第6章防抱死系统ABS

第6章ABS与ASR汽车防滑控制系统：

防抱死制动系统ABS——AntilockBrakingSystem

驱动防滑系统ASR——AccelerationSlipRegulation（又称为牵引力控制系统TCS）行车过程中常遇到下列情况：当行车在湿滑路面上突遇紧急情况而实施紧急制动时，汽车会发生侧滑，严重时甚至会出现旋转调头，相当多的交通事故便由此而产生。当左右侧车轮分别行驶于不同摩擦系数的路面上时，汽车的制动也可能产生意想不到的危险。弯道上制动遇到上述情况则险情会更加严重。

上述现象的产生，均源自于制动过程中的车轮抱死。制动防抱死系统就是在制动过程中防止车轮被制动抱死，提高制动减速度、缩短制动距离，能有效地提高汽车的方向稳定性和转向操纵能力，保证汽车的行驶安全。一、ABS发展历史20世纪初，原始的防抱死制动系统（ABS）用在铁路机车40年代ABS系统被应用于飞机上，以防止飞机着陆时偏离航道及轮胎的爆破1954年美国Ford汽车公司首次将法国生产的民航机用ABS系统应用在Lincoln牌高级轿车上1969年Ford汽车公司推出了后二轮控制方式的防抱死制动系统自80年代后期起ABS在汽车上应用得到普及G：汽车的重力FZ1和FZ2：前后轮上作用的地面支承力FJ：汽车制动时作用在质心上的减速惯性力Fxb1和Fxb2：地面作用在车轮边缘上的摩擦力汽车制动减速的过程实际上就是汽车在行驶方向上受到地面制动力Fxb而改变运动状态的过程。制动效果的好坏完全取决于这种外界制动力的大小及其所具有的特性二、ABS的基本原理汽车在水平路面上制动时汽车的受力分析汽车制动时的受力分析按照摩擦的物理特性可知Fxbmax＝Fz·μ

Fxbmax——地面制动力（摩擦力）的最大值；Fz——作用在车轮上的法向载荷；μ——摩擦系数（通常称为附着系数）；

提高制动效能设法增大Fxbmax提高正压力Fz

提高附着系数φ更具有实际意义影响附着系数μ的三要素①路面的类型、状况②轮胎结构类型、花纹、气压和材料③车轮的运动方式和车速汽车制动过程中车轮与地面接触痕迹的变化制动车轮的运动方式一般均经历三个变化阶段：开始的纯滚动随后的边滚边滑后期的纯滑动制动过程分析制动时车轮运动状态变化汽车在制动时，车速与轮速之间产生速度差，车轮发生滑动现象。

定义滑动率λ车轮运动特征可由滑移率大小来描述车轮纯滑动时车轮纯滚动时车轮处于边滚边滑状态时0＜S＜100％S＝0％S＝100％车轮与地面摩擦系数随车轮运动状态不同而变化的规律从图中可看出1.车轮纵向附着系数（又称制动力系数）随车轮滑动成分的增加呈先上升后下降的趋势2.附着系数最大值一般出现在滑移率S＝15％－25％之间3.当s=100％时，车轮的横向附着系数（又称横向力系数）趋近于0，这时，车轮无法获得地面横向摩擦力。

若这种情况出现在前轮上，导致前轮无法获得地面侧向摩擦力，导致转向能力丧失，驾驶员无法控制方向；这种状况出现在后轮上，导致后轮抱死，后轴极易产生剧烈的侧滑、甩尾，汽车处于危险的失控状态。在非制动状态（滑动率为0）下，制动附着系数等于0；在制动状态下，滑动率达到最优滑动率时，制动附着系数最大，在此之前的区域为稳定区域；之后，随着滑动率的增大制动附着系数反而减少，侧向附着系数也下降很快，汽车进入不稳定区域，特别是当滑动率为100%时，侧向附着系数接近于0，也就是汽车不能承受侧向力，这是很危险的。所以应将制动滑动率控制在稳定区域内。综上所述，理想制动系统的特性应当是当汽车制动时，将车轮滑动率S控制在峰值滑动率（即S＝20％）附近，这样既能使汽车获得较高的制动效能，又可保证在制动时的方向稳定性。汽车防抱死制动系统能在制动过程中随时监控车轮滑转程度，并依此自动调节作用在车轮上的制动力矩，防止车轮抱死的电子控制装置。增加汽车制动时的稳定性，有效避免各种因制动引起的事故能缩短制动距离：在同样紧急制动的情况下，ABS防抱死系统可以将滑移率控制在20％左右，从而可获得最大的纵向制动力减少轮胎磨损汽车制动过程综述

在制动时，车轮由于制动力矩的作用，地面给车轮一个制动力。随着制动力矩的增大，制动压力增大，车轮速度开始降低，滑动率和车轮转矩增大。可认为在最优滑动率之前，车轮转矩和制动力矩同步增长，这就是说，在该阶段车轮减速度和制动力矩增大速度成正比且在该区域制动主要是滑转。但是，继续增大制动力矩，滑动率超过最优滑动率后进入不稳定区域，车轮的滑转程度不断增加，制动附着系数将减少，侧向附着系数将迅速降低。最终使车轮速度大幅度减少直至车轮抱死，此时车轮减速度非常大。轮胎印迹的变化经历了车轮自由滚动、制动和抱死三个过程。

基本制动系统ABS的汽车制动系统制动力调节系统制动主缸制动轮缸制动管路实现汽车的常规制动传感器控制器执行器制动过程中确保车轮始终不抱死，车轮滑动率处于合理范围内三、ABS的基本组成

制动过程中，ABS电控单元(ECU)3不断地从传感器1和5获取车轮速度信号，并加以处理，分析是否有车轮即将抱死拖滑。如果没有车轮即将抱死拖滑，制动压力调节装置2不参与工作，制动主缸7和各制动轮缸9相通，制动轮缸中的压力继续增大，此即ABS制动过程中的增压状态。如果电控单元判断出某个车轮(假设为左前轮)即将抱死拖滑，它即向制动压力调节装置发出命令，关闭制动主缸与左前制动轮缸的通道，使左前制动轮缸的压力不再增大，此即ABS制动过程中的保压状态。若电控单元判断出左前轮仍趋于抱死拖滑状态，它立即向制动压力调节装置发出命令，打开左前制动轮缸与储液室或储能器(图中未画出)的通道，使左前制动轮缸中的油压降低，即ABS制动过程中的减压状态。ABS系统一般控制要求：①在制动过程中，只有当车轮趋于抱死时，ABS系统才起作用，此前保持常规制动状态。②ABS系统只在车速超过一定值时才起作用。③ABS系统具有自诊断功能，以确保系统出现故障时，常规制动系统仍能正常工作。四、ABS的控制1、对ABS系统的控制要求：ABS对车轮制动压力的调节通常可采用以下两种方式：①双参数感测控制同时利用两种传感器获得车速和车轮转速信号，按照一定的控制方法由计算机控制制动系统工作。目前测取车速信号需借助多普勒雷达作为传感器，价格较高，故实际使用较少。②单参数感测控制仅利用车轮转速传感器获取车轮转速信号，依靠某种计算方法估算出汽车速度、加速度信号，这种方法性能价格比较好，故得到了广泛的使用。

2、制动压力的调节控制3、ABS控制过程许多控制方法提高控制效率和加快控制收敛速度

如：逻辑门限控制法滑模变结构控制法最优控制法模糊控制法逻辑门限控制法应用最广泛控制参数车轮减速度和车轮加速度门槛值ECU中预设定好车轮加、减速度门槛值辅助控制参数参考滑动率和参考速度逻辑门限控制方法

ABS控制通道:ABS系统中能够独立进行压力调节的制动管路。ABS控制方式:4、ABS布置方式独立控制同时控制指一条控制通道只控制一个车轮一条控制通道同时控制多个车轮按制动调节方式不同：依照这些车轮所处位置不同同轴控制异轴控制一个控制通道控制同轴两车轮一个控制通道控制非同轴两车轮按照控制时控制依据选择不同低选控制高选控制保证附着系数小的一侧车轮不发生抱死来选择控制系统压力保证附着系数较大一侧车轮不发生抱死来选择控制系统压力按照控制通道数目的不同，ABS系统分为四通道三通道双通道单通道四通道ABS

为了对四个车轮的制动压力进行独立控制，每个车轮上各安装一个转速传感器，并在通往各制动轮缸的制动管路中各设置一个制动压力调节分装置(通道)。

由于四通道ABS可最大程度利用每个车轮的附着力进行制动，因此汽车制动效能最好。但在附着系数分离(两侧车轮的附着系数不相等)的路面上制动时，由于同一轴上的制动力不相等，使汽车产生较大的偏转力矩而产生制动跑偏。因此，ABS通常不对四个车轮进行独立的制动压力调节。双制动管路的H型（前后）X型(对角)三通道ABS四轮ABS大多为三通道系统，而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。

按对角布置的双管路制动系统中，虽然在通往四个制动轮缸的制动管路中各设置一个制动压力调节分装置，但两个后制动压力调节分装置却是由电子控制装置一同控制的，实际上仍是三通道ABS。由于三通道ABS对两后轮进行一同控制，对于后轮驱动的汽车可以在变速器或主减速器中只设置一个转速传感器来检测两后轮的平均转速。优点：汽车紧急制动时，会发生很大的轴荷转移(前轴荷增加，后轴荷减小)，使前轮的附着力比后轮的附着力大很多(前置前驱动汽车的前轮附着力约占汽车总附着力的70%-80%)。对前轮制动压力进行独立控制，可充分利用两前轮的附着力对汽车进行制动，有利于缩短制动距离，且汽车方向稳定性得到很大改善。双通道ABS双通道ABS在按前后布置的双管路制动系统的前后制动管路中各设置一个制动压力调节分装置，分别对两前轮和两后轮进行一同控制。两前轮可以根据附着条件进行高选和低选转换，两后轮则按低选原则一同控制。

由于双通道ABS难以在方向稳定性、转向操纵能力和制动距离等方面得到兼顾，因此目前很少被采用单通道ABS所有单通道ABS都是在前后布置的双管路制动系统的后制动管路中设置一个制动压力调节装置，对于后轮驱动的汽车只需在传动系中安装一个转速传感器。驱动防滑转电子控制系统(ASR)在汽车行驶过程中，时常会出现车轮转动而车身不动，或者汽车的移动速度低于驱动轮轮缘速度的情况。这时，意味着轮胎接地点与地面之间出现了相对滑动，我们把这种滑动称为驱动轮的“滑转”，以区别于汽车制动时车轮抱死而产生的车轮“滑移”。驱动车轮的滑转，同样会使车轮与地面的纵向附着力下降，从而使得驱动轮上可获得的极限驱动力减小，最终导致汽车的起步、加速性能和在湿滑路面上通过性能的下降。同时，还会由于横向摩擦系数几乎完全丧失，使驱动轮上出现横向滑动，随之产生汽车行驶过程中的方向失控。它可以在驱动状态下，通过计算机帮助驾驶员实现对车轮运动方式的控制，以便在汽车的驱动轮上获得尽可能大的驱动力，同时保持汽车驱动时的方向控制能力，改善燃油经济性，减少轮胎磨损。驱动力控制系统(简称TCS或TRC)TractionControlSystem又称驱动轮防滑转调节系统(简称ASR)Anti－SlipRegulation继ABS之后，设置在汽车上专门用来防止驱动轮起步、加速和在湿滑路面行驶时滑转的电子驱动力调节系统。ASR与ABS的比较共性主要有①ABS与ASR均可以通过控制车轮的力矩来达到控制车轮滑动率目的;②ABS与ASR均要求系统具有迅速的反应能力和足够的控制精度；③