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汽车防滑控制系统ABS EBD 一 何谓ABS EBD系统 防抱死制动系统 Anti LockBrakeSystem 简称ABS系统 在制动过程中 当制动力将要达到极限值时 即开始调节制动压力 防止车轮抱死 避免车轮在路面上滑拖 滑移 缩短制动距离 提高了汽车在制动过程中的方向稳定性 不侧滑 和转向操纵能力 有制动加转向能力 但是 它不能在制动的全过程中 随路面附着情况的不同 对所有车轮的制动力的大小随机进行有效的分配和调节 如在高速行驶过程中有转向工况时 因离心力的作用 内外车轮附着力有差异 制动力不能随机调节 影响了行车的方向稳定性 为此 电控制动力分配系统 EBD ElectronicBrake forceDistribution 就应运而生 它能在制动的全过程中 根据四个车轮的附着情况 用高速计算机处理车轮的感应信号 瞬间计算出不同的滑移率和摩擦力数值 在运动中不断地高速调节制动压力 以获得最佳的制动效果 提高了制动的平稳性和安全性 并延长了制动蹄的使用寿命 ABS EBD是舒服 安全 有效的制动防抱死调节系统 二 附着力 F 和滑移率 S 概念 汽车在加速度 减速度运动及转向运动中 受车轮纵向附着力 F 纵 和横向附着力 F 横 的制约 即 加速时 Ftmax F 纵 否则 产生滑转 汽车不走 减速时 FBmax F 纵 否则 产生滑拖 制动距离加大 转向时 横向力Y F 横 否则 无反作用力Y 产生横滑 不能转向而失控 式中 Ft 牵引力 FB 制动力 可见 车轮在路面上的纵向运动可以区分为两种形式 滚动和滑动 滑动又可分为 滑移 抱死 0 v 0 走而不转 滑转 不走 v 0 0 转而不走 可见 ABS用来在减速度制动时防滑移 而ASR是用来在加速度驱动时防滑转 性质相同 但方向相反 牵引力 Ft 和制动力 FB 的大小 取决于车轮与地面的纵向附着力和横向附着力的大小 当法向力G一定时 附着力的大小决定于附着系数的大小 F G 而附着力的大小又与车轮荷载 胎面花纹 轮胎气压 路面粗糙度 潮湿程度 行驶速度 车轮偏转角等因素有关 可见 汽车在行驶中 车轮与地面间的附着力是一个可变值 为此 附着力 F 成为车轮相对于地面有无滑移的关键因素 汽车在路面上运动中 车速和轮速相等时 为 纯滚动 状态 在制动时 由于车身的惯性作用 实际车速与车轮圆周线速度瞬时不相等 轮胎与地面间产生了相对滑移 车速与轮速之差为滑移 轮速减小为负滑移 轮速增大为正滑移 驱动时滑转 滑移程度的大小用滑移率 S 来表示 滑移率 是汽车的实际车速与车轮的圆周线速度的差值 与实际车速之比 用S表示 表征车轮在纵向运动中滑动成分所占的比例 1 制动时滑移率S值计算公式S制动 v车 v轮 v车 100 式中 v车 车身瞬时速度 m s v轮 车轮瞬时速度 m s 2 驱动时滑移率S值计算公式S驱动 v轮 v车 v轮 100 试验证明 弹性车轮在地面上滚动 产生了阻力和摩擦力 附着力 附着力F G 其最大值是在边滚动 边滑动时发生 S值为20 时附着力最大 因此 产生了四种运动情况 1 不制动时车轮自由纯滚动 其纵向速度v r S 0 2 制动抱死时 FB F 纯滑动 0 v 0 S 100 3 制动半抱死时 FB F 边滚动边滑动 00 S 100 附着系数 与滑移率 S 的关系是 纵向附着系数 随滑移率 S 的加大而下降 因而制动距离随S值的加大而延长 其最佳值范围为15 30 这是由于弹性轮胎和地面变形所致 当S 0时 其横向附着系数最大 当S 30 时 横向附着系数将下降近一半 随着S值的加大 它的下降率远大于纵向 这是发生侧滑的主要原因 也是制动时方向稳定性变差的原因 试验证明 当滑移率处于15 30 时 其纵向附着系数和制动力可达最大值 横向附着系数也处于较大值状态 ABS和ASR系统的设计 就是确保在各种路面状态都保持这一滑移率 S 从而使 车辆处于最佳制动和驱动状态 使汽车的方向稳定性和方向操纵性得到改善 即制动时不发生侧滑 并具有制动加转向的高速行驶功能 可见 驱动和制动都会产生滑转和滑移 制动防抱死系统 ABS 和驱动防滑系统 ASR 是一对孪生兄弟 在一些高档高速车上并存 其 S曲线具有对称性 其规律是一致的 如前所述 车轮与路面间附着力 F 的大小是一个 随机变量值 车轮的荷载也是一个 随机变量值 制动力的大小应随机调节 例如 1 上坡和加速时 前轮荷载变小 制动力应变小 后轮荷载变大 制动力应变大 2 下坡和减速时与上坡情况相反 3 转向时 内侧车轮荷载变小 制动力应变小 外侧车轮荷载变大 制动力应变大 为此 需有多种信号进行反馈控制 如轮速传感器 车速传感器 节气门位置传感器 转向角度传感器 制动开关等信号 以便对车轮的纵向和横向滑移率量值 进行有效的检测和反馈控制 三 ABS EBD与传统的ABS系统的差异 1 传统的ABS电脑软件系统的逻辑程序控制能力简单 它只是在制动时 根据车轮减速度的变化 判断车轮是否将要抱死 对制动力进行末期防抱死调节 而不能在制动的全过程中 通过对轮速信号和车速信号的测量和计算 根据滑移率的大小 对车轮的制动力进行有效的跟踪计算和调节 其工作过程是 降压 保压 升压 程序不变 2 ABS EBD的硬件系统 信号和执行元件 无变化 但其电脑的逻辑程序控制系统与传统的ABS系统相比 有较大的功能改进 可根据车轮对地面附着情况的好坏 及时计算出滑移率的量值 跟踪调节各车轮制动力的大小 获得最佳的减速度值 进一步提高了制动效果和制动时的舒服性和安全性 其制动力反馈控制程序图如下 3 ABS EBD系统投入工作的 门槛值 范围较宽 汽车的纵向最佳附着系数 对应的滑移率为15 30 此值为投入工作的 门槛值 ABS EBD系统是利用滑移率来进行控制的 它的 门槛值 低于传统的ABS系统的 门槛值 也就是它的滑移率起作用的范围较宽 以便提前跟踪随机调节制动力的大小 4 制动力调节是降压 保压 升压过程 制动时制动压力急剧上升 车轮速度急剧下降 滑移率值急剧上升 从稳定区进入非稳定区 车轮加大滑移 ABS EBD系统迅速降压 使车轮的滑移率回复到稳定区 并保持一定制动压力 为了加大制动效果 随即又将制动压力升高 稍微超过稳定界限 又再次降压 使滑移率值又回到稳定区 如此反复 其升降频率可达10 20次 s 将车轮滑移率值保持在最佳范围内 以获得最佳制动效果 可见 在制动过程中 只要附着力和滑移率有所变化 制动力即跟踪调节 滑移率加大即降压 滑移率减小即升压 反复进行 使制动力保持在最佳滑移区内 当制动力达到将要抱死的极限值时 即以降压 保压 升压的控制方式 来实现ABS防抱死控制 5 ABS EBD系统仍然是四个控制通道和四个电磁式轮速传感器 产生交变电压脉冲信号 检测轮速的高低 并计算实际车速的高低和滑移率值的大小 6 取消了功能落后的机械式纵向制动比例阀 在转向盘轴上 加装了横向光电式转向角度传感器 检测汽车有无转向动作和车轮转角的大小和快慢 7 其制动压力调节器都是循环调压方式 调压电磁阀可用电流控制的4个三位三通式 3 3式 或用电压控制的8个两位两通式 2 2式 三 丰田威驰乘用车ABS EBD制动系统 1 组成 1 4个电磁式轮速传感器 产生交变电压轮速和车速信号 2 在转向盘轴上 加装了光电式转向角度传感器 产生转向和转向角度大小信号 3 4个控制通道 双制动管路对角排列 连接双腔制动总泵和前盘后鼓式分泵 4 8个电压控制方式的两位两通式电磁阀 2 2式 1个直流电动机 2个柱塞式液压回流泵 2个储液腔 4个止回阀 4个安全阀 5 每一个控制通道上有两个电磁阀 和制动总泵与分泵间的油路有序地排列连通 一个是常开式输入阀 又叫升压阀 连通总泵和分泵 阀中有止回安全阀 防止电磁阀打不开时 损坏或犯卡 泄压回油 解除制动 另一个是常闭式输出阀 又叫减压阀 连通分泵和储液腔 进行减压控制 6 在升压和减压油道中设有节流量孔 避免油道中的油压在升压和降压过程中过于急促 产生脉动 减小制动摩擦片的振动和噪声 7 液压回流泵有两次工作过程 一是 点火开关导通时 系统有4 6s自检过程 油泵短暂工作 抽空储液腔油