汽车防滑控制系统ABSASR基本原理及发展趋势

1、汽车防滑控制系统ABSASR基本原理及发展趋势1ABS/ASF的基本原理1.1ABS的基本原理ABS （Anti-lockBrakingSysten,即防抱死制动系统）是在制动期间控制和监视汽车速度的电子控制系统。在汽车制动的过程中，它通过常规 制动系统起作用，能够自动地控制车轮在旋转方向上的打滑，并把相 应的滑移率控制在最佳范围之内，可提高汽车的主动安全性。在汽车的制动过程中，使汽车制动而减速行驶的外力是路面作用于轮胎胎面上的地面制动力。但地面制动力取决于两个摩擦副的摩擦力：一是制动装置对车轮的摩擦力，即制动器制动力；另一个是轮胎与路面间的摩擦力，即地面附着力。只有当汽车有足够的制动器制动力

2、及 地面附着力时，才能获得足够的地面制动力。汽车制动过程中， 车速和车轮转动线速度 （轮速）之间存在着速度差， 也就是车轮与地面之间有滑移现象。一般用滑移率S来表示滑移的程式中：u车速；w轮速试验和理论分析表明：在制动过程中，滑移率 S 是与制动的距离、制 动时的方向可控性和制动的平稳性密切相关的可控制的量。其原因在 于滑移率与汽车和地面间的纵向附着系数 uB及侧向附着系数aS的关 系呈一定的非线性曲线关系，见图 1制动控制区。滑移率S=0时，汽 车处于非制动状态，纵向附着系数a B=0侧向附着系数aS处于最大值； 汽车处于制动状态时，aB随滑移率S的增大而增大，aS随滑移率S的 增大而减小，

3、当滑移率S达到某个数值时，aB达到最大，这时的滑移 率称为最佳滑移率（用 SK表示）；之后随着滑移率的增大，aB和aS 不断减小，滑移率 S=100%寸，车轮完全抱死，aB降到一数值，a S0 纵向附着力不大，侧向附着能力几乎尽失，汽车的制动稳定性、方向 稳定性和转向能力将完全丧失。滑移率S在0Sk区间，可保证稳定制动，称为稳定区；在Sk至100% 区间为不稳定区，当滑移率S超过Sk后，车轮很快就会进入抱死状态。当滑移率S处于10%30%之间时，纵向附着系数 aB处于峰值范围， 侧向附着系数aS也比较大，可以同时得到较大的纵向和侧向附着力，是安全制动的理想工作区域ABS的基本原理就是通过调节制

4、动管路的压力，控制车轮制动器的制动 力，使汽车在紧急制动时，轮速保持在适当的范围内，车轮滑移率控 制在10% 30%的稳定制动区段上，车轮不被抱死，既能保持最大的制 动力，又能充分利用车轮附着力，大大提高制动效能。1.2ASR的基本原理ASR（Anti-SlipRegulation,即驱动防滑系统）也叫自动牵引力控制TCS（TractionControlSystem），是一套在 ABS基础上发展起来，与ABS起 对打滑的驱动轮进行控制的系统。汽车的行驶受行驶牵引力和附着力的限制,即要满足式中：刀Ff汽车行驶阻力；F1汽车牵引力；F© 气车附着力如果路面的附着系数很小,容易使汽车的牵引

5、力超过轮胎与路面间的附着极限（即Ft>F ）产生驱动轮过度滑转，后轮驱动的汽车将可能甩尾，前轮驱动的汽车则容易方向失控，导致汽车向一侧偏移。驱 动防滑的基本原理与制动防滑相似，根据地面附着系数和车轮滑移率 的关系曲线（见图 1 驱动控制区），把车轮滑移率控制在一定范围内， 提高地面附着力的利用率，改善驱动性能。目前，ASR常用的控制方法有种：一是调整发动机加在驱动轮上的转矩 的发动机控制。汽油机常通过控制燃油喷射量、点火时间、节气门开 度来减低其输出转矩；柴油机常通过控制燃油喷射量来减低其输出转 矩。二是对发生打滑的驱动轮直接施加制动的制动控制。如果驱动轮 在不同附着系数的路面上

6、，通过对打滑的驱动轮实施制动，降低滑移 率，提高驱动力。对于附着系数相同的路面，可通过发动机控制来实 现防驱动轮打滑，也可对打滑的两驱动轮实施制动；为防止制动蹄过 热，当车速高于一定值时， 制动控制将不起作用， 要依靠发动机控制。ASR与ABS有十分密切的联系，是 ABS的自然延伸。二者在技术上比 较接近，部分软、硬件可以共用。ABS所用的传感器和压力调节器均可 为ASR所利用，ABS的电子控制装置只需要在功能上进行相应的扩展 即可用于ASR装置。在ABS的基础上，只需添加 ASR电磁阀，即可对 过分滑转的车轮实施制动。对电控发动机来说，通过总线就可控制发 动机的输出力矩。非电控发动机，只需增

7、加一些传感器和执行机构， 就可控制发动机的输出力矩。基于此，通常把二者有机地结合起来，形成汽车ABS/ASR防滑控制系统2ABS/ASR的国内外发展状况2.1 国外发展状况早在1928年防抱死制动理论就被提出。BOSCH公司在1936年第一个 获得了防抱死制动系统的专利权。1954年，FORD公司将ABS装在林 肯轿车上。这一时期的各种 ABS的轮速传感器和制动压力调节装置都 是机械式，因此，获取的轮速信号不够精确，制动压力调节的适时性 和精确性也难以保证。随着电子技术的发展，ABS进入电子控制时代。20世纪60年代后期到 70年代初期，凯尔塞海伊斯公司研制生产的两轮制动的 ABS克莱斯 勒公

8、司与BENDIX公司合作研制的四轮制动的 ABS BOSCH和TEVES 司研制的ABS WABCO公司与BENZ公司合作研制的装备在气压制动 的载货汽车上的ABS都是由模拟式电子控制装置对设置在制动管路中 的电磁阀进行控制，直接对各制动轮以电子控制压力进行调节。由于 模拟式电子控制装置反应速度慢、控制精度低、易受干扰，致使各种 ABS均未达到预期的控制效果。20世纪70年代后期，ABS采用数字式电子技术，反应速度、控制精度和可靠性都显著提高，ABS进人实用化阶段。BOSCH公司在1978年首 先推出了采用数字式电子控制装置的 ABSBOSCHABS2自此，欧、 美、日的许多公司相继研制了形式

9、多样的 ABS自1985年起，BOSCHTEVES BENDIX WABC0等公司开始对 ABS的生产大力投资，以满足 汽车对ABS需要量增加的要求。目前，国际上ABS在汽车上的应用越来越广泛，已成为绝大多数汽车 的标准装备，北美和西欧的各类客车和轻型载货汽车，ABS的装备率已 达90%以上，轿车ABS的装备率在60%左右，运送危险品的载货汽车 ABS的装备率为100%。1971年BUICK公司研制了由电子控制装置自动中断发动机点火，以减小发动机输出转矩，防止驱动车轮发生滑转的驱动防抱死系统，成为ASR的雏形。1985年，VOLVO公司试制了电子牵引力控制系统ETC(ElectronicTra

10、ctionContro)，通过调节燃油供给量来调节发动机输出转矩，以控制驱动轮滑转率，产生最佳驱动力。1986年，BOSCH推出了该公司的第一个牵引力控制系统 TCS。仅依靠调节发动机输出转矩不能解决汽车在对开路面上很好地起步加 速的问题。为了解决这一问题，需要对附着不好的一侧驱动轮施加部分制动，以充分发挥附着条件较好的一侧的地面驱动力。随着ABS 技术的不断发展和成熟，利用 ABS 压力调节系统可实现这一目标。采用 制动干预控制的ASR系统通常都是同ABS集成在一起的，形成ABS/ASR 系统。1986年12月，BOSCH公司第一次将 ABS与ASR结合起来，率 先推出了具有防抱死制动和驱动

11、防滑转功能的防滑控制系统 ABS/ASR2U装置。同期，BENZ公司与WABCO公司也联合开发出了应 用在载货汽车上的ABS/ASF系统。此后，各大汽车公司纷纷开始应用 ABS/ASR系统，使其成为顶级豪华 车的标准配置。随着各大公司不断开发出结构更紧凑、成本更低、可 靠性更强、功能更全面的ABS/ASR系统，ABS/ASR系统也逐渐应用于中、 低档汽车上。到 1997年时，已经有 23 家汽车厂商的近 50 种车型使用 了 ABS/ASR系统。2.2 国内发展概况国内研究开发ABS起步较晚，约始于20世纪80年代中期。但我国对 ABS的系统开发十分重视，制定相应的法规力促 ABS的发展。1993年 4月1日开始实施的GB13594-92汽车防抱死制动系统性能要求和试 验方法，为ABS成为标准装备提供了试验方法和依据。1999年10月1日实施的GB126761999汽车制动系统结构、性能和试验方法规定：2003年10