纵向动力学控制系统
飞行原理知识点总结
飞行原理知识点总结飞行是人类长久以来的梦想与追求，通过不断的探索与发展，飞行原理已经逐渐被揭示，并被运用到实际的飞行器中。
本文将系统地总结飞行原理的相关知识点，包括飞行器的结构设计、气动力学原理、动力系统、飞行控制以及飞行器的稳定性和安全性等方面的内容。
一、飞行器的结构设计飞行器的结构设计是飞行原理的基础，它决定了飞行器是否能够正常地进行飞行。
飞行器的结构主要包括机身、翼面、动力系统、控制系统、起落架和其他附件等部分。
其中，翼面是飞行器的主要承载部分，它产生升力并支撑飞行器的重量；动力系统为飞行器提供动力，并使其前进或升降；控制系统用于调整飞行器的姿态和飞行方向；起落架则为飞行器的着陆和起飞提供支撑。
飞行器的结构设计必须兼顾轻巧、坚固、稳定、低空阻力和高升阻比等要求，以保证飞行器的飞行性能。
二、气动力学原理气动力学是研究空气对飞行器的作用以及飞行器在空气中的运动规律的学科。
飞行器在飞行过程中受到来自空气的多种作用力，其中最重要的是升力和阻力。
升力是使飞行器获得升力并支撑其重量的力，在飞行器翼面的上表面和下表面产生了不同的压力，形成了一个向上的升力。
阻力是阻碍飞行器前进的力，它主要由飞行器的形状和速度决定。
飞行器的气动力学性能对其飞行性能有着直接的影响，因此对气动力学原理的研究至关重要。
三、动力系统动力系统是飞行器的发动机和推进系统等组成部分，它为飞行器提供动力，使其能够飞行。
目前常用的飞行器动力系统主要包括活塞发动机、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机以及电动驱动系统等。
各种动力系统有着不同的特点和适用范围，飞行器的设计者需要根据具体的需求选择合适的动力系统。
动力系统的研究和发展直接影响着飞行器的飞行速度、载荷能力、续航能力和节能环保性能。
四、飞行控制飞行控制是指通过操纵飞行器的控制面，调整飞行器的姿态和飞行方向。
飞行器的控制系统一般包括横向控制、纵向控制、自动控制和飞行操纵等部分。
横向控制通常由副翼来实现，它可以使飞行器绕纵轴旋转；纵向控制通常由升降舵来实现，它可以使飞行器绕横轴旋转；自动控制可以使飞行器在特定的飞行阶段自动地完成某些操作，例如自动起落、自动刹车等；飞行操纵则是指驾驶员通过操纵杆、脚蹬和其他操纵设备来控制飞行器的飞行方向。
汽车系统动力学第五章 纵向动力学概述
第五章纵向动力学性能分析除空调等附属设备的能耗需求外，行驶过程中车辆所需的动力与能量由行驶阻力所决定。
本章将在分析动力需求与动力供应的基础上，分析车辆的纵向动力学特性，包括动力性、燃油经济性和制动性。
此外，还将讨论与路面附着条件相关的驱动和制动极限问题，最后进行制动稳定性的分析。
§5-1 动力的需求与供应本节首先介绍车辆的行驶阻力，然后分析车辆对动力的需求及供应，最后给出车辆的动力供求平衡方程。
一、车辆对动力的需求这里介绍的车辆行驶阻力，实际上代表了车辆对动力的需求。
按行驶状态的不同，车辆行驶阻力可分为稳态匀速行驶状态下的阻力和瞬态加速时的阻力两部分。
前者包括车轮滚动阻力、空气阻力和坡度阻力；后者主要是指加速阻力。
二、车辆的动力供应§5-2 动力性一、概述车辆的动力性由加速能力、爬坡能力和最高车速来衡量，也可通过对特定行驶工况下车辆动力需求与动力供应之间的比较来评定，而供求双方的平衡关系则由驱动轮轮胎与地面间的相互作用所决定。
评价车辆动力性时，通常采用“驱动力平衡图”或“驱动功率平衡图”进行分析。
三、加速能力§5-3 燃油经济性目前，大多数车辆采用内燃机作为发动机，其经济性主要以燃油消耗量表示。
一、燃油消耗量的计算根据初始的车辆设计参数，在车辆开发初期即可进行其燃油经济性理论上的估计，从而方便地在车辆设计阶段进行设计参数的修正。
二、减少油耗的途径减少燃油消耗量的途径：1)交通管理因素：包括交通管理系统、信号灯控制系统、驾驶员培训等因素，实际上均影响了车辆的行驶速度。
2)车辆行驶阻力因素：在保证汽车安全性、人机工程、经济性和舒适性的同时，尽可能降低车辆行驶阻力，如减小整车质量、轮胎滚动阻力系数、空气阻力系数和迎风面积等。
3)尽可能地降低附属设备(如空调、动力转向、动力制动等)的能耗。
4)提高传动系效率，使发动机功率要尽可能多地传递到驱动轮上。
§5-4 驱动与附着极限和驱动效率第三章中对单个轮胎与地面附着极限问题已有介绍，本节将在整车受力分析的基础上，详细讨论整车驱动与附着极限。
飞行动力学飞机的纵向运动课件
04
飞机巡航阶段的纵向运动
巡航阶段的定义和目标
定义
巡航阶段是飞机在完成起飞和爬升后，保持高度和速度进行长时间飞行的阶段 。
目标
在巡航阶段，飞机的目标是保持稳定飞行，同时达到最优的经济性和效率。
巡航阶段的操作步骤
选择巡航高度
根据飞行计划和天气条件，选择 合适的高度层。
调整飞行速度
跑道状况、灯光、标记等 机场条件会影响飞机的降 落过程，需遵守机场规定 和飞行指引。
机型差异
不同机型在降落阶段的性 能和操作要求有所不同， 机组人员需熟悉所操作飞 机的特点和技术要求。
06
飞机纵向运动的模拟与控制
纵向运动的模拟方法
数学模型法
通过建立飞机纵向运动的 数学模型，模拟飞机的升 降、俯仰等运动，用于研 究飞行性能和稳定性。
飞行速度
发动机性能
飞行速度的变化会影响空气动力和发动机 推力，进而影响飞机的纵向运动。
发动机的性能状态直接影响飞机的纵向运 动，发动机故障或性能下降可能导致飞机 无法保持稳定飞行。
05
飞机降落阶段的纵向运动
降落阶段的定义和目标
定义
飞机降落阶段是指飞机从进场开始，通过着陆滑跑，直至完全停稳的整个过程。
着陆滑跑
飞机接地后，开始着陆滑跑，机组人员需根据实际情况控制刹车和推 力，使飞机减速并稳定在跑道上滑行。
完全停稳
当飞机停稳后，按照程序进行关车、解刹车等操作，确保安全。
降落阶段纵向运动的影响因素
01
02
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天气条件
风、雨、雪、雾等天气因 素会影响飞机的降落过程 ，需根据实际情况采取相 应的措施。
机场条件
目标
船舶纵向运动控制模型的建立及仿真
船舶纵向运动控制模型的建立及仿真船舶纵向运动控制是指通过控制船舶的前进、停止、加速和减速等操作，以实现船舶在纵向方向上的运动控制。
在船舶设计和操作中，船舶纵向运动控制是至关重要的，它直接影响船舶的稳定性、操纵性和安全性。
船舶纵向运动控制模型的建立是实现有效控制的基础。
首先，需要建立船舶的动力学模型。
船舶的动力学模型包括船舶的质量、惯性、阻力等参数，以及船舶的推进力和阻力的数学描述。
通过对这些参数和力的数学表达式的建立和定义，可以得到船舶纵向运动的数学模型。
需要建立船舶的控制系统模型。
船舶的控制系统模型包括船舶的传感器、执行器和控制算法等组成部分。
传感器用于采集船舶的状态信息，执行器用于实施控制操作，控制算法用于根据传感器的反馈信息和控制目标进行调控。
通过对这些组成部分的建立和定义，可以得到船舶的控制系统模型。
基于船舶的动力学模型和控制系统模型，可以进行船舶纵向运动的仿真。
仿真是指通过计算机模拟船舶的运动过程，以验证船舶控制系统的性能和效果。
通过在仿真软件中输入船舶的初始状态和控制指令，可以得到船舶在不同条件下的运动轨迹和性能指标。
通过对不同控制策略和参数的仿真比较，可以优化船舶的控制系统，提高船舶的运动性能和安全性。
船舶纵向运动控制模型的建立和仿真在船舶设计和运营中起着重要的作用。
首先，它可以帮助船舶设计师评估和改进船舶的运动性能，优化船舶的动力系统和控制系统，提高船舶的航行效率和经济性。
其次，它可以帮助船舶操作员理解和掌握船舶的运动特性，提高船舶的操纵性和安全性。
最后，它可以为船舶自主导航和无人驾驶技术的发展提供基础和支持。
船舶纵向运动控制模型的建立和仿真是实现船舶纵向运动控制和优化的基础。
通过建立船舶的动力学模型和控制系统模型，并进行仿真分析，可以提高船舶的运动性能和安全性，优化船舶的控制系统，为船舶设计和运营提供支持和指导。
船舶纵向运动控制模型的研究和应用将继续推动船舶技术的发展和进步，为航海事业的发展做出贡献。
列车纵向动力学分析【精选】
第一部分开行重载列车，就机车车辆本身来讲，重载列车技术涵盖牵引性能、制动系统性能、列车纵向动力学性能、机车车辆动力学性能、机车车辆及其零部件强度以及合理操纵方法等众多方面。
而重载列车的通信、纵向冲击力和长大下坡道的循环制动问题是开行重载列车的三大关键技术。
而这三大技术其实就是制动系统的三大难题。
下面就以制动系统来分析。
1.重载列车制动系统的关键技术制动系统对列车运行安全具有举足轻重的重要作用，随着铁道技术的不断进步，已出现了多种制动方式，但对货物列车而言，空气制动仍是最基本的制动作用方式。
众所周知，货物列车空气制动作用的制约因素甚多，列车长度就是主要影响因素之一。
我国重载列车的发展始于20世纪80年代，至今列车编组重量已由5 000t级提高到2万t以上，编组辆数从62辆增加到210辆之多，列车最大长度已达2·6 km以上，导致空气制动作用条件严重恶化。
1.1制动空走时间和制动距离影响货物列车紧急制动距离的主要因素除制动初速、线路条件(坡道)、列车制动率(每百吨重量换算闸压瓦力)和闸瓦性能以外，还有影响空走距离的空走时间，后者主要与列车长度或编组辆数有关。
笔者在根据上述因素编制我国《铁路技术管理规程》中的制动限速表时，对货物列车考虑的列车编组条件为5000t级以下，由于重载列车编组辆数的增加，必然导致制动空走时间和距离相应增加,加上长大列车压力梯度对后部车辆制动力的影响，因此该限速表不适用于重载列车。
对于重载列车，其制动力应比普通列车高，以保持和普通列车同等的制动距离。
1.2充气作用和长大下坡道的运行安全列车空气制动后的再充气时间随编组辆数的增加而呈非线性的增加。
重载列车需要有比普通列车长得多的再充气时间，因此，在长大下坡道多次循环制动作用时对司机操纵方法特别是再充气时间的要求更高。
1.3减轻列车纵向动力作用货物列车在纵向非稳态运动过程中产生的纵向动力作用不仅是导致断钩、脱轨等重大事故的主要原因，也是破坏货物完整性和加速机车车辆装置疲劳破坏的重要因素。
lpc 控制算法
lpc 控制算法
LPC（Longitudinal Predictive Control，纵向预测控制）算法是一种先进
的控制算法，主要用于预测和控制纵向的运动过程。
在车辆控制、自动驾驶等领域中，LPC算法被广泛应用于预测和控制车辆的纵向运动，如制动、加速和巡航控制等。
LPC算法基于车辆的动力学模型和运动学模型，通过预测未来的车辆状态和运动轨迹，实现对车辆的纵向控制。
在LPC算法中，需要建立车辆的动力
学模型和运动学模型，并确定模型的参数和状态变量。
然后，通过预测未来的车辆状态和运动轨迹，计算出最优的控制输入，如制动压力、加速踏板位置等，以实现最优的纵向控制。
LPC算法的优点在于能够主动预测和控制纵向运动过程，可以提前进行控制，避免了常规控制方法的滞后。
同时，LPC算法还可以根据不同的工况和场景，自适应地调整控制参数和策略，以提高控制的准确性和稳定性。
总的来说，LPC算法是一种有效的纵向预测控制方法，在车辆控制和自动驾驶等领域中具有广泛的应用前景。
3 汽车纵向动力学解析
u x
& p=φ
w z
γ=ψ &
x y
υ
y q=ϕ &
z
∑M I q′ − ( I − I ) pγ = ∑ M I γ ′ − (I − I ) pq = ∑ M
I x p′ − ( I y − I z )qγ =
y z x y
x y
∑ Fx )= z m s(w′ − u ⋅ q ) = ∑ F
y q =ϕ &
SAE坐标系
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第三章
汽车纵向动力学
二、空间任一刚体的运动方程
ms (u′−υ⋅γ + w⋅q) = ms ms
∑F (v′−w⋅ p+u⋅γ ) = ∑F (w′−u⋅q+υ ⋅ p) = ∑F
z x
x y z
∑M I q ′ − ( I − I ) pγ = ∑ M I γ ′ − (I − I ) pq = ∑ M
2009-10-19 6
第三章
汽车纵向动力学
作用在每个驱动轮上的垂直载荷等于静态载荷加上动态载荷， 后者是由加速时的纵向载荷转移或驱动转矩造成的横向载荷转移引 起的。 (1) 驱动转矩引起的横向载荷转移 不管是前桥还是后桥，只要驱动桥是刚性桥就存在横向载荷转 移。绕车桥中心点的力矩平衡方程为:
∑T O = ( W
这部分在汽车理论和第二章 轮胎动力学中有相应介绍，在此不
再重复。
二、汽车加速性能
知道了驱动力和行驶阻力，就可以计算车辆的加速性能了。 1.取决于发动机功率的极限加速能力 2.取决于附着力的极限加速能力 假设发动机功率足够大，极限加速能力会受到轮胎与路面之间
摩擦系数的限制。这样的话，驱动力的极限值为:
车辆工程中的车辆动力学研究与优化
车辆工程中的车辆动力学研究与优化在现代社会，车辆已经成为人们生活和经济发展中不可或缺的一部分。
从日常出行的小汽车，到运输货物的重型卡车，再到高速奔驰的列车，车辆的性能和安全性直接关系到人们的生活质量和生命财产安全。
而车辆动力学作为车辆工程中的一个重要分支，对于提高车辆的性能、安全性和舒适性具有至关重要的意义。
车辆动力学主要研究车辆在行驶过程中的运动规律和受力情况，包括车辆的纵向、横向和垂向运动，以及车辆与路面、空气之间的相互作用。
通过对这些方面的研究，可以深入了解车辆的操控性能、稳定性、制动性能和悬挂系统的工作原理，从而为车辆的设计、优化和控制提供理论依据。
在车辆的纵向动力学研究中，主要关注车辆的加速、减速和换挡过程。
发动机的输出功率、扭矩特性以及变速器的传动比等因素都会对车辆的纵向动力学性能产生影响。
例如，在设计一款高性能的跑车时，需要考虑如何匹配发动机和变速器，以实现快速而平稳的加速。
同时，制动系统的性能也是纵向动力学研究的重要内容，包括制动盘和制动片的材料选择、制动液的特性以及制动系统的散热等方面，这些都会影响到车辆的制动距离和制动稳定性。
车辆的横向动力学则侧重于研究车辆在转弯时的操控性能和稳定性。
轮胎的侧偏特性、转向系统的设计以及车辆的重心位置等因素都会对横向动力学产生重要影响。
为了提高车辆在弯道中的操控性能，工程师们会采用先进的悬挂系统，如多连杆悬挂、麦弗逊悬挂等，来控制车轮的运动轨迹。
此外，电子稳定控制系统（ESC）等主动安全技术的应用，也能够在车辆出现侧滑等危险情况时及时进行干预，保证车辆的行驶稳定性。
垂向动力学主要研究车辆在行驶过程中对路面不平度的响应，以及车辆的悬挂系统对振动的衰减能力。
良好的悬挂系统能够有效地减少车身的振动，提高乘坐舒适性。
在悬挂系统的设计中，需要考虑弹簧的刚度、减震器的阻尼系数以及悬挂的几何结构等因素。
同时，空气悬挂等新型悬挂技术的出现，也为车辆的垂向动力学性能提升提供了更多的可能性。
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6.1.5 与ABS相关的论文 1、宗国熙 ABS 制动防抱死系统特点及发
展趋势 奇瑞汽车股份有限公司试验技术 中心 中国期刊网 在文中主要介绍了 ABS系统的优点以及它现有的一些局限 性，以及ABS系统在今后的一些发展趋 势。ABS系统的一些优点有以下几点： ①改善汽车制动时的横向稳定性；②改 善汽车制动时的方向操纵性；③改善制 动效能；④减少轮胎的局部过度磨损； ⑤使用方便，工作可靠。
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进而计算车轮参考滑移率;在分析车辆模 型的基础上,设计了基于车身减速度的路 面辨识方法,提高了控制方法的适应性;以 车轮参考滑移率和角加速度为输入,以控 制信号为输出,设计了具有路面辨识能力 的L S - SVM ABS 控制系统,实现了基于 支持向量机的控制。参照国家标准,在不 同条件下进行道路试验,试验结果表明,该 控制方法具有良好的制动效果和自适应 性。
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6.1.3 ABS系统的பைடு நூலகம்成
电子控制线单位
运算 单元
控制 单元
监控 单元
轮速传感器
车轮
轮彩
电磁阀
警示灯
渐压调节单位
警示灯 主缸
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ABS 主要由传感器、ECU 和执行器3 部分 组成,功能如下表：
名称
功能
车速传感 检测车速,给ECU 提供车速信号,用
器
于滑移率控制方式
轮速传感 检测车轮速度,给ECU 提供轮速信号,
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存在的一些局限性：在两种情况下，ABS 系统不能提供最短的制动距离。一种是 在平滑的干路上，由有经验的驾驶员直 接进行制动。另一种情况是在松散的砾 石路面、松土路面或积雪很深的路面上 制动。另外，通常在干路面上，最新的 ABS 系统能将滑移率控制在5％—20％ 的范围内，但并不是所有的ABS 都以相 同的速率或相同的程度来进行制动（或 放弃制动）。
ABS 出现故障时,由ECU 控制将其点 亮,向驾驶员发出报警,并由ECU 控制 闪烁显示故障码
接收车速、轮速、减速等传感器的信 号,计算出车速、轮速、滑移率和车 轮的减速度、加速度,并将这些信号 加以分析、判别、放大,由输出级输 出控制指令,控制各种执行器工作
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6.1.4 对ABS系统的感性认识
卡车、挂车和客车制造商提供制动、稳
定控制和自动变速控制产品。
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威伯科推出第一个重型卡车防抱死制动系
统ABS到第一个自动紧急制动系统AEB, 威伯科始终引领着行业的技术创新。威
伯科研制出了首个商用车带自动制动功
能的碰撞预警系统CMS首个自动紧急制
动系统AEB挂车远程通讯系统
Telematics.
5、周 珏。浅析帕萨特ABS结构原理与故障
诊断 科技促进发展2009（08） 南京
市交通高级技工学校 本文主要介绍了
ABS（防抱死制动系统）作为一种主动安
全装置，在现代汽车上运用已经很广泛
了。文章从基础知识到专门知
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识，论述了防抱死ABS的结构及工作原理， 特别对帕萨特轿车的ABS系统的结构特点、 工作原理、故障诊断。
6、郑太雄，李锐，（重庆邮电大学） 蒋国英，杨勇（重庆卡福汽车制动转向 系统有限公司） 基于最小二乘支持向量 机的汽车ABS 控制研究 本文主要介绍了 为使防抱死制动(ABS) 更加智能,提出了 一种基于最小二乘支持向量机(L S - SVM) 的汽车防抱死制动控制方法。在分析道 路试验数据的基础上,提出了以车轮速度 峰值连线斜率估计车身速度的方法,
第六章 纵向动力学控制系统
6.1 防抱死制动控制 6.2 驱动力控制系统 6.3 车辆稳定性控制系统 6.4 主要的研究团队
2010年4月9日 霍俊杰
1
6.1 防抱死制动控制
6.1.1 基本概念 1、滑动率：车轮滑动率表示车轮相对于
纯滚动（或纯滑动）状态的偏离程度， 是影响轮胎产生纵向力的一个重要因素。 驱动工况为滑转率,制动工况为滑移率. 2、抱死：当滑移率为1时，就称为抱死。
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4、刘良，威伯科一先进科技引发效率革命 物流技术与应用（货运车辆）2009（03） 威伯科汽车控制系统，亚太区总裁，本 文主要介绍了威伯科公司的发展历史和 其一些相关的业务。威伯科汽车控制系 统是全球领先的商用车辆安全及控制系 统供应商。公司成立至今已有多年总部 位于比利时布鲁塞尔。自公司创建以来 威伯科一直引领着电子、机械及机电技 术领域的突破与创新为世界领先的商用
3、李爱凡（广东交通职业技术学院汽车学 院），杨涛（河南交通职业技术学院汽 车工程系）机电工程技术2009（06） 基于ABS 的车辆弯道稳定性控制仿真研 究 本文主要介绍了车辆在低附着弯 15
道路面上制动是一种非常危险的工况。本 文从车辆在低附着弯道路面上制动整车 受力的角度出发， 分析了车辆弯道制动 时ABS 控制的不足， 提出了车辆ABS 与 横摆力矩控制协调控制的制动力控制策 略。利用模糊控制原理设计了横摆力矩 控制器， 在制动车辆ABS 的基础上， 通 过对车辆的横摆力矩控制和车轮滑移率 的调节， 实现了制动过程中对附加横摆 力矩的动态调整， 从而可以在不增加硬 件成本的条件下实现车辆在低附着弯道 路面上制动的稳定控制。最后进行仿真 试验验证了该控制方法的有有效性。
器
各种控制方式均采用
减速传感 检测制动时汽车的减速度,识别是否
器
为冰雪等易滑路面,只用于四轮驱动
控制系统
制动压力 接收ECU 的指令,通过电磁现制动系
调节器 统压力的增加、保持和降低
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液压泵
ABS警告 灯 ECU
受ECU 控制,在可变容积式制动压力 调节器的控制油路中建立控制油压; 在循环式制动压力调节器调节压力降 低的过程中,将由轮缸流出的制动液 经蓄能器泵回主缸,以防止ABS 工作 时制动踏板行程发生变化
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2、韩加蓬，唐晓峰，孙永丽，基于 MATLAB的汽车ABS与TPMS融合的研究
微电子技术 2009（29）山东理工大学， 本文主要介绍了在分析ABS 控制算法的 基础上,将轮胎压力检测功能扩展到ABS 控制器中,并利用matlab 仿真得出试验 的可行性。证明了该方法可以在制动过 程中具有较好的制动力和方向稳定性。
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这时制动力减小，制动强度降低，车轮侧 向附着力也大大减小。
产生的不良后果： a、前轮抱死：车辆丧失转向能力。 b、后轮抱死：不稳定工况，易引起急速 甩尾。
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6.1.2防抱死制动系统（ABS）的液压回路
释放阀
制动总缸
制动分缸
电磁换向阀
喷注泵 蓄能器 4
当需要刹车压力上升时，电磁阀不得电， 使其处于图示位置，刹车液从制动总缸 通过电磁阀到制动分缸，刹车压力上升。 由图可知，当电磁阀位于不同位置时其 压力不同。