汽車防滑控制系統(tǒng)ABSASR基本原理及發(fā)展趨勢(shì)

1、汽車防滑控制系統(tǒng)ABSASR基本原理及發(fā)展趨勢(shì)1ABS/ASF的基本原理1.1ABS的基本原理ABS （Anti-lockBrakingSysten,即防抱死制動(dòng)系統(tǒng)）是在制動(dòng)期間控制和監(jiān)視汽車速度的電子控制系統(tǒng)。在汽車制動(dòng)的過(guò)程中，它通過(guò)常規(guī) 制動(dòng)系統(tǒng)起作用，能夠自動(dòng)地控制車輪在旋轉(zhuǎn)方向上的打滑，并把相 應(yīng)的滑移率控制在最佳范圍之內(nèi)，可提高汽車的主動(dòng)安全性。在汽車的制動(dòng)過(guò)程中，使汽車制動(dòng)而減速行駛的外力是路面作用于輪胎胎面上的地面制動(dòng)力。但地面制動(dòng)力取決于兩個(gè)摩擦副的摩擦力：一是制動(dòng)裝置對(duì)車輪的摩擦力，即制動(dòng)器制動(dòng)力；另一個(gè)是輪胎與路面間的摩擦力，即地面附著力。只有當(dāng)汽車有足夠的制動(dòng)器制動(dòng)力

2、及 地面附著力時(shí)，才能獲得足夠的地面制動(dòng)力。汽車制動(dòng)過(guò)程中， 車速和車輪轉(zhuǎn)動(dòng)線速度 （輪速）之間存在著速度差， 也就是車輪與地面之間有滑移現(xiàn)象。一般用滑移率S來(lái)表示滑移的程式中：u車速；w輪速試驗(yàn)和理論分析表明：在制動(dòng)過(guò)程中，滑移率 S 是與制動(dòng)的距離、制 動(dòng)時(shí)的方向可控性和制動(dòng)的平穩(wěn)性密切相關(guān)的可控制的量。其原因在 于滑移率與汽車和地面間的縱向附著系數(shù) uB及側(cè)向附著系數(shù)aS的關(guān) 系呈一定的非線性曲線關(guān)系，見(jiàn)圖 1制動(dòng)控制區(qū)?；坡蔛=0時(shí)，汽 車處于非制動(dòng)狀態(tài)，縱向附著系數(shù)a B=0側(cè)向附著系數(shù)aS處于最大值； 汽車處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，aB隨滑移率S的增大而增大，aS隨滑移率S的 增大而減小，

3、當(dāng)滑移率S達(dá)到某個(gè)數(shù)值時(shí)，aB達(dá)到最大，這時(shí)的滑移 率稱為最佳滑移率（用 SK表示）；之后隨著滑移率的增大，aB和aS 不斷減小，滑移率 S=100%寸，車輪完全抱死，aB降到一數(shù)值，a S0 縱向附著力不大，側(cè)向附著能力幾乎盡失，汽車的制動(dòng)穩(wěn)定性、方向 穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向能力將完全喪失?；坡蔛在0Sk區(qū)間，可保證穩(wěn)定制動(dòng)，稱為穩(wěn)定區(qū)；在Sk至100% 區(qū)間為不穩(wěn)定區(qū)，當(dāng)滑移率S超過(guò)Sk后，車輪很快就會(huì)進(jìn)入抱死狀態(tài)。當(dāng)滑移率S處于10%30%之間時(shí)，縱向附著系數(shù) aB處于峰值范圍， 側(cè)向附著系數(shù)aS也比較大，可以同時(shí)得到較大的縱向和側(cè)向附著力，是安全制動(dòng)的理想工作區(qū)域ABS的基本原理就是通過(guò)調(diào)節(jié)制

4、動(dòng)管路的壓力，控制車輪制動(dòng)器的制動(dòng) 力，使汽車在緊急制動(dòng)時(shí)，輪速保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，車輪滑移率控 制在10% 30%的穩(wěn)定制動(dòng)區(qū)段上，車輪不被抱死，既能保持最大的制 動(dòng)力，又能充分利用車輪附著力，大大提高制動(dòng)效能。1.2ASR的基本原理ASR（Anti-SlipRegulation,即驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)）也叫自動(dòng)牽引力控制TCS（TractionControlSystem），是一套在 ABS基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，與ABS起 對(duì)打滑的驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行控制的系統(tǒng)。汽車的行駛受行駛牽引力和附著力的限制,即要滿足式中：刀Ff汽車行駛阻力；F1汽車牽引力；F© 氣車附著力如果路面的附著系數(shù)很小,容易使汽車的牽引

5、力超過(guò)輪胎與路面間的附著極限（即Ft>F ）產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪過(guò)度滑轉(zhuǎn)，后輪驅(qū)動(dòng)的汽車將可能甩尾，前輪驅(qū)動(dòng)的汽車則容易方向失控，導(dǎo)致汽車向一側(cè)偏移。驅(qū) 動(dòng)防滑的基本原理與制動(dòng)防滑相似，根據(jù)地面附著系數(shù)和車輪滑移率 的關(guān)系曲線（見(jiàn)圖 1 驅(qū)動(dòng)控制區(qū)），把車輪滑移率控制在一定范圍內(nèi)， 提高地面附著力的利用率，改善驅(qū)動(dòng)性能。目前，ASR常用的控制方法有種：一是調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)加在驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩 的發(fā)動(dòng)機(jī)控制。汽油機(jī)常通過(guò)控制燃油噴射量、點(diǎn)火時(shí)間、節(jié)氣門(mén)開(kāi) 度來(lái)減低其輸出轉(zhuǎn)矩；柴油機(jī)常通過(guò)控制燃油噴射量來(lái)減低其輸出轉(zhuǎn) 矩。二是對(duì)發(fā)生打滑的驅(qū)動(dòng)輪直接施加制動(dòng)的制動(dòng)控制。如果驅(qū)動(dòng)輪 在不同附著系數(shù)的路面上

6、，通過(guò)對(duì)打滑的驅(qū)動(dòng)輪實(shí)施制動(dòng)，降低滑移 率，提高驅(qū)動(dòng)力。對(duì)于附著系數(shù)相同的路面，可通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制來(lái)實(shí) 現(xiàn)防驅(qū)動(dòng)輪打滑，也可對(duì)打滑的兩驅(qū)動(dòng)輪實(shí)施制動(dòng)；為防止制動(dòng)蹄過(guò) 熱，當(dāng)車速高于一定值時(shí)， 制動(dòng)控制將不起作用， 要依靠發(fā)動(dòng)機(jī)控制。ASR與ABS有十分密切的聯(lián)系，是 ABS的自然延伸。二者在技術(shù)上比 較接近，部分軟、硬件可以共用。ABS所用的傳感器和壓力調(diào)節(jié)器均可 為ASR所利用，ABS的電子控制裝置只需要在功能上進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展 即可用于ASR裝置。在ABS的基礎(chǔ)上，只需添加 ASR電磁閥，即可對(duì) 過(guò)分滑轉(zhuǎn)的車輪實(shí)施制動(dòng)。對(duì)電控發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，通過(guò)總線就可控制發(fā) 動(dòng)機(jī)的輸出力矩。非電控發(fā)動(dòng)機(jī)，只需增

7、加一些傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 就可控制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出力矩?；诖?，通常把二者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，形成汽車ABS/ASR防滑控制系統(tǒng)2ABS/ASR的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r2.1 國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r早在1928年防抱死制動(dòng)理論就被提出。BOSCH公司在1936年第一個(gè) 獲得了防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的專利權(quán)。1954年，F(xiàn)ORD公司將ABS裝在林 肯轎車上。這一時(shí)期的各種 ABS的輪速傳感器和制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置都 是機(jī)械式，因此，獲取的輪速信號(hào)不夠精確，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)的適時(shí)性 和精確性也難以保證。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，ABS進(jìn)入電子控制時(shí)代。20世紀(jì)60年代后期到 70年代初期，凱爾塞海伊斯公司研制生產(chǎn)的兩輪制動(dòng)的 ABS克萊斯 勒公

8、司與BENDIX公司合作研制的四輪制動(dòng)的 ABS BOSCH和TEVES 司研制的ABS WABCO公司與BENZ公司合作研制的裝備在氣壓制動(dòng) 的載貨汽車上的ABS都是由模擬式電子控制裝置對(duì)設(shè)置在制動(dòng)管路中 的電磁閥進(jìn)行控制，直接對(duì)各制動(dòng)輪以電子控制壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于 模擬式電子控制裝置反應(yīng)速度慢、控制精度低、易受干擾，致使各種 ABS均未達(dá)到預(yù)期的控制效果。20世紀(jì)70年代后期，ABS采用數(shù)字式電子技術(shù)，反應(yīng)速度、控制精度和可靠性都顯著提高，ABS進(jìn)人實(shí)用化階段。BOSCH公司在1978年首 先推出了采用數(shù)字式電子控制裝置的 ABSBOSCHABS2自此，歐、 美、日的許多公司相繼研制了形式

9、多樣的 ABS自1985年起，BOSCHTEVES BENDIX WABC0等公司開(kāi)始對(duì) ABS的生產(chǎn)大力投資，以滿足 汽車對(duì)ABS需要量增加的要求。目前，國(guó)際上ABS在汽車上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已成為絕大多數(shù)汽車 的標(biāo)準(zhǔn)裝備，北美和西歐的各類客車和輕型載貨汽車，ABS的裝備率已 達(dá)90%以上，轎車ABS的裝備率在60%左右，運(yùn)送危險(xiǎn)品的載貨汽車 ABS的裝備率為100%。1971年BUICK公司研制了由電子控制裝置自動(dòng)中斷發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，以減小發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，防止驅(qū)動(dòng)車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)防抱死系統(tǒng)，成為ASR的雛形。1985年，VOLVO公司試制了電子牽引力控制系統(tǒng)ETC(ElectronicTra

10、ctionContro)，通過(guò)調(diào)節(jié)燃油供給量來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，以控制驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)率，產(chǎn)生最佳驅(qū)動(dòng)力。1986年，BOSCH推出了該公司的第一個(gè)牽引力控制系統(tǒng) TCS。僅依靠調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不能解決汽車在對(duì)開(kāi)路面上很好地起步加 速的問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，需要對(duì)附著不好的一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪施加部分制動(dòng)，以充分發(fā)揮附著條件較好的一側(cè)的地面驅(qū)動(dòng)力。隨著ABS 技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，利用 ABS 壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。采用 制動(dòng)干預(yù)控制的ASR系統(tǒng)通常都是同ABS集成在一起的，形成ABS/ASR 系統(tǒng)。1986年12月，BOSCH公司第一次將 ABS與ASR結(jié)合起來(lái)，率 先推出了具有防抱死制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)

11、防滑轉(zhuǎn)功能的防滑控制系統(tǒng) ABS/ASR2U裝置。同期，BENZ公司與WABCO公司也聯(lián)合開(kāi)發(fā)出了應(yīng) 用在載貨汽車上的ABS/ASF系統(tǒng)。此后，各大汽車公司紛紛開(kāi)始應(yīng)用 ABS/ASR系統(tǒng)，使其成為頂級(jí)豪華 車的標(biāo)準(zhǔn)配置。隨著各大公司不斷開(kāi)發(fā)出結(jié)構(gòu)更緊湊、成本更低、可 靠性更強(qiáng)、功能更全面的ABS/ASR系統(tǒng)，ABS/ASR系統(tǒng)也逐漸應(yīng)用于中、 低檔汽車上。到 1997年時(shí)，已經(jīng)有 23 家汽車廠商的近 50 種車型使用 了 ABS/ASR系統(tǒng)。2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展概況國(guó)內(nèi)研究開(kāi)發(fā)ABS起步較晚，約始于20世紀(jì)80年代中期。但我國(guó)對(duì) ABS的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)十分重視，制定相應(yīng)的法規(guī)力促 ABS的發(fā)展。1993年 4月1日開(kāi)始實(shí)施的GB13594-92汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)性能要求和試 驗(yàn)方法，為ABS成為標(biāo)準(zhǔn)裝備提供了試驗(yàn)方法和依據(jù)。1999年10月1日實(shí)施的GB126761999汽車制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法規(guī)定：2003年10