汽车新技术 第五章 现代汽车安全技术(韩伟)

现代汽车新技术白云学院机电工程学院韩伟第五章现代汽车安全制动技术•制动系统技术简介•电控驱动防滑系统(ASR)•电子控制防抱死制动系统(ABS)第五章现代汽车安全制动技术一、制动系统及主动安全技术随着汽车行驶速度的提高，以及道路行车密度的增大，对于汽车行驶安全性能的要求也就越来越高，汽车的防滑控制系统就是在这种情况下产生和发展的，而且，防滑控制系统也已经成为汽车向电子化发展的一个重要方而。制动防抱死系统(ABS----Anti-lockBrakeSystem)驱动防滑转系统(ASR---AcceleratingSlipRegulationSystem)牵引力控制系统(TCS---TractionControlSystem)制动防抱死系统制动防抱死系统就是在制动过程中通过调节制动轮缸的制动压力，使作用于车轮的制动力矩受到控制，而将车轮的滑动率控制在较为理想的范围内。在制动过程中防止车轮被制动抱死，避免车轮在路面上进行纯粹地滑移，提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵能力，缩短制动距离，所以，被称为制动防抱死系统。目前制动防抱死技术的发展趋势①减小体积和质量，提高集成度以降低成本和销售价格，并简化安装。②开发一种可以使一种系统适应多种车型的回流泵系统。③改进电磁阀的磁路设计和结构设计，提高电磁阀的响应速度。⑤逐渐推广应用ABS+TC(ASR)相结合的系统。目前已经生产出ABS和驱动控制系统(ABR)一体化的组合装置，如Mercedes—Benz公司和Wabco公司联合开发出一种基于ABS的驱动滑转率调节装置。⑥采用计算机进行ABS与汽车的匹配、标定技术。同时加强道路试验，提高在各种不同路面上的适应能力。目前出现的涉及汽车制动安全相关技术VSC牵引力控制系统及车身稳定控制系统ECB电子式制动控制系统TRC驱动控制系统EPS电子助力转向系统EBD电子制动力分配系统ASR电控驱动防滑系统ABS防抱制动系统SBC电子液压制动系统1、防抱死制动系统(ABS)(Anti-lockBrakeSystem)在汽车紧急制动时，系统由传感器监测车轮与地面的拖滑情况，并通过制动压力调节器自动控制各车轮制动器制动力的大小，以防止车轮抱死。ABS可使汽车在紧急制动时，车轮处于边滚边滑(滑移率≈20)的状态，使地面对车轮的纵向附着力达到最大，以充分地发挥制动器的效能，缩短制动时间和距离；而横向附着力也较大，可有效地防止紧急制动时的车辆侧滑和甩尾，提高制动时的行驶稳定性和转向控制能力。2、电子制动力分配系统(EBD)电子制动力分配系统(ElectronicBrakeDistribution)简称EBD。在汽车制动时，EBD由传感器监测前后轮载重及转动差异或车轮的抱死情况，并通过调节装置自动分配前后车轮的制动力。EBD通常是ABS的附加装置，配备EBD的ABS，各车轮由于有最理想的制动力分配，可进一步缩短汽车紧急制动时的制动距离。3.电子液压制动系统(SBC)SBC与传统的制动系统有本质的区别，它不是由驾驶员对制动踏板的脚力产生制动压力，而是通过制动液压装置产生适当的制动压力。制动踏板组件中的弹簧和液压装置可使驾驶员仍然有通常的踏板感觉，驾驶员踩制动踏板的力度和幅度则是通过制动踏板组件中的压力传感器和位置传感器转变为相应的电信号，控制器据此判断所需的制动压力，并输出相应的制动控制信号，控制制动液压装置，使各车轮获得适当的制动力。SBC对制动器制动力的控制更快、更准确，可对4个车轮制动力分别控制。使汽车制动安全性进一步得到了提高。4.防滑转控制系统(ASR）汽车防滑转控制系统(Anti-slipRegulation)简称ASR，也被称为牵引力控制系统(TractionControl，简称TRC)。ASR由传感器监测车轮的滑转情况，当驱动车轮出现滑转时，控制系统通过控制发动机的动力输出或对滑转车轮施以制动力来抑制车轮的滑转，以使车轮保持最大的附着力，提高汽车牵引力和行驶稳定性。ASR对滑转车轮施以制动力所需的制动压力由制动液压装置产生。ASR对发动机动力输出的控制通常是通过调节与主节气门串联的辅助节气门的开度实现，并用调整点火时间和燃油喷射量的方法来补偿辅助节气门调节反应速度较慢的不足。5、电子控制车身稳定系统(ESP)电子控制车身稳定系统(ElectronicStabilizationProgram)直译为电子稳定程序，简称ESP，用于自动控制行驶汽车车身的稳定性。ESP通常是电子制动力分配系统EBD中的一个自动控制程序，通过对各个有关传感器电信号计算分析监控车辆的行驶状况。在紧急闪避障碍物，或在转弯时出现转向不足、转向过度等而使车身侧倾角度过大、车尾偏摆力矩超过某一程度、车体的行进方向与转向盘所转过的角度差距达到了某一程度时，ESP就会向ABS、ASR或EBD等输出指令，通过对有关车轮的制动和制动力大小的控制，自动使行驶车辆保持动态平衡。TRC驱动控制系统EPS电子助力转向系统EBD电子制动力分配系统ASR电控驱动防滑系统ABS防抱制动系统TCS牵引力控制系统HBA液压制动辅助系统大众汽车的液压制动辅助系统（HBA,HydraulicBrakeAssist）可以帮助驾驶员紧急刹车。它根据驾驶员踩刹车踏板的速度来判断是否存在完全制动的需求。只要驾驶员始终将踏板踩到底，系统就会自动加大制动力直到防抱死制动系统（ABS）的启动临界值。如果驾驶员放松刹车踏板，系统又会降低制动力到规定值。在紧急情况下当驾驶者想要尽快停车，他通常会快速踩刹车，但往往由于力度不够而浪费了宝贵的制动距离，而制动辅助系统可以在这种情况下提供帮助。紧急制动时，此系统可在瞬间产生最大的制动力，使车辆更快停住。欧盟委员会称，如果所有车辆都配备这类系统，欧盟每年可避免1,100起致使行人伤亡的事故。二、电控驱动防滑系统(ASR)(一)ASR的工作原理与作用随着驱动轮转矩的不断增大，汽车的驱动力也随之增大，当驱动力超过地面附着力时，驱动轮就开始滑转。驱动轮的滑转程度用驱动轮滑移率(为了与制动时相区别，有的称为驱动滑转率)Sd表示。驱动滑转率Sd表示式为：通过试验发现，在硬实的路面上，弹性轮胎与路面间的附着系数相滑动率存在着如图所示的一般性关系。(二)、ASR的优点ASR能在驱动滑转时自动调节滑移率，充分利用驱动车轮的最大附着力，具体优点是：①汽车起步、行驶中驱动轮可提供最佳驱动力，与无ASR相比，提高了汽车的动力性，特别是在附着系数较小的路面上，起步、加速性能和爬坡能力较佳；②能保持汽车的方向稳定性和前轮驱动汽车的转向控制能力；③减少了轮胎的磨损与发动机油耗。(三)、ASR的控制方式1．对发动机输出转矩进行控制。①调节燃油喷油量，如减小或中断供油；②调节点火时间，如减小点火提前角或停止点火；③调节进气量，如调节节气门开度和输助空气装置。2．对驱动轮进行制动控制。3．对可变锁止差速器进行控制。4．对发动机与驱动轮之间的扭矩进行控制。（四)、ABS／ASR系统的主要组成该系统主要由轮速传感器、ABS／TRC控制单元ECU、ABS执行器(制动压力调节器)、TRC制动执行器、副节气门控制步进电机和主、副节气门位置(开度)传感器等组成。在制动过程中，该系统采用流通调压方式、三通道／前轮独立控制--后轮按低选原则控制方式；在驱动过程中，通过调节副节气门的开度和驱动车轮介入制动的方式，对两后轮驱动轮进行防滑转控制。(五)ABS／TRC系统主要部件的功能和结构1、ABS／TRC控制单元ECU2、TRC制动执行器TRC制动执行器主要由TRC隔离电磁阀总成和TRC制动供能总成组成。3、副节气门装置ABS／TRC系统的工作过程ABS／TRC系统未进行制动防抱死和驱动防滑转控制时，制动压力调节器和TRC隔离电磁阀总成中的各个电磁阀均不通电，制动总泵至各车轮制动分泵的制动液油路都处于沟通状态；蓄能器中制动液的压力保持在一定范围内；控制副节气门的步进电机不通电，副节气门保持在全开位置。在汽车起步、加速及运行过程中，ECU根据轮速传感器输入的信号，判定驱动轮(后轮)的滑移率超过限位时，就进入防滑转控制过程。首先ECU使控制副节气门的步进电机通电运转，将副节气门开度减小，减小进入发动机的进气量，使发动机输出转矩减小。当ECU判定需要对驱动轮进行制动介入时，使TRC隔离电磁阀总成中的三个隔离电磁阀通电，储能器中被加压的制动液会通过储能器隔离电磁阀、后轮三位三通调压电磁阀，进入后轮制动分泵，后轮制动分泵的制动压力随之增大三、电子控制防抱死制动系统(ABS)汽车电子控制防抱死制动系统(ABS---Anti-LockBrakeSystem)，是汽车上的一种主动安全装置。其作用是在汽车制动时，防止车轮抱死在路面上拖滑，以提高汽车制动过程中的方向稳定性、转向控制能力和缩短制动距离，使汽车制动更为安全有效。（一）ABS系统的作用防滑控制系统能够使被控制的车轮获得较大的纵向和横向附着力，从而改善了汽车的行驶性能。1、提高行驶方向稳定性如果汽车的后轮首先丧失横向附着力，后轮在很小的外界横向力作用下也会发生横向滑移。在一些后轮驱动的高级轿车上装备的驱动防滑转系统，则可以保证汽车在驱动过程中后轮也保持较大的横向附着力，使汽车在驱动过程中也具有良好的方向稳定性，当汽车在湿滑的路面上进行起步、加速、转弯或者在附着系数分离路面(即汽车两侧车轮所处路面的附着系数相差较大)行驶等驱动过程中显得尤为重要。2、保持转向操纵能力车在进行转向行驶时，需要通过偏转的转向车轮从路面获得足够的横向作用力，如果转向车轮的横向附着力不足以提供汽车转向所需的横向作用力，此时，即使转向车轮已经发生偏转，汽车也不会按预期的方向行驶，汽车就丧失了转向操纵能力。3、缩短制动距离汽车的制动距离主要取决于制动过程中的平均减速度，如果汽车能够充分有效地利用各个车轮的最大纵向附着力进行制动，汽车就能够在最短的距离内制动停车。轿车在制动过程中，前轮的附着力通常约占汽车全部附着力的70一80％，因此，充分地利用前轮的最大附着力进行制动是缩短制动距离的关键。4、提离加速性能和爬坡能力装备有驱动防滑转系统的汽车在附着系数分离的路而上行驶时，可以对处于低附着系数路面的驱动车轮施加一定的制动力矩，使处于高附着系数路面的驱动车轮产生更大的驱动力。附着系数与车轮滑移率的关系车轮滑移率为了表征滑移成分所占的比例的多少，常用滑移率S表示。滑移率的定义如下式所示：附着系数与滑移率的关系车轮滑移率的大小对车轮与地面间附着系数有很大影响。通过试验，附着系数与滑移率的关系见图（三）ABS的优缺点ABS的优点是：①制动时保持方向稳定性；②制动时保持转向控制能力；③缩短制动距离，在冰雪路面上，可以缩短制动距离10％；④减少轮胎磨损，提高轮胎的使用寿命6—10％；⑤减少驾驶员紧张情绪；⑥提高汽车行驶的平均速度大约15％。ABS仍然存在着一些缺点和局限性：①ABS不能提供超越车轮与路面所能承受的制动效果；②ABS性能的好坏受整车制动系统状况的影响；③ABS不能取代驾驶员的制动，只能在驾驶员制动时，帮助其达到较好的制动效果；④在平滑的干路面上制动，熟练驾驶员制动的制动距离可能比ABS工作时制动距离要短，这主要由于ABS允许滑移率降低到8％左右；⑤松散的沙土和积雪较深的路面制动，车轮抱死制动要比ABS工作时的制动距离短。因为在这些路面上车轮制动抱死时，其表面物质如积雪会被铲起并堆在车轮前面，形成一种阻力，使制动距离变短。而在装有ABS的汽车上，由于车轮不会抱死，反而没有这种效果，所以在装备ABS的汽车上一般在仪表盘上装有一个开关，以便在这种路面上关闭ABS，使其不起作用。（四）ABS的控制技术1、ABS的控制方法ABS所用的控制方式主要有逻辑门限值控制、最优控制和滑动模态变结构控制等，但目前绝大多数ABS都采用逻辑门限值控制方式。2、ABS的控制过程ABS的控制过程一般分为高附着系数路面和低附着系数路面控制两种形式。（五）ABS的分类由于ABS产品较多，其分类方法也不尽相同，常见的ABS分类方法有按ABS控制方式分类