)速度； Ｆ B— 地面制動力； Ｇ —車輪垂直載荷； Ｇ Z— 地面對車輪的反作用力； Υ車輪的滾動半徑； Ｖ R— 車輪的圓周速度； Ｆ S— 側(cè)向力； ω — 車輪的角速度； α — 側(cè)偏角 （ 2）制動器制動力 由于地面制動力是由地面提供的外力，若將汽車架離地面，地面制動力就不存在了。車輪在Ｍμ的作用下給在面一個(gè)向前的作用力，與此同時(shí)地面給車輪一個(gè)與行駛方向相反的切向反作用力 Ｆ B，這個(gè)力就是地面制動力，它是迫使汽車減速或停車的外力。圖中忽略了滾動阻力矩和減速時(shí)的 慣性力、慣性力矩。制動時(shí)汽車通過制動系統(tǒng)改變車輪的運(yùn)動狀態(tài)，從而改變車輪的滑移率，形成整個(gè)非線性的制動過程。 總之，對于在一種路面上制動的汽車，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性能的主要因素。若汽車在同一種類型路面上制動時(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)系曲線也會略有不同，制動時(shí)的車速越高，車輪的縱向附著系數(shù)越低。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) ，而冰雪路面的縱向峰值附著系數(shù)低至 。 圖 25 不同路面上縱向、側(cè)向附著系數(shù)與滑移率關(guān)系曲線 12 由圖 25可以看出，各種路面上的變化的總體趨勢是一致的。 圖 24 滑移率與附著系數(shù)關(guān)系 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。這樣 ,汽車就能獲得最佳的制動效能和方向穩(wěn)定 11 性。另外 ,隨著滑移率增大 ,橫向附著系數(shù)急劇下降 ,當(dāng)車輪抱死時(shí) ,橫向附著系數(shù)幾乎為零。當(dāng)滑移率為 15 %～ 30 %時(shí) ,縱向附著數(shù)達(dá)到峰值 。 滑移 率與附著系數(shù)的關(guān)系 圖 24 給出車輪與路面縱向附著系數(shù)和橫向附著系數(shù)隨滑移率變化的典型曲線。當(dāng) ω = 0時(shí) ,S = 100 % ,車輪完全抱死而作純滑動 。 r — 汽車車輪的滾動半徑。 Vt — 汽車的理論速度 (車輪中心的速度 ) 。汽車的實(shí)際車速與車輪滾動的圓周速度之間的差異稱為車輪的滑移率。 地面制動力受地面附著系數(shù)的制約。地面對輪胎切向反作用力的極限值稱為輪胎 道路附著力 ,大小等于地面對輪胎的法向反作用力與輪胎 道路附著系數(shù)的乘積。 9 圖 22 汽車直線制動車輪抱死時(shí)的運(yùn)動情況 圖 23 汽車轉(zhuǎn)彎制動車輪抱死時(shí)的運(yùn)動情況 10 滑移率定義 通常 ,汽車在制動過程中存在著兩種阻力 :一種阻力是制動器摩擦片與制動鼓或制動盤之間產(chǎn)生的摩擦阻力 ,這種阻力稱為制動系統(tǒng)的阻力 ,由于它提供制動時(shí)的制動力 ,因此也稱為制動系制動力 。 從上面對出現(xiàn)這些危險(xiǎn)運(yùn)動情況的簡單分析可以看出，制動時(shí)車輪抱死導(dǎo)致汽車出現(xiàn)各種危險(xiǎn)運(yùn)動情況，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)動情況，即車輪抱死導(dǎo)致汽車的側(cè)滑摩擦力為零。 （ 2）汽車在一種路面上轉(zhuǎn)彎制動車輪抱死時(shí)可能出現(xiàn)的運(yùn)動情況如圖 23所示。汽車不能保持原來的行駛方向，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)動叫外旋轉(zhuǎn) )。為制動時(shí)前輪全部抱死而后輪 不抱死汽車的運(yùn)動情況示意，當(dāng)前輪抱死時(shí)轉(zhuǎn)彎力為零，駕駛員無法控制汽車的方向使汽車轉(zhuǎn)向來避讓前方的障礙物，這時(shí)由于汽車后輪不抱死，所以汽車仍具有側(cè)向力來維持方向穩(wěn)定性。 （ 1）汽車在一種路面上直線運(yùn)動制動車輪抱死時(shí)可能出現(xiàn)的運(yùn)動情況如圖22 所示。對 ABS 系統(tǒng)來說，就是要防止這些危險(xiǎn)情況的出現(xiàn)。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)行制動操作，必須時(shí)常注意不能讓車輪完全抱死 。 8 如上所述，施加適當(dāng)?shù)闹苿樱軌蛴行У厥蛊囃Ｏ?。轉(zhuǎn)彎力越大，汽車的方向操縱性越好 。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 。地面制動力決定制動距離的長短，側(cè)滑摩擦力則決定了汽車制動時(shí)的方向穩(wěn)定性。汽車直線制動時(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)滑摩擦力來保持汽車的直線行駛方向，如圖 21（ a） 圖 21 汽車直線和轉(zhuǎn)彎制動時(shí)的平面受力簡圖 所示。所有車輪上所受地面制動力的總和作為地面給汽車的總的地面制動力，他是使汽車在制動時(shí)減 速并停止的主要作用 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 21 所示。 7 第二章：防抱死制動 系統(tǒng)基本原理 制動時(shí)汽車的運(yùn)動 制動時(shí)汽車受力分析 汽車在制動的過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。新刀具材料的研制周期會越來越短 ,新品種新牌號的推出也將越來越快。 清華大學(xué)研制的適用于中型客車的氣制動 ABS 由于資源價(jià)格和性能上的優(yōu)勢 ,陶瓷材料的應(yīng)用將迅速擴(kuò)展 。 山東重汽集團(tuán)引進(jìn)國際先 進(jìn)技術(shù)進(jìn)行的研究也已取得了一些進(jìn)展。 西安博華公司主要產(chǎn)品是適用于大中型客車和貨車的氣壓四通道 ABS 和適用中型面包車的液壓三通道 ABS 及其相關(guān)零部件。另外 ,他們在基于 MAT2LAB 仿真環(huán)境實(shí)現(xiàn)防抱死控制邏輯、基于 VB 開發(fā)環(huán)境進(jìn)行車輛操縱仿真和車輛動力學(xué)控制的模擬研究等方面也頗有研究。另外 ,在滑移率和附著系數(shù)之間的 關(guān)系、汽車整車技術(shù)條件和試驗(yàn)方法方面也有獨(dú)到見解。 華南理工交通學(xué)院汽車系以吳浩佳教授為代表從事汽車安全與電子技術(shù)及汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的研究 ,在 ABS 技術(shù)方面有獨(dú)到之處 ,能夠建立制動壓力函數(shù) , 6 通過車輪地面制動力和整車動力學(xué)方程計(jì)算出汽車制動的平均減速度和車速 。該實(shí)驗(yàn)室針對 ABS 做了多方面的研究 ,其中 ,在 ABS 控制量、輪速信號抗干擾處理、輪速信號異點(diǎn)剔除、防抱死電磁閥動作響應(yīng)研究等方面的研究處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。具有代表性的有以下幾個(gè)。 國內(nèi) ABS 系統(tǒng)研究的理論狀態(tài)和具有代表的 ABS 產(chǎn)品公司 我國 ABS 的研究開始于 80 年代初。因此，需要采用總線結(jié)構(gòu)將各個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系起來，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。其主要作用就是通過控制車輛的橫向運(yùn)動狀態(tài)，使車輛處于穩(wěn)定的運(yùn)動狀態(tài)，使人能夠更容易地操縱車輛。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。 VDC 系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向角、油門、制動壓力，通過觀測器決定出車輛應(yīng)具有的名義運(yùn)動狀態(tài)。控制強(qiáng)度則由司機(jī)踏板位移信號的大小來決 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，來實(shí)現(xiàn)各種控制功能，如制動力分布控制、減速控制、牽引車與掛車處禍合力控制等。為改善這些，出現(xiàn)了電子制動控制系統(tǒng)EBS (Electronics Break System)它是將氣壓傳動改為電線傳動，縮短了制動響應(yīng)時(shí)間。為此利用 ABS 電磁閥對制動壓力進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)，即用小步長增壓或減壓，以達(dá)到最佳的車輪滑移的效果 既可以得到最大驅(qū)動力，也可保持行駛的穩(wěn)定性。防滑控制系統(tǒng)包括兩部分 :制動防滑與發(fā)動機(jī)牽引力控制。目前電制動系統(tǒng)首先用在混合動力制動系統(tǒng)車輛上，采用液壓制動和電制動兩種制動系統(tǒng)。它不同于傳統(tǒng)的制動系統(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，縮短制動反應(yīng)時(shí)間，維護(hù)簡單，易于改進(jìn)，為未來的車輛智能控制提供條件。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。 圖 11 BOSCH防抱死制動 系統(tǒng) 防抱死制動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 （ 1） ABS 本身控制技術(shù)的提高現(xiàn)代制動防抱死裝置多是電子計(jì)算機(jī)控制，這也反映了現(xiàn)代汽車制動系向電子化方向發(fā)展。1983 年推出的 ABS 2S 系統(tǒng)重量由 公斤減輕到 ，控制組件也減少到70個(gè)。所幸第二年即成長到76000 套。 在誕生的前 3年中， ABS 系統(tǒng)都苦于成本過于高昂而無法開拓市場。 “ABS 2” 在 3 年的努力后誕生！有別于 ABS 1 采用模擬式電子組件， ABS 2 系統(tǒng)完全以數(shù)字式組件進(jìn)行設(shè)計(jì)，不但控制單元內(nèi)組件數(shù)目從 1000 個(gè)