第6章 防抱死系统ABS

ASR与ABS的比较
共性主要有
① ABS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;
② ABS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 两种系统均要求调节过程尽可能小的能量消耗。
ASR与ABS的区别
①ABS对所有车轮实施调节，ASR只对驱动轮加以调节控制； ②ABS工作过程中，通常离合器分离，但在ASR 控制期间，离合器却处接合状态，因此，发动机的惯性会对控 制产生较大影响； ③ABS工作过程中传动系振动较小，易控制，而在ASR控制过程中， 传动系易产生较大振动；
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
③ 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。
按制动调节方式不同：
依照这些车轮 所处位置不同
独立控制
指一条控制通道只控制一个车轮
同时控制 一条控制通道同时控制多个车轮
按照控制时控制 依据选择不同
低选控制 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 高选控制 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
同轴控制 一个控制 通道控制 同轴两车 轮
异轴控制 一个控制 通道控制 非同轴两 车轮
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 优点：汽车紧急制动时，会发生很大的轴荷转移 (前轴荷增加， 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 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 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 驱动汽车的前轮附着力约占汽车总附着力的 70%-80%)。对前 仍是三通道ABS。由于三通道ABS对两后轮进行一同控制， 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 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 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 转速传感器来检测两后轮的平均转速。 改善。
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
二、ABS的基本原理
1. 汽车在水Βιβλιοθήκη 路面上制动时汽车的受力分析汽车制动减速的过 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。
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
四、ABS的控制
1、对ABS系统的控制要求： 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。 ② ABS系统只在车速超过一定值时才起作用。
③ ABS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。
2、制动压力的调节控制
三、ABS的基本组成
ABS的汽车制动系统 基本制动系统 制动主缸 制动轮缸 制动管路 制动力调节系统 传感器 控制器 执行器
实现汽车的常规制动
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
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 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 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 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 和各制动轮缸 装置发出命令，打开左前制动轮缸与储液室或储能器 9相通，制动轮缸中的压力继续增大，此即 (图中未画出 ABS制动过程中 )的通 号，并加以处理，分析是否有车轮即将抱死拖滑。 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 的增压状态。 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。 制动轮缸的压力不再增大，此即ABS制动过程中的保压状态。
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。
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。
汽车制动时的受力分析
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
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
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；
制动时车轮运动状态变化
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
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
n n 100% n n R
其中，n — 汽车速度
— 车轮转速
R — 车轮半径
车轮运动特征可由滑移率大小来描述
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。
第6章 ABS与ASR
汽车防滑控制系统：
防抱死制动系统ABS——Antilock Braking System 驱动防滑系统ASR——Acceleration Slip Regulation（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。
④ABS控制中各车轮间相互影响较小，ASR控制中两驱动轮间 相互影响较大；
⑤ASR是一个涉及到制动控制、发动机控制和差速器锁止控制等 的多环控制系统，则其控制更加复杂。
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
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。