汽车制动系统ppt 自动保存的

汽车制动系统简析及ABS的仿真分析演讲人：卢礼洋导师：周志立◆第一章制动系统的基本组成及工作原理◆第二章ABS的结构组成和工作原理◆第三章车辆ABS防抱死系统仿真分析内容提纲1、制动系统的功用●使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车；●使已停驶的汽车在各种道路条件下（包括在坡道上）稳定

驻车；●使下坡行驶的汽车速度保持稳定。＆1.1制动系统的基本组成及工作原理第一章制动系统的基本组成及工作原理2、制动系统的分类按照使用目的分类行车制动系统驻车制动系统第二制动系统辅助制动系统（脚制动，在正常行驶中使用）（手制动，在停车时使用）（备用制动系统）（完成行车制动的部分任务）按照使制动能源分类人力制动系统动力制动系统伺服制动系统(人力操作制动踏板产生制动力)(通过外力使汽车制动)(通过外力强化人力)按照传动装置的分布类型分类单回路制动系统双回路制动系统(一个地方发生故障时，整个系统失效)(某一个制动回路出现故障，另一套系统仍能工作)＆1.1制动系统的基本组成及工作原理3、机械式制动系统的工作原理1—制动踏板2—真空助力器3、5—制动回路4—制动主缸6—前轮盘式制动器7—手制动操纵杆8—手制动操纵缆绳9—感载比例阀10—后轮鼓式制动器红旗CA7220型轿车机械式制动系统布置图＆1.1制动系统的基本组成及工作原理4、液压单回路制动系统的结构及工作原理1、前轮制动器2、制动钳3、制动管路4、制动踏板机构5、制动主缸6、制动轮缸7、后轮制动器＆1.1制动系统的基本组成及工作原理液压双回路制动系统的结构及工作原理交叉型（X型）一轴对一轴型＆1.1制动系统的基本组成及工作原理双回路制动系统的管路布置形式Ⅱ式布置：管路布置最为简单，成本较低，多用于货车上。当一套回路失效时，前轴或后轴制动力丧失，将使整车的制动速率下降。当后制动回路失效时，对于无ABS的汽车前轮抱死极易丧失转向制动能力；严重的是前轴制动失效，对于无ABS的汽车后轮抱死不仅会丧失制动稳定性，而且后轮制动无法弥补前轴制动力的丧失。X式布置：管路布置简单。直行制动时任一套回路失效，剩余总制动力都能保持正常值的50%，并且不会丧失稳定性，因为无制动力一侧的车轮可以承受侧向力。但是，一旦某一管路损坏造成两侧制动力不平衡，车身将向着前轮制动力大的一侧跑偏。HI式布置：一套回路失效时，前轮制动力减半。LL式、HH式布置：任一回路失效时，前后制动力比值均与正常情况下相同，剩余总制动力可达正常值的50%左右。＆1.1制动系统的基本组成及工作原理5.气压制动系统的结构和工作原理＆1.1制动系统的基本组成及工作原理6、驻车制动系的的结构及工作原理驾驶员驻车制动操纵杆向上扳起，通过平衡杠杆将驻车制动操纵揽绳拉紧，从而使两后轮制动器施行驻车制动。＆1.1制动系统的基本组成及工作原理二、制动系统的组成制动系统是由制动器和制动驱动机构组成的。制动器：是指产生阻碍车辆运动或运动趋势的力的部件，其中也包括辅助制动系统中的缓速装置。制动驱动机构：包括供能装置、控制装置、传动装置、制动力调节装置及报警装置、压力保护装置等附加装置。＆1.1制动系统的基本组成及工作原理1、鼓式制动器1、领从蹄式2、单向双领蹄式3、双向双领蹄式4、双从蹄式

5、单向增力式6、双向增力式＆1.1制动系统的基本组成及工作原理2、盘式制动器盘式制动器包括：固定钳式制动器、浮动钳式制动器、全盘式制动器固定钳式制动器如左图所示跨置在制动盘1上的制动钳5固定安装在车桥6上固定不动，其既不能旋转也不能沿制动盘轴线方向移动，制动盘两侧均有液压缸，制动时仅两侧液压缸中的制动块向盘面移动，从而产生制动力。这种制动器存在以下缺点：油缸较多时，使制动钳结构复杂；油缸分布于制动盘两侧，必须用跨越制动盘的钳内油道或外部油管来连通，这使得制动钳的尺寸过大；热负荷大时，油缸和跨越制动盘的油管或油道中的制动液容易受热汽化。＆1.1制动系统的基本组成及工作原理浮动钳式制动器制动钳体2通过导向销6与车桥7相连，可以相对于制动盘1轴向移动。制动钳体只在制动盘的内侧设置油缸，而外侧的制动块则附装在钳体上。制动时，液压油通过进油口5进入制动油缸，推动活塞4及其上的摩擦块向右移动，并压到制动盘上，并使得油缸连同制动钳体整体沿销钉向左移动，直到制动盘右侧的摩擦块也压到制动盘上夹住制动盘并使其制动。＆1.1制动系统的基本组成及工作原理盘式与鼓式制动器相比的优缺点优点：1、一般无摩擦助势作用，因而制动器效能受摩擦系数影响较小，效能稳定；2、浸水后效能降低少，一般经一两次制动即可恢复正常；3、在输出制动力矩相同的情况下，尺寸质量一般较小；4、制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，鼓式的热膨胀明显，引起制动踏板行程过大；5、比较容易实现间隙自动调整，其它保养作业简单。缺点：制动效能较低，故用于液压制动系所需的促动管路压力较高，一般需要伺服装置；＆1.1制动系统的基本组成及工作原理一、ABS的理论基础1.汽车的制动性汽车在行驶过程中，强制地减速以至停车且维持行驶方向稳定性的能力称为汽车的制动性。评价制动性能的指标主要有：（1）制动效能——汽车在行驶中，强制减速以至停车的能力称为制动效能。即汽车以一定的初速度制动到停车所产生的：★制动距离★制动时间★制动减速度其中车辆制动距离和制动减速度是由车辆制动力即地面制动力所决定。取决于地面制动力、制动器制动力及附着力。（2）制动时的方向稳定性——汽车在制动时仍能按指定方向的轨迹行驶，即不发生跑偏、侧滑、以及失去转向能力。＆1.2ABS的结构组成和工作原理第二章ABS的结构组成和工作原理2、汽车制动时车轮受力分析

＆1.2ABS的结构组成和工作原理制动器制动力＆1.2ABS的结构组成和工作原理

＆1.2ABS的结构组成和工作原理（3）轮胎与路面的附着特性

滑移率来表示车轮滑动所占的份额。车轮完全抱死时，滑移率为1，车轮纯滚动时，滑移率为0.＆1.2ABS的结构组成和工作原理

由图可知：道路的附着系数受车轮结构、材料，道路表面形状、道路材料有关，不同性质的道路附着系数变化较大。S<20%为制动稳定区域；S>20%为制动非稳定区域；将车轮滑移率S控制在20%左右，便可获得最大的纵向附着系数和较大的横向附着系数，是最理想的控制效果。＆1.2ABS的结构组成和工作原理前轴产生侧滑,由于离心力与侧滑方向相反减小侧滑量后轴一旦侧滑，离心力与侧滑方向相同，导致侧滑程度不断加剧，以至可能翻车，这是十分危险的运动状态。＆1.2ABS的结构组成和工作原理弯道制动后轮抱死情况弯道制动前轮抱死情况直线行驶全轮抱死情况汽车车轮抱死的危害前轮抱死：

汽车失去转向能力。后轮抱死：

汽车将发生摆尾现象，极易造成交通事故。＆1.2ABS的结构组成和工作原理理想的制动控制过程（1）制动开始时，让制动动压力迅速增大，使滑移率上升至20%所需时间最短，以便获取最短的制动距离和方向稳定性。（2）制动过程中：当滑移率上升稍大于20%时，出现抱死趋势时，对制动轮迅速而适当降低制动压力，使滑移率迅速下降到20%；当滑移率下降小于20%时，对制动轮迅速而适当增大制动压力，使滑移率迅速上升到20%。同时车轮在制动过程中，以5—10次/秒的频率进行增压、保压、减压的不断切换，使滑移率稳定在20%是最理想的制动控制过程。ABS理想控制过程＆1.2ABS的结构组成和工作原理1、ABS的功用通过ABS制动系统使控制实际制动过程接近于理想制动过程。2、ABS的分类按传动介质分类气压式：主要用于中、重型货车液压式：用于液压式制动系统的汽车按结构分类机械式电子式：由车轮速度传感器、压力调节装置、电子控制装

置和外圈电路组成控制通道的数目分类单通道；双通道三通道；四通道六通道（货车）压力调节装置控制对象分类单独控制（轮控）对角控制＆1.2ABS的结构组成和工作原理3、ABS防抱死系统在汽车上的布置＆1.2ABS的结构组成和工作原理4、ABS系统的组成无论是液压制动系统还是气压制动系统，汽车制动防抱死系统ABS均由传感器、电子控制单元和执行器三部分组成，ABS系统主要是在普通制动系统的基础上加装了轮速度传感器，ABS电控单元、制动压力调节器等。＆1.2ABS的结构组成和工作原理ABS由传感器、电子控制元件（ECU）和执行器三部分组成组成元件功用传感器车速传感器检测车速，给ECU提供车速信号，用于滑移率控制方式轮速传感器检测轮速，给ECU提供轮速信号，各种控制方式均采用减速度传感器（G传感器）检测制动时汽车的减速度，识别是否是冰雪等易滑路面，只用于四轮驱动控制系统执行器制动压力调节器接受ECU的指令，通过电磁阀的动作，控制制动系统压力的增加、保持或降低ABS警告灯ABS系统出现故障时，ECU将其点亮，发出警告，并可由其闪烁读取故障代码ECU接受车速、轮速、减速等传感器的信号，计算出车速、轮速、滑移率和车轮减速度、加速度，并将这些信号加以分析、判断、放大，由输出级输出控制指令，控制各种执行器工作＆1.2ABS的结构组成和工作原理ABS系统工作过程＆1.2ABS的结构组成和工作原理制动压力调节过程1、制动压力增大过程踏下制动踏板，由于电磁阀的进液阀开启，回液阀关闭，各电磁阀将制动总泵与制动分泵之间的通路接通，制动总泵中的制动液将通过各电磁阀的进出液口进入各制动分泵，各制动分泵的制动液压力将随制动总泵输出制动液压力的升高而升高。＆1.2ABS的结构组成和工作原理2、制动压力保持过程

当某车轮制动中，滑移率接近于20%时，ECU输出指令，控制电磁阀线圈通过较小电流（约2A），使电磁阀的进液阀关闭（回液阀关闭），保证该控制通道中的制动分泵制动压力保持不变。＆1.2ABS的结构组成和工作原理3、制动压力减小过程当某车轮制动中，滑移率大于20%时，ECU输出指令，控制电磁阀线圈通过较大电流（约5A），使电磁阀的进液阀关闭回液阀开启，制动分泵中的制动液通过回液阀流入储液器，使制动压力减小。与此同时，ECU控制电动泵通电运转，将流入储液器的制动液泵回到制动总泵出液口。＆1.2ABS的结构组成和工作原理四通道ABS的控制方式该系统是通过各车轮轮速传感器的信号分别对各车轮制动压力进行单独控制。性能特点：由于四通道ABS是根据各车轮轮速传感器输入的信号，分别对各个车轮进行单独控制的，因此附着系数利用率高，制动时可以最大程度的利用每个车轮的最大附着力。四通道控制方式特别适用于汽车左右两侧车轮附着系数接近的路面，不仅可以获得良好的方向稳定性和方向控制能力，而且可以得到最短的制动距离。但是如果汽车左右两车轮的附着系数相差较大（如路面部分积水或结冰），制动时两车轮的地面制动力就相差较大，因此会产生横摆力矩，使车身向制动力较大的一侧跑偏，不能保持汽车按预定方向行驶，会影响汽车的制动方向稳定性。＆1.2ABS的结构组成和工作原理三通道ABS的控制方式三通道系统都是对两前轮的制动压力进行单独控制，对两后轮的制动压力按低选原则一同控制。性能特点：两后轮按抵挡原则进行一同控制时，可以保证汽车在各种条件下左右两后轮的制动力相等，即两侧车轮附着系数相差较大，两个车轮的制动力都限制在附着力较小的水平，使两个后轮的制动力始终保持平衡，保证汽车在各种条件下制动时都具有良好的方向稳定性。当然，在两后轮按低选原则进行一同控制时，可能出现附着系数较大的一侧后轮附着力不能充分利用的问题，使汽车的总制动力减小。但应该看到，在紧急制动时，由于发生轴荷前移，在汽车的总制动力中，后轮制动力所占的比例减小，尤其是前轮驱动的小轿车，前轮的附着力比后轮的附着力大得多，通常后轮制动力只占总制动力的30%左右，后轮附着力未能充分利用的损失对汽车的总制动力影响较小。＆1.2ABS的结构组成和工作原理两通道ABS的控制方式a）前后布置的双通道三传感器b）前后布置的双通道二传感器c）前后布置的双通道四传感器d）对角布置的双通道二传感器＆1.2ABS的结构组成和工作原理单通道ABS的控制方式此种控制方式用于制动管路前后布置的汽车，只对后轮进行控制，一个传感器装于后桥差速器上，只对后轮采用底选控制的方式。能较有效的防止后轮抱死，但由于前轮无控制，故易抱死，转向操纵性差，制动距离较大。＆1.2ABS的结构组成和工作原理不同类型ABS所产生的不同的使用效果系统名称传感器数通道数适用制动回路类型控制方法特点4S4M44HH四轮独立控制四轮均可充分利用地面附着力，但在对分路面或左右车轮载荷差别较大时制动，汽车方向稳定性不好，较少采用X前轮独立控制，后轮底选控制制动效能稍差，但汽车方向稳定性较好4S3M43X或HH前轮独立控制，后轮选择控制占总附着力80%的两前轮独立控制，两后轮按低选原则同时控制，是大多数汽车采用的型式之一3S3M33HH前轮独立，后轮近似选择控制4S2M42X前轮独立控制、后轮选择控制在各种复杂路面上难以使方向稳定性、制动距离和转向操纵能力得到兼顾，较少采用2S2M22X前轮独立、后轮对角前轮控制1S1H11HH前轮无控制、后轮近似选择控制后轴车轮按低选原则控制，可改善汽车的方向稳定性＆1.2ABS的结构组成和工作原理有无ABS制动效果比较＆1.2ABS的结构组成和工作原理ABS的优点：（1）制动时保持方向稳定性；（2）制动时保持转向控制能力；（3）缩短制动距离，在冰雪路面上，可以缩短制动距离10%—20%；（4）减少轮胎磨损，提高轮胎的使用寿命6%—10%；（5）提高汽车行驶的平均速度大约15%。ABS的缺点和局限性：（1）ABS不能提供超越车轮与路面所能承受的制动效果；（2）ABS性能的好坏受整车制动系统状况的影响；（3）ABS不能取代驾驶员的制动，只能在驾驶员制动时帮助其达到较好的制动效果；（4）在平滑的干路面上制动，熟练驾驶员制动的制动距离可能比ABS工作时制动距离要

短，主要是由于ABS允许滑移率降低到8%左右；（5）松散的砂土和积雪较深的路面制动，车轮抱死制动要比ABS工作时的制动距离短。＆1.2ABS的结构组成和工作原理第三章、车辆ABS防抱死系统仿真分析一、建立车辆动力学模型1.1车辆动力学模型的简化汽车防抱死系统，主要研究汽车在制动过程中的制动性能、稳定性以及操纵性。其中车辆的制动性能主要通过纵向运动（x方向）来体现，稳定性主要通过横摆运动来体现，而操纵性则由转向运动体现，对车辆动力学模型做出如下假设：1、假设汽车行驶在水平公路上，道路无起伏；2、忽略空气阻力和滚动阻力的影响；3、忽略转向系统影响，直接以前轮转向角作为输入，并且认为左、右转向角相同；4、假设各个轮胎的机械特性相同；5、忽略汽车的俯仰、侧倾、垂向运动。＆1.3车辆ABS防抱死系统仿真分析2、建立整车模型＆1.3车辆ABS防抱死系统仿真分析汽车在X方向上的运动方程为：

汽车在X轴方向受到的地面作用于汽车的合力为：

汽车在y轴方向上的运动方程为：

汽车在y轴方向受到的地面作用于汽车的合力为：

汽车绕Z轴的横摆运动方程：

＆1.3车辆ABS防抱死系统仿真分析汽车轮胎所受到的垂直载荷是由静态载荷和动态载荷组成的。四个车轮的垂直载荷如下：

＆1.3车辆ABS防抱死系统仿真分析车辆质心在地面坐标系的位移可以用坐标（X,Y）来表示＆1.3车辆ABS防抱死系统仿真分析

3、建立轮胎模型车轮受力分析车轮坐标系的建立＆1.3车辆ABS防抱死系统仿真分析建立轮胎模型是为了描述轮胎的六分力与车轮运动参数之间的关系，即轮胎在特定工作条件下的输入和输出的关系。基于研究的需要，建立轮胎模型反应制动工况下轮胎的纵向力、侧向力与车轮运动参数之间的关系，其描述如下：

S(2-S)S<11S>1

＆1.3车辆ABS防抱死系统仿真分析4、制动器模型制动器模型用于计算各车轮在一定输入条件下所输出的制动力矩，其制动器制动力矩的表达式为：由于ABS系统一般在紧急刹车时才起作用，可以对这部分模型进行简化，其中制动力矩的变化率可以描述为：其中U为制动压力的变化率。＆1.3车辆ABS防抱死系统仿真分析

二、Simulink下的车辆模型

如图是用Matlab/Simulink实现的车辆模型，整车模型可分为车辆动力学系统、轮胎—地面系统、制动器系统等三个子系统防抱死系统八自由度车辆模型＆1.3车辆ABS防抱死系统仿真分析车辆动力学系统通过轮胎系统计算出的纵向力、侧向力及制动系统所产生的制动力计算出车辆及车轮的运动状态，并将计算出的滑移率、轮胎侧偏角、垂直载荷等数值返回给轮胎系统。车辆动力学子系统模型＆1.3车辆ABS防抱死系统仿真分析四个轮胎—路面系统用于计算轮胎在特定路面上所受的纵向力和侧向力，路面属性可以在此系统中进行自定义设定。轮胎—路面系统模型＆1.3车辆ABS防抱死系统仿真分析制动系统产生制动时所需的制动力矩。制动系统的制动力矩由两部分决定，一是驾驶员所给的制动踏板产生的制动力，二是经过ABS系统调节后制动力矩。