第4章 汽车的制动性8-

4.8装ABS汽车的制动性

1.ABS制动防抱系统ABS是制动防抱装置（AntilockBrakingSystem）的简称，也称制动防抱系统。它是在汽车制动过程中防止车轮被制动抱死，缩短制动距离，提高汽车制动时的方向稳定性和转向操纵性能的安全装置。图4–34三通道的ABS制动防抱系统。图4–34三通道的ABS制动防抱系统ABS制动防抱系统的工作原理液压调节器4.8装ABS汽车的制动性

2.

ABS的工作原理制动时车轮的受力如图4–35所示，图中将汽车质量、传动系统的回转质量集中到车轮上，忽略了滚动阻力偶矩、惯性力偶矩和空气阻力。根据牛顿第二定律，得：（4-36）图4–35制动时车轮的受力将代入式(4-36)和式(4-37)，得：（4-37）（4-38）（4-39）4.8装ABS汽车的制动性由式(4-38)可见，可用车轮的角减速度作为ABS的主要控制目标参数，并以为控制目标，用车轮的角速度

判别车轮抱死，车轮的角减速度和车轮的角速度为零的信息来自车轮转速传感器，用制动力矩调节车轮的角减速度，使车轮的角减速度在附近，也即使汽车在峰值制动力系数附近。图4–36制动时车轮角减速度的变化曲线图4–6制动力系数、侧向力系数

与滑动率关系的曲线4.8装ABS汽车的制动性由式(4-39)可见，可用汽车的减速度作为ABS的主要控制目标参数，并以为控制目标，用车轮的角速度

判别车轮抱死，汽车的减速度的信息来加速度传感器，用制动力矩调节车轮的角减速度，使汽车的减速度在

附近，也即使汽车在峰值制动力系数附近。图4–37制动时车轮减速度的变化曲线图4–6制动力系数、侧向力系数

与滑动率关系的曲线4.8装ABS汽车的制动性

为使ABS的性能最佳，可以汽车的减速度最大为总控制目标、以车轮的角减速度最小为子控制目标进行控制。图4–37制动时车轮减速度的变化曲线图4–36制动时车轮角减速度的变化曲线4.8装ABS汽车的制动性根据图4–6制动力系数与滑动率关系的曲线，还可将车轮的滑动率作为第二控制目标参数。如根据每个车轮的轮速传感器测得的车轮的实际转速和加速度传感器测得的汽车的车速，计算车轮的滑动率；或根据每个车轮的实际转速，通过减速关系可推算出一个理想的参考车速，计算车轮的滑动率，由于推算出车速，造成控制的理论误差；再根据车轮的滑动率，控制车轮在峰值制动力系数附近工作。图4–6制动力系数、侧向力系数与滑动率关系的曲线4.8装ABS汽车的制动性

3.ABS制动防抱系统的控制过程

图4–38所示为博世公司采用的一种典型的逻辑门限值控制的防抱死制动过程。图4–38防抱死制动过程图4–6制动力系数、侧向力系数

与滑动率关系的曲线4.8装ABS汽车的制动性

4.装ABS制动防抱系统的试验结果

Benz轿车装有以车轮角减速度作为参量的“ABS”防抱系统，其道路试验结果如表4-5所示，表4-6中的试验结果是在直线行驶制动时测得的。表4-5Benz轿车的道路试验结果试验条件装有“ABS”无“ABS”混凝土路面起始车速km/h制动距离/m平均减速度/m/s-2制动距离减小量/m制动距离m平均减速度/m/s-2残余速度uR/km/h干10041.89.258.2507.7340湿10062.756.7137.251003.960干13081.28.012.593.77.047.5湿13097.16.7141.1138.24.7270.94.8装ABS汽车的制动性

图4–39中给出了车速为80km/h，装和不装“ABS”的转弯制动试验。结果表明，装有“ABS”的汽车能准确地按弯道行驶，有转向能力，而不装“ABS”的汽车未能按弯道行驶。装有“ABS”汽车的制动距离可缩短3.9m（干路面）和7.3m（湿路面）。图4–39装和不装“ABS”的转弯制动试验对比4.9发动机、缓速器和制动能量回收系统的制动性及机电复合制动系统的控制

1.发动机、缓速器和制动能量回收系统的制动性

发动机或缓速器或制动能量回收系统参与制动时，车轮转动，发动机或缓速器或制动能量回收系统向车轮提供制动力（称为辅助制动力），制动器制动力小于地面附着力。不计空气阻力时，地面制动力等于前、后轮制动器制动力与辅助制动力之和，即：(4-40)

在汽车连续下长坡时，可通过脚踏板调节制动器制动力，进而调节地面制动力，使汽车具有合适的下坡速度。在一定的地面制动力下，由于辅助制动力的存在，使制动器制动力减小，制动器产生的热能减少，温度降低，从而改善制动器的热稳定性，提高汽车下长坡连续制动的安全性。发动机制动电涡流缓速器制动制动能量回收系统的制动液力缓速器制动4.9发动机、缓速器和制动能量回收系统的制动性及机电复合制动系统的控制如果制动器不参与制动，仅发动机或缓速器或制动能量回收系统制动，则地面制动力等于辅助制动力，式(4-40)变为：(4-41)对于发动机制动，参考式（1-5），得发动机制动产生的辅助制动力：(4-42)根据式(4-42)，发动机制动产生的制动力矩大，发动机的辅助制动力大；变速器的挡位低，发动机制动产生的辅助制动力大，变速器挂一挡时发动机的辅助制动力最大。4.9发动机、缓速器和制动能量回收系统的制动性及机电复合制动系统的控制

对于液力缓速器制动，参考式（1-5），得液力缓速器产生的辅助制动力：(4-43)对于电涡流缓速器制动，参考式（1-5），得电涡流缓速器产生的辅助制动力：(4-44)对于驱动电机变为发电机的制动能量回收系统，参考式（1-5），得制动能量回收系统产生的辅助制动力：(4-45)4.9发动机、缓速器和制动能量回收系统的制动性及机电复合制动系统的控制

2.机电复合制动系统的控制

机电复合制动系统的控制策略是在非紧急制动时制动能量回收系统与摩擦式机械制动系统一起制动，紧急制动时仅摩擦式机械制动系统制动，ABS工作，保证行车安全，通过踏板力判别是否是紧急制动。

制动能量回收系统控制的基本理论：制动能量回收时，驱动电机变发电机回收制动能量，希望制动能量回收系统尽可能多的回收能量。根据式(4-40)，前、后轮制动器制动力、最小时，辅助制动力最大，制动能量回收系统回收能量最大。根据这一理论，进行制动能量回收。4.9发动机、缓速器和制动能量回收系统的制动性及机电复合制动系统的控制

制动能量回收系统控制的方法：根据车轮转速、传动系统的传动比和式（1-3），可计算得到不同挡位下电机的转速，车轮转速由轮速传感器测定；再根据电机的转速范围确定变速器的挡位，或设定一定轮速下的挡位，所确定变速器的挡位应使电机在其转速范围内工作，并尽可能用低的挡位，低挡位时的制动力大，以提高制动能量回收的功率；确定变速器的挡位后调节制动器制动力，如果传动系统没有变速器，则不需要计算电机的转速，直接调节制动器制动力。下面分汽车等速连续下长坡、滑行和非紧急制动减速行驶3种情况调节制动器制动力。4.9发动机、缓速器和制动能量回收系统的制动性及机电复合制动系统的控制

汽车等速连续下长坡时，在车速不变的条件下，调节制动器制动力，使制动器制动力最小，车速高了，增大制动器制动力，反之，减小制动器制动力，制动器制动力的大小可通过液压系统或气压系统中的压力传感器测得，车速通过北斗卫星导航定位系统或车上其他车速传感器测定，也可由轮速传感器测定。

汽车滑行时，制动能量回收系统直接回收能量，制动器不制动，制动器制动力为零。汽车非紧急制动减速行驶时，以发电机回收制动能量为主，制动器制动为辅，降低车速，设定汽车的减速度（设为正值）；当汽车的减速度小于设定的汽车减速度时，增大制动器制动力，反之，减小制动器制动力。4.9发动机、缓速器和制动能量回收系统的制动性及机电复合制动能量回收系统的控制

制动能量回收系统控制的约束条件：当SOC大于一定值时，如SOC>80%，为防止向电池过充电，不回收制动能量；当SOC在一定值之间时，如70%<SOC<80%，制动能量回收受到电池允许的最大充电电流制约；当SOC小于一定值时，如SOC<70%，制动能量回收不受电池允许的最大充电电流制约。

电池温度过高时，停止制动能量回收。

车速很低时，如车速小于5km/h，充电电流很小，不回收制动能量。混合动力汽车制动能量回统4.10汽车的驻车制动性

汽车的驻车制动性是衡量汽车长期停放在坡道上的能力。

驻车制动一般靠手操纵驱动机构，使后轴制动器或中央制动器（在传动轴上）产生制动力矩并传到后轮，或锁死变速器的输出轴或锁死减速器的输出轴产生制动力矩，或通过电子驻车的减速电机机构使前、后轴制动器产生制动力矩，使路面对前、后轮产生地面制动力，实现驻车制动。驻车时间一般不小于5min。

汽车的驻车制动分为后轮、前轮和全轮驻车制动。全轮驻车的制动器采用电子驻车制动器。汽车上坡驻车汽车下坡驻车4.10汽车的驻车制动性

1.后轮驻车制动图4–40为汽车后轮驻车制动时的受力情况。根据力和力矩的平衡条件，得汽车后轮驻车制动时在上坡方向上力和力矩的平衡方程：（a）汽车上坡驻车

（b）汽车下坡驻车图4–40汽车后轮驻车制动时的受力情况(4-46)(4-47)4.10汽车的驻车制动性

将代入式(4-47)代入式(4-46)，得汽车后轮驻车制动时在上坡方向上可能停驻的极限坡路倾角：(4-48)(4-50)同理，得汽车后轮驻车制动时在下坡方向上力和力矩的平衡方程：（a）汽车上坡驻车

（b）汽车下坡驻车图4–41汽车前轮驻车制动时的受力情况(4-49)4.10汽车的驻车制动性

将代入式(4-450)代入式(4-49)，得汽车后轮驻车制动时在下坡方向上可能停驻的极限坡路倾角：(4-51)(4-52)比较式(4-48)和式(4-50)，得。进一步可得汽车后轮驻车制动时的最大驻车坡度应为在下坡方向上驻车极限坡度值：（a）汽车上坡驻车

（b）汽车下坡驻车图4–40

汽车后轮驻车制动时的受力情况4.10汽车的驻车制动性

2.前轮驻车制动在上坡方向上汽车前轮驻车制动时具有最大驻车坡度角，可能停驻的极限坡度角α和驻车极限坡度值分别见式(4-53)和式(4-54)。（a）汽车上坡驻车

（b）汽车下坡驻车图4–41汽车前轮驻车制动时的受力情况(4-53)(4-54)4.10汽车的驻车制动性

3.全轮驻车制动在上、下坡方向上汽车全轮驻车制动时可能停驻的极限坡度角相同，可能停驻的极限坡度角和驻车极限坡度值分别见式(4-55)和式(4-56)。（a）汽车上坡驻车

（b）汽车下坡驻车图4–42汽车全轮驻车制动时的受力情况(4-55)(4-56)习题4-1简述汽车的制动原理。4-2简述汽车制动性的评价指标。4-3简述地面制动力、制动器制动力及它们的区别。4-4简述地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系。4-5某4×2汽车，车轮中心速度，求车轮半径与车轮角速度的乘积分别为、、和0时的车轮滑移率；另车轮半径与车轮角速度的乘积为多少时车轮纯滚动？4-6分析汽车最大制动减速度。4-7介绍充分发出的平均减速度。习题4-8已知某电动汽车制动初速度，求消除制动系统间隙的时间分别为0.05s和0.1s时的制动距离，不计空气阻力和滚动阻力。汽车的质