车辆工程专业(汽车服务工程专业)汽车理论论文

浅谈提高汽车制动性新技术

刘 伟

（交通工程系，汽服1061班，1061504207）

摘要：探讨介绍了提高汽车制动性的新技术。重点介绍制动防抱死系统（ABS）的工作原理与结构，分类，应用和发展趋势，简略介绍了TCS,EBD,ESP技术。 关键词：制动性；ABS；TCS；EBD；ESP

0前言

安全、节能、环保是目前汽车发展的三个重点方向,其中“安全”是关系到人的生命的重中之重。进入21世纪以来,汽车设计者们将智能化与信息化技术融入到汽车主动安全控制系统中,使得汽车朝着更加安全、舒适、人性化的方向迅速发展。制动防抱死装置ABS(antilock braking system)作为历史最悠久、发展最完善的技术之一,能极大地改善和提高制动性能,是提高车辆主动安全性的重要装置。在ABS的基础上,人们又开发出了诸如BAS,TCS,EBD,ESP等技术,使汽车的主动安全性能得到更大的提升。

1制动防抱死装置(ABS) 1.1工作原理与结构

汽车ABS系统一般由车轮传感器、电子控制器ECU(electronic control unit)和制动压力调节器三部分组成。系统控制过程原理图如图1所示。

在常见的ABS系统中，每个车轮上各安装一个转速传感器，将有关各车轮转速 的信号输入电子控制装置。电子控制装置1—车轮传感器;2—轮缸;3—制动压力调节器; 根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车4—制动主缸;5—ECU;6—警报灯 轮的运动状态进行监测和判定，并形成相应图1 典型的ABS系统 的控制指令。制动压力调节装置主要由调压

电磁阀组成，电动泵组成和储液器等组成一个独立的整体，通过制动管路与制动主缸和各制动轮缸相连。制动压力调节装置受电子控制装置的控制，对各制动轮缸的制动压力进行调节。

ABS的工作过程可以分为常规制动，制动压力保持制动压力减小和制动压力增大等阶段。在常规制动阶段，ABS并不介入制动压力控制，调压电磁阀总成中的各进液电磁阀均不通电而处于开启状态，各出液电磁阀均不通电而处于关闭状态，电动泵也不通电运转，制动主缸至各制动轮缸的制动管路均处于沟通状态，而各制动轮缸至储液器的制动管路均处于封闭状态，各制动轮缸的制动压力将随制动主缸的输出压力而变化，此时的制动过程与常规制动系统的制动过程完全相同

在制动过程中，电子控制装置根据车轮转速传感器输入的车轮转速信号判定有车轮趋于抱死时，ABS就进入防抱制动压力调节过程。例如，电子控制装置判定右前轮趋于抱死时，电子控制装置就使控制右前轮刮动压力的进液电磁阀通电，使右前进液电磁阀转入关闭状态，制动主缸输出的制动液不再进入右前制动轮缸，此时，右前出液电磁阀仍末通电而处于关闭状态，右前制动轮缸中的制动液也不会流出，右前制动轮缸的刮动压力就保持一定，而其它末趋于抱死车轮的制动压力仍会随制动主缸输出压力的增大而增大；如果在右前制动轮缸的制动压力保持一定时，电子控制装置判定右前轮仍然趋于抱死，电子控制装置又使右前出液电磁阀也通电而转入开启状态，右前制动轮缸中的部分制动波就会经过处于开启状态的出液电磁阀流回储液器，使右前

制动轮缸的制动压力迅速减小右前轮的抱死趋势将开始消除，随着右前制动轮缸制动压力的减小，右前轮会在汽车惯性力的作用下逐渐加速；当电子控制装置根据车轮转速传感器输入的信号判定右前轮的抱死趋势已经完全消除时，电子控制装置就使右前进液电磁阀和出液电磁阀都断电，使进液电磁阀转入开启状态，使出液电磁阀转入关闭状态，同时也使电动泵通电运转，向制动轮缸泵输送制动液，由制动主缸输出的制动液经电磁阀进入右前制动轮缸，使右前制动轮缸的制动压力迅速增大，右前轮又开抬减速转动。

ABS通过使趋于抱死车轮的制动压力循环往复而将趋于防抱车轮的滑动率控制，在峰值附着系数滑动率的附近范围内，直至汽车速度减小至很低或者制动主缸的常出压力不再使车轮趋于抱死时为止。制动压力调节循环的频率可达3~20HZ。在该ABS中对应于每个制动轮缸各有对进液和出液电磁阀，可由电子控制装置分别进行控制，因此，各制动轮缸的制动压力能够被独立地调节，从而使四个车轮都不发生制动抱死现象。

尽管各种ABS的结构形式和工作过程并不完全相同，但都是通过对趋于抱死车轮的制动压力进行自适应循环调节，来防止被控制车轮发生制动抱死。

1.2分类

习惯上按一个控制器所配备的轮速传感器和控制通道的数量来划分ABS结构类型: a) 1传感器1通道:这是后两轮ABS,这种型式适用于制动管路前后布置的汽车。ABS的调节器装在后轮制动管路上,轮速传感器装在后桥,以测取后两轮的平均轮速。该传感器只对汽车的1个后轮进行防抱死制动控制,专门解决制动的方向稳定性问题。因此,紧急制动时,装有该种ABS的汽车前轮仍会抱死而失去转向操纵能力。这种ABS结构简单,可靠性好,成本低廉,具有很高的性能价格比,特别适用于中低价位和最高车速不太高而后轴又容易抱死侧滑的轻型载货车、轻型客车(包括轻型越野车)、微型客车等。

b) 4传感器2通道:这属于4轮防抱死系统低成本型ABS。4个轮速传感器分别测取4个车轮的车速,2个调节器各调节1对车轮:制动管路前后布置的汽车,各自调节前轮和后轮;制动管路X形布置的汽车,则分别调节左前轮和右后轮、右前轮和左后轮。汽车装备这种ABS后,制动稳定性提高了,制动时可以实现转向操纵,制动距离短于或等同车轮抱死。不过,制动管路X形布置的汽车,制动稳定性的提高程度尚不及1传感器1通道ABS。由于成本比较低,该类ABS主要用在档次较低、设计最高车速偏低的小型客车上,中高档轻型客车和载货车以及微型轿车也可以考虑装备这种ABS。

c) 4传感器3通道和4传感器4通道:这是性能优良的4轮ABS。4传感器3通道ABS适合制动管路前后布置的汽车。2个调节器分别调节左右前轮,1个调节器调节1对后轮。4传感器4通道ABS是1个调节器调节1个车轮,所以既适合制动管路前后布置的汽车,也适合X形布置的汽车。由于这2种类型的ABS性能相当,成本差别不显著,汽车厂选择时主要从安装方便、便于今后采用相关技术装备的角度考虑。这两种ABS在中高档小型客车(包括高档轻型汽车)上得到了大量装备。

1.3应用

进入20世纪80年代以后，由于进口美国的汽车装备有ABS，美国汽车制造厂对美国汽车市场上的ABS显示出新的兴趣。随着微电子技术的飞速发展和人们对汽车行车安全的强烈要求，ABS装置在世界汽车行业进一步得到广泛应用。1987年美国大约3%的汽车装备有非常可靠的ABS。在随后的时间里，研发者集中于简化系统。在1989年，博世的工程师成功地将一个混合的控制单元直接附在了液压模块上。这样他们就

无需连接控制单元和液压模块的线束，也无需接插件，所以显著地减轻了ABS 2E的整体重量。

博世的工程师在1993年，使用新的电磁阀创造了ABS 5.0，并且在后来的几年研发了5.3 和5.7 版。新一代的ABS 8的主要特性是再次极大地减轻了重量、减少了体积、增大了内存，同时增加了更多功能，如电子分配制动压力，从而取代了减轻后轴制动压力的机械机构。当年有些汽车工业分析专家预言得到了证实：到20世纪90年代中期以后，世界市场上的大多数汽车和卡车将装备ABS。 1.4发展趋势

a)新的控制理论、方法不断出现:无论是经典的还是现代的控制理论,大多是建立在线性系统基础上,对非线性系统目前还没有比较成熟的理论。近年来,现代控制理论发展迅速,新的控制方法不断涌现,如模糊控制、神经网络等。模糊控制采用

类似于人脑的模糊推理方法,遵循一定的控制规则,结合实际经验,对系统进行动态调控,具有不依赖对象的数学模型,便于利用人的经验知识和简单实用等优点,正好适应了ABS这种变工况、非线性系统,因此将模糊控制用于ABS是一种有益的尝试。

b)电子技术的进步将提高ABS性能:随着现代电子技术的飞速发展,ABS的核心部件ECU也在不断地成熟,越来越多的ABS系统已经选用功能强、速度快、集成度高的16位微处理器,把多种功能电路集成于一块芯片,缩小了ECU的体积,提高了ECU的处理速度,大大提高了ABS的控制精度和可靠性,扩大了ABS的控制范围,同时使ECU的成本得以降低。今后在这方面的技术研究还应该有进一步的发展。

2 牵引力控制系统（TCS）

TCS，其英文全称是Traction Control System，牵引力控制系统，又称循迹控制系统。是根据驱动轮的转数及传动轮的转数来判定驱动轮是否发生打滑现象，当前者大于后者时，进而抑制驱动轮转速的一种防滑控制系统。它与ABS作用模式十分相似，两者都使用感测器及刹车调节器。

当TCS感应到车轮打滑的时候，首先会经过引擎控制电脑改变引擎点火的时间，减低引擎扭力输出或是在该轮上施加刹车以防该轮打滑，如果在打滑

图2牵引力控制系统作用

很严重的情况下，就再控制引擎供油系统。TCS在运用的时候，变速箱会维持较高的挡位，在油门加重的时候，会避免突然下挡以免打滑的更厉害。TCS最大的特点是使用现有ABS系统的电脑、输速感知器和控制引擎与变速箱电脑，即使换上了备胎，TCS也可以准确的应用。

TCS与ABS的区别在于，ABS是利用感测器来检测轮胎何时要被抱死，再减少该轮的刹车力以防被抱死，它会快速的改变刹车力，以保持该轮在即将被抱死的边缘，而TCS主要是使用引擎点火的时间、变速箱挡位和供油系统来控制驱动轮打滑。

TCS对汽车的稳定性有很大的帮助，当汽车行驶在易滑的路面上时，没有TCS的汽车，在加速时驱动轮容易打滑，如果是后轮，将会造成甩尾，如果是前轮，车子方向就容易失控，导致车子向一侧偏移，而有了TCS，汽车在加速时就能够避免或减轻这种现象，保持车子沿正确方向行驶。在TCS应用时，可以在仪表板显视出地面是否有打滑的现象发生，它有一个控制旋扭，如果想要享受一下自己控制的快感，在适当的时机可以将系统关掉，车子重新启动时TCS就会自动放开。