第4章汽车制动稳定性控制系统分析
汽车稳定性分析及对策研究
汽车稳定性分析及对策研究随着汽车工业的不断发展，车辆的设计、制造和性能都得到了极大的提升，然而在实际驾驶过程中，车辆稳定性依然是一个十分重要的问题。
汽车稳定性不仅关乎车辆安全性，也直接影响了驾驶者的驾驶体验。
对汽车的稳定性分析和对策研究具有重要意义。
一、汽车稳定性分析1.1 车辆稳定性的定义车辆稳定性是指车辆在行驶中保持直线行驶或在转弯、避障等特殊场景下保持稳定的能力。
一个稳定的车辆能够更好地保持横向、纵向和转向的稳定性，提高了车辆的操控性和安全性。
1.2 影响车辆稳定性的因素车辆稳定性受到诸多因素的影响，包括悬挂系统、操控系统、车辆质量、车辆速度等。
其中最主要的因素包括横向稳定性和纵向稳定性。
横向稳定性是指车辆在转弯、避障等横向运动时的稳定性，主要受悬挂系统、车辆重心、轮胎性能等因素影响。
而纵向稳定性是指车辆在加速、制动等纵向运动时的稳定性，主要受制动系统、悬挂系统、车辆重心等因素影响。
1.3 车辆稳定性测试为了评估车辆的稳定性，工程师们设计了一系列的测试项目来检验车辆在各种运动情况下的性能。
比如在横向稳定性测试中，会进行转向稳定性测试、侧倾角测试、悬挂系统性能测试等；在纵向稳定性测试中，会进行加速稳定性测试、制动稳定性测试等。
只有通过这些测试项目，才能够全面评估车辆的稳定性能力。
二、汽车稳定性对策研究2.1 悬挂系统优化悬挂系统是影响车辆稳定性最重要的部件之一，因此优化悬挂系统对于提升车辆稳定性至关重要。
通过采用新材料、新工艺、新设计，可以提高悬挂系统的刚性和稳定性，从而减小车身的横摇、纵摇等现象，提高车辆的稳定性。
2.2 轮胎性能提升轮胎是车辆与地面接触的唯一部件，其性能直接影响车辆的操控性和安全性。
因此改善轮胎的性能，是提升车辆稳定性的有效途径。
可以通过采用新材料、新结构、新制造工艺等手段来提升轮胎的抓地力、耐磨性等性能，从而提高车辆在横向和纵向运动中的稳定性。
2.3 电子稳定控制系统随着电子技术的不断进步，车辆的稳定性控制系统也得到了极大的提升。
汽车的制动性 (5)
FXb1
L
FXb2
hg
FXb2
L hg hg
FXb1
Gb hg
FXb2=0
FXb1=0
一定时，f 线为直线
前轮抱死后，前后地面 制动力将沿f 线变化。
FXb1
Gb L hg
FXb2
Gb hg
与 无关
18
第五节 前、后制动器制动力的比例关系
FXb2
0.1 0.2 0.3 0.4
因此，应当以所有车轮即将抱死但还没有出现任何车 轮抱死时的制动强度（制动减速度）作为汽车能产生的最 高制动强度（制动减速度）。
从图中看，同步附着系数 是β线和 I 曲线交点处对应的 附着系数。由于β不会随着路 面附着系数而变化，所以具有 固定比值制动力的汽车只能在 同步附着系数的路面上才能同 时抱死。
该点所对应的减速度称为
临界减速度，大小为 0 g 。
15
第五节 前、后制动器制动力的比例关系
同步附着系数的计算
满足固定比 值的条件
第四章 汽车的制动性
第五节 前、后制动器制动力的比例关系
本节将分析地面作用在前、后车轮上的法向反力， 分析前、后车轮制动器制动力的比例关系，通过 I 曲线、 β 线、f 线、r 线分析汽车的制动过程，介绍汽车的利用 附着系数、制动效率的计算方法，利用单轮模型分析 ABS的制动控制过程。
本节内容是本章的重点。
由 β b 0hg 得 1 a 0hg
Fμ1
Fμ1
Fμ 2
Fμ 2
满足同时抱 死的条件
0
Lβ b hg
同步附着系数 由汽车结构参 数决定。
制动时汽车的方向稳定性
（另外注意，跑偏与车轮抱死无关。） 1.左右车轮制动力不相等 2.悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上不协调
22
第四节 制动时汽车的方向稳定性
弯道行驶条件下的制动试验
弯道行驶时进行的制动试验也会得到类似结果： 1）只有后轮抱死或后轮提前抱死，在一定车速条件下， 后轴才会发生侧滑； 2）只有前轮抱死或前轮先抱死，因侧向力系数为零，不 能产生任何地面侧向反作用力，汽车无法按原弯道行驶而 沿切线方向驶出，即失去了转向能力。
23
因此，综合考虑制动效能和制动时汽车的方向稳定 性，将制动工况划分成如下四种（不考虑跑偏）：
24
第四节 制动时汽车的方向稳定性
和汽车制动性有关 的主动安全系统
一、ABS系统
ABS系统 EBD系统
左侧：地面附着力随汽车 制动力矩的增加，能提供 足够的地面制动力，此时 的侧向力系数也较大，具 有足够的抗侧滑能力，— 稳定区。
右侧：随制动力矩的增大，地面制动力减小，抱死侧滑。 25
第四节 制动时汽车的方向稳定性
3
第四节 制动时汽车的方向稳定性
跑偏
侧滑
4
第四节 制动时汽车的方向稳定性
制动跑偏、侧滑、失去转向能力之间的联系：
跑偏和侧滑是有联系的：严重的跑偏有时会引起后轴 侧滑，容易侧滑的汽车也加剧跑偏的趋势。 失去转向能力和后轴侧滑也是有联系的：一般汽车如 后轴不会侧滑，前轮就可能失去转向能力；后轴侧滑， 前轮常仍有转向能力。 制动跑偏、侧滑、失去转向能力是造成交通事故的重 要原因。在侧滑事故中，发现有50%是由制动引起的。
汽车理论(第五版)第四章_汽车的制动性
s2 u0 2
abmax 式中 k 2
du k d
du kd
当τ=0时，u=u0
1 u u0 k 2 2
ds 1 u0 k 2 由于 d 2
1 ds u0 k 2 d 2
8
第二节 制动时车轮的受力
一、地面制动力 FXb
FXb Tμ r
ua
W
由制动力矩所引起的、地 面作用在车轮上的切向力。
Tp
制动力矩Tµ
Tμ
FXb
FXb
地面附着力
r
FZ
9
FXb F
第二节 制动时车轮的受力
二、制动器制动力Fμ
与附着力无关
Fμ
Tμ r
在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的切向力。
21
第二节 制动时车轮的受力
FY
FY
平地转向时，离心力Fl由地面侧向力FY平衡。
22
第二节 制动时车轮的受力
当汽车在倾斜弯道转向时，离心力Fl可由重力的分力平衡。 弯道内倾，可以减小所需的地面侧向力；倾角依道路 转弯半径和设计车速而定。
23
第二节 制动时车轮的受力
环形跑道（视频）
（注意观察弯道的倾斜情况）
当 2 时
1 ue u0 k 2 2 2
当 ''时，将k
1 abmax 2 2 6
ab max
2''
代入
当τ=0 时，s=0
s u0
1 3 k 6
s2 u0 2
s2 s2 s2
s2 u0 2 u0 2
汽车理论 余志生第四章
授课章节：：
5.3汽车的制动效能及其恒定性
目的要求：
掌握制动效能的评价指标；了解对制动距离 的分析；了解影响制动效能恒定性的因素。
重点难点：
制动效能的评价指标
参考书目：
余志生.汽车理论.P102-108
第三节 汽车的制动效能及其恒定性 评定制动效能的指标 制动距离s和制动减速
度ab。
一、制动距离与制动减速度 1. 制动距离 制动距离 指的是汽车速度为u0时，从驾驶员
（4）两种附着能力很小的情况 刚开始下雨和滑水现 象出现时。 1）刚开始下雨，路面上只有少量雨水时 此时，雨水与路面上的尘土、油污相混合，形成粘度 高的水液，滚动的轮胎无法排挤出胎面与路面间的水液膜； 由于水液膜的润滑作用，附着性能将大为降低，平滑的路 面有时会同冰雪路面一样滑溜。 2）滑水现象 在某一车速下，积水中行驶的汽车， 车轮接地面下动水压力的升力等于垂直载荷时，轮胎将完 全漂浮在水膜上面而与路面毫不接触，这种现象叫做滑水 现象。 动水压力 高速滚动的车轮迅速排挤水层，由于惯性， 接触区的前部水中产生动压力，其值与车速的平方成正比。 滑水现象减小了轮胎与地面的附着能力，影响汽车的 制动、转向等性能。
结论： 制动时若能使滑动率 保持在较低值（15％～20 ％之间），便可获得较大 的制动力系数与较高的侧 向力系数。这样，制动性 能最好，侧向稳定性也很 好。 ABS能实现这个要求， 能显著地改善汽车在制动 时的制动效能与方向稳定 性。
（3）附着系数的数值主要取决于道路的材料、 路面的状况、轮胎的结构、胎面花纹、轮胎的材料和 行驶车速。
（3）制动跑偏和制动侧滑的联系: 严重的跑偏会引起后轴的侧滑，容易发生侧滑的汽车 也加剧跑偏。 单纯制动跑偏时后轮沿前轮轨迹运动。制动跑偏引 起制动侧滑时前后轮的行驶轨迹不重合。
汽车理论：第四章 汽车制动性作业(答案)
m du dt
=
FXb1
+ FXb2
=
FZ1ϕ
+ 0.5FZ1ϕ
= 1.5FZ1ϕBiblioteka 3）汽车的制动减速度由
m
du dt
= 1.5FZ1ϕ
=
1.5ϕ L
(Gb +
m du dt
hg )
可得
(1 − 1.5ϕhg )m du = 1.5ϕ Gb L dt L
du =
1.5ϕGb
= 1.5ϕgb = 1.5 × 0.7 × 9.8 × 1.1
答：
开始制动时，前、后制动器制动力 Fu1、Fu2 按 β 线上升，因前、后车轮均未抱死，故 前、后轮地面制动力 FXb1= Fu1、FXb2= Fu2 也按 β 线上升。
到 B 点时， β 线与ϕ = 0.7 的 r 线相交，地面制动力 FXb1、FXb2 符合后轮先抱死的状
况，后轮开始抱死。
从 B 点以后，再增加制动踏板力，前、后制动器制动力 Fu1、Fu2 继续按 β 线上升，因 前轮未抱死，故前轮地面制动力 FXb1= Fu1 仍按 β 线上升，但因后轮已抱死，故其地面制动 力 FXb2 不再按 β 线上升，而是随着 FXb1 的增加而沿ϕ = 0.7 的 r 线变化而有所减小。
解： 1）质心至前轴的距离
a = L − b = 2.8 −1.1 = 1.7 m
制动时汽车的受力图
2）忽略汽车的滚动阻力偶矩、空气阻力以及旋转质量减速时产生的惯性力偶矩，根据汽车 在水平路面上制动时的受力分析可得
FZ1
=
1 L
(Gb
+
m
du dt
hg
)
FZ 2
第四章 汽车的制动性
§2 制动时车轮的受力
17
§2 制动时车轮的受力
4、侧向力系数 侧向力系数φℓ : 侧向力极限值与垂直 载荷之比。
侧向力包括： 侧向风 离心力 侧向力
18
§2 制动时车轮的受力
19
§2 制动时车轮的受力
※较低滑动率时（S=15%），可以获得较大的制动 力系数与较高的侧向力系数。
ABS系统
3）在τ3时间段内所驶 过距离S3
u2f ue2 2jmaxS3
S3
u
2 e
2 jm ax
(u 0
1 2
k
'' 2 2
)
2
2 jm ax
(u 0
1 2
(
jm
ax
)
'' 2 2
)
2
2 jm ax
u 02 2 jm ax
1 2
u 0
'' 2
1 8
j '' 2
m ax 2
31
第三节 汽车制动效能及其恒定性
43
第四节 制动时的方向稳定性
一、汽车制动跑偏 跑偏原因有两个：
1）汽车左、右车轮，特别是前轴左、右转 向轮制动器制动力不等。——制造或调整 误差 2） 制动时悬架导向杆系与转向杆系在运动 学上的不协调或干涉。——结构设计原因
44
第四节 制动时的方向稳定性
1）由于汽车左、右车轮，特别是前轴左、 右转向轮制动器制动力不等
τ——制动时间s S——制动距离m
27
第三节 汽车制动效能及其恒定性
2）在τ2''时间段内所驶
过距离S2'' （作匀变减
制动系统稳定性控制技术研究
制动系统稳定性控制技术研究随着汽车技术的不断发展，汽车制造企业不断加强对汽车安全方面的关注。
其中，制动系统的稳定性控制技术是汽车安全研究的一个重要方面。
本文将探讨制动系统稳定性控制技术的研究现状、存在的问题以及未来的发展趋势。
一、制动系统稳定性控制技术的研究现状制动系统稳定性控制技术主要指的是在汽车制动过程中，通过各种传感器、控制系统和执行器等设备，对汽车的制动系统进行实时监控和调节，以保证车辆的稳定性和安全性。
目前，主要的制动系统稳定性控制技术主要包括以下两种：1. ABS技术ABS(防抱死制动系统)技术可以有效防止汽车在紧急制动时车轮的抱死，从而保证汽车的制动距离和方向的稳定性。
ABS技术通过计算车轮转速差异，在汽车制动时，控制制动系统对不同车轮施加不同的制动力度，从而保证车轮的正常旋转。
同时，ABS技术还可以在汽车的紧急制动时，通过调节车轮制动力度，避免汽车侧滑或滑动，从而有效提高了汽车的制动安全性。
2. ESP技术ESP(电子稳定控制系统)技术可以通过传感器等设备监测汽车的滑动、侧滑、转向角度等常见失控情况，同时通过控制制动系统、油门、转向等器件进行调节，从而避免汽车的侧翻、翻滚、失控等情况的发生。
ESP技术可以提高汽车行驶时的稳定性和安全性，同时可以有效减少交通事故的发生率。
二、制动系统稳定性控制技术存在的问题目前，制动系统稳定性控制技术研究面临着一些问题：1. 技术成本高制动系统稳定性控制技术的设计、研发、生产和安装等步骤需要高昂的技术投入和劳动力成本，目前技术成本较高。
2. 技术水平不同在不同的汽车品牌和型号之间，制动系统稳定性控制技术的应用程度、控制精度等方面存在较大差异，同时各个厂家的技术水平不同，也存在一定的技术不可兼容性。
3. 特定场景下的制动问题制动系统稳定性控制技术有时仍不能完全避免特定场景下的制动问题，如极端气候、路面条件恶劣等情况下，汽车的制动性能可能会出现明显下降。
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2.防抱死制动系统的作用 防抱死制动系统能防止汽车在常规制动过程中由于车轮 完全抱死而出现的后轴侧滑、前轮丧失转向能力等现象，从 而充分发挥轮胎与路面间的潜在附着力，最大限度地改善汽 车的制动性能，以提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转 向操纵能力，从而满足行车安全的需要。
ABS的作用
目前欧、美、日、韩等国家和地区的汽车使用最多的ABS 的品牌有德国的博世（Bosch）、德国戴维斯公司的坦孚 （TEVES），另外还有美国德尔科公司（Delco）、美国本 迪克斯公司（BENDIX）等。
如果后轮抱死，汽车的制动稳定性就会变差，抵抗横向 外力的能力很弱，后轮稍有外力(如侧向风力或地面障碍物阻 力)作用就会发生侧滑(甩尾)，甚至出现调头(即突然出现 180°转弯)等危险现象，如图4-3（b）所示。
（a）前轮防滑控制 （b）后轮防滑控制 有无ABS的比较（蓝车无ABS，灰车有ABS）
综上所述，为了获得最佳制动效能和制动时的方向稳定 性，应将车轮滑移率控制在最佳滑移率范围（20%左右）内。 因此，通过采用ABS，使汽车在制动过程中自动调节车轮的 制动力，防止车轮抱死滑移，从而缩短制动距离，提高方向 稳定性，增强转向控制能力，减少交通事故的发生。
3.ABS的控制方式分类 1）四通道控制方式 为了对四个车轮的制动压力进行独立控制，在每个车轮 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）。 对应于双制动管路的H型（前后）或X型（对角）两种布 置形式，四通道ABS也有两种布置形式，如图4-5所示。使 用四通道控制方式的常见车型有：奥迪（前轮驱动）、红旗 轿车、广州本田（X型）。
（b）四传感器前后布置
（c）三传感器前后布置
图4-6 三通道控制方式
3）双通道控制方式
（a）前后布置 （b）对角线布置 图4-7 双通道控制方式
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，所以目前很少被采用。 4）单通道控制方式 单通道ABS一般对两后轮 按低选原则一同控制，其主要 作用是提高汽车制动时的方向 稳定性。单通道ABS具有结构 简单、成本低的优点，因此在 轻型货车上得到广泛应用。
（a）前后布置 （b）对角线布置 图4-5 四通道控制方式
2）三通道控制方式 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。使用三通道控制方 式的常见车型有：桑塔纳 2000GSi、北京切诺基等。
（a）四传感器对角线布置
轮胎滑移的程度用滑移率S来表示。车轮滑移率是指实际 车速v与车轮速度vw之差同实际车速v的比值，其表达式为
v vw vw r 100% 1 100% 1 100% S = v v v
式中，S为车轮滑移率；v为车速(车轮中心纵向速度，m/s)；vw为车 轮速度(车轮瞬时圆周速度，vw = rw，m/s)；r为车轮半径(m)；w为车轮 转动角速度(rad/s)。
如果前轮抱死，虽然汽车 能沿直线向前行驶，但是失去 转向控制能力。由于前轮维持 转弯运动能力的横向附着力丧 失，因此，汽车仍将按原行驶 方向滑行，可能冲入其他车道 与车辆相撞或冲出路面与障碍 物相撞而发生恶性交通事故。
（a）前轮防滑控制 （b）后轮防滑控制 有无ABS的比较（蓝车无ABS，灰车有ABS）
第4章 汽车制动稳定性控制系统
教学提示：防抱死制动系统和牵引力控制系统能很 好地提高汽车制动性能，已逐渐成为汽车的标准配 置。融合ABS、TRC和EBD技术于一身的电子稳定 程序——ESP技术的应用日益广泛。
教学要求：本章主要介绍以ABS、TRC、ESP为代 表的汽车制动稳定性控制系统。要求学生了解汽车 制动稳定性控制系统在汽车上的应用情况和发展趋 势，熟悉其基本组成和工作原理。
4.1 汽车防抱死制动系统
在车辆制动时如果车轮抱死滑移，则车轮与路面间的侧向 附着能力将完全丧失。防抱死制动系统（Anti-1ock Braking System，ABS）的设计目的，就是在汽车制动过程中，不论 道路情况如何，始终将车轮滑移率控制在20％左右，从而保 证车辆能获得最佳的制动性能和转向操纵性能。 4.1.1防抱死制动系统的功能和分类 1.汽车制动时的车轮运动分析 汽车在制动过程中，当制动器制动力大于轮胎-道路附着 力时，车轮就会抱死滑移。只有汽车具有足够的制动器制动 力，同时地面又能提供较大的附着力时，汽车才能获得良好 的制动效果。
单通道控制方式
4.1.2防抱死制动系统的组成
图4-9 典型的汽车ABS系统组成 1-前轮转速传感器；2-制动压力调节器；3-ABS电控单元；4-ABS警告灯；5-后轮转速传感器； 6-制动灯开关；7-制动主缸；8-比例分配阀；9-制动轮缸；10-蓄电池；11-点火开关
1.车轮转速传感器 1）电磁式车轮转速传感器 目前大多数车轮转速传感器都采用电磁式转速传感器。 车轮转速传感器由电磁感应传感头和信号转子两部分组成。
当v = vw时，滑移率S = 0，车轮自由滚动； 当vw = 0时，滑移率S = 100%，车轮完全抱死滑移； 当v ＞ vw时，滑移率0 ＜ S ＜ 100%，车轮既滚动又滑移。 滑移率越大，车轮滑移程度越大。
图4-1 附着系数与滑移率的关系 (虚线与实线标注的上下顺序一一对应)
φB—纵向附着系数；φS—横向附着系数； S—滑移率
图4-2 干燥硬实路面着系数；φS—横向附着系数； S—滑移率
横向附着系数是研究汽车行驶稳定性的重要指标之一。 横向附着系数越大，汽车制动时的方向稳定性和保持转向控 制的能力越强。 当滑移率为零时，横向附着系数最大；随着滑移率的增 加，横向附着系数逐渐减小。当车轮抱死时，横向附着系数 接近于零，汽车将失去方向稳定性和转向控制能力，其危害 极大。