1、現代汽車制動系統淺析摘要從汽車誕生時起，車輛制動系統在車輛的安全方面就扮演著至關重要的角色。近年來，隨著車輛技 術的進步和汽車行駛速度的提高，這種重要性表現得越來越明顯。眾多的汽車工程師在改進汽車制動性能 的研究中傾注了大量的心血。目前關于汽車制動的研究主要集中在制動控制方面，包括制動控制的理論和 方法，以及采用新的技術。關鍵詞滑移率；防抱死系統（ABS）；驅動防滑系統（ASR）；電子控制系統（EBS）；動力學控制系 統（VDC）一、制動控制系統的歷史最原始的制動控制只是駕駛員操縱一組簡單的機械裝置向制動器施加作用 力，這時的車輛的質量比較小，速度比較低，機械制動雖已滿足車輛制動的需要， 但隨

2、著汽車自質量的增加，助力裝置對機械制動器來說已顯得十分必要。這時， 開始出現真空助力裝置。1932年生產的質量為2860kg的凱迪拉克V16車四輪采 用直徑419.1mm的鼓式制動器，并有制動踏板控制的真空助力裝置。林肯公司 也于1932年推出V12轎車，該車采用通過四根軟索控制真空加力器的鼓式制動 器。隨著科學技術的發展及汽車工業的發展，尤其是軍用車輛及軍用技術的發 展，車輛制動有了新的突破，液壓制動是繼機械制動后的又一重大革新。克萊斯 勒的四輪液壓制動器于1924年問世。通用和福特分別于1934年和1939年采用 了液壓制動技術。到20世紀50年代，液壓助力制動器才成為現實。1936年，

3、博世公司申請一項電液控制的ABS裝置專利促進了防抱制動系統在汽車上的應 用。1969年的福特使用了真空助力的ABS制動器；1971年，克萊斯勒車采用了 四輪電子控制的ABS裝置。這些早期的ABS裝置性能有限，可靠性不夠理想， 且成本高。1979年，默本茨推出了一種性能可靠、帶有獨立液壓助力器的全數 字電子系統控制的ABS制動裝置。1985年美國開發出帶有數字顯示微處理器、 復合主缸、液壓制動助力器、電磁閥及執行器“一體化”的ABS防抱裝置。隨著 大規模集成電路和超大規模集成電路技術的出現，以及電子信息處理技術的高速 發展，ABS以成為性能可靠、成本日趨下降的具有廣泛應用前景的成熟產品。 199

4、2年ABS的世界年產量已超過1000萬輛份，世界汽車ABS的裝用率已超過 20%。一些國家和地區（如歐洲、日本、美國等）已制定法規，使ABS成為汽車的 標準設備。20世紀80年代后期，隨著電子技術的發展，世界汽車技術領域最 顯著的成就就是防抱制動系統(ABS)的實用和推廣。ABS集微電子技術、精密加 工技術、液壓控制技術為一體，是機電一體化的高技術產品。它的安裝大大提高 了汽車的主動安全性和操縱性。防抱裝置一般包括三部分：傳感器、控制器(電 子計算機)與壓力調節器。傳感器接受運動參數，如車輪角速度、角加速度、車 速等傳送給控制裝置，控制裝置進行計算并與規定的數值進行比較后，給壓力調 節器發出指

5、令。二、制動控制系統的現狀考慮基本的制動功能量，液壓操縱仍然是最可靠、最經濟的方法。即使增 加了防抱制動(ABS)功能后，傳統的“油液制動系統”仍然占有優勢地位。但是就 復雜性和經濟性而言，增加的牽引力控制、車輛穩定性控制和一些正在考慮用于 “智能汽車”的新技術使基本的制動器顯得微不足道。傳統的制動控制系統只做 一樣事情，即均勻分配油液壓力。當制動踏板踏下時，主缸就將等量的油液送到 通往每個制動器的管路，并通過一個比例閥使前后平衡。而ABS或其他一種制 動干預系統則按照每個制動器的需要時對油液壓力進行調節。目前，車輛防抱 制動控制系統(ABS) 已發展成為成熟的產品，并在各種車輛上得到了廣泛的

6、應 用，但是這些產品基本都是基于車輪加、減速門限及參考滑移率方法設計的。方 法雖然簡單實用，但是其調試比較困難，不同的車輛需要不同的匹配技術，在許 多不同的道路上加以驗證；從理論上來說，整個控制過程車輪滑移率不是保持在 最佳滑移率上，并未達到最佳的制動效果。近年來在ABS的基礎上發展了車輛 動力學控制系統(VDC)。結合動力學控制的最佳ABS是以滑移率為控制目標的 ABS，它是以連續量控制形式，使制動過程中保持最佳的、穩定的滑移率，理論 上是一種理想的ABS控制系統。滑移率控制的難點在于確定各種路況下的最佳 滑移率，另一個難點是車輛速度的測量問題，它應是低成本可靠的技術，并最終 能發展成為使用

7、的產品。對以滑移率為目標的ABS而言，控制精度并不是十分 突出的問題，并且達到高精度的控制也比較困難；因為路面及車輛運動狀態的變 化很大，多種干擾影響較大，所以重要的問題在于控制的穩定性。應保持在各種 條件下不失控。防抱系統要求高可靠性，否則會導致人身傷亡及車輛損壞。目前 所采用的以滑移率為目標的連續控制系統。模糊控制法是基于經驗規則的控制， 與系統的模型無關，但調整控制參數比較困難，無理論而言，基本上是靠試湊的 方法。然而對大多數基于目標值的控制而言，控制規律有一定的規律。另外，也 有采用其它的控制方法，如基于狀態空門及線性反饋理論的方法，模糊神經網絡 控制系統等。各種控制方法并不是單獨應用

8、在汽車上，通常是幾種控制方法組合 起來實施。車輪的驅動打滑與制動抱死是很類似的問題。在汽車起動或加速時， 因驅動力過大而使驅動輪高速旋轉、超過摩擦極限而引起打滑。此時，車輪同樣 不具有足夠的側向力來保持車輛的穩定，車輪切向力也減少，影響加速性能。由 此看出，防止車輪打滑與抱死都是要控制汽車的滑移率，所以在ABS的基礎上 發展了驅動防滑系統(ASR)。ASR是ABS的邏輯和功能擴展。ABS在增加了 ASR功能后，主要的變化是在電子控制單元中增加了驅動防滑邏輯系統，來監 測驅動輪的轉速。ASR大多借用ABS的硬件，兩者共存一體，發展成為ABS/ASR 系統。目前，ABS/ASR已在歐洲新載貨車中普

9、遍使用，并且歐共體法規 EEC/71/320已強制性規定在總質量大于3.5t的某些載貨車上使用，重型車是首 先裝用的。然而ABS/ASR只是解決了緊急制動時附著系數的利用，并可獲得較 短的制動距離及制動方向穩定性，但是它不能解決制動系統中的所有缺陷。因此 ABS/ASR功能，同時可進行制動強度的控制。ABS只有在極端情況下(車輪完全 抱死)才會控制制動，在部分制動時，電子制動使可控制單個制動缸壓力，因此 反應時間縮短，確保在任一瞬間得到正確的制動壓力。近幾年電子技術及計算機 控制技術的飛速發展為EBS的發展帶來了機遇。德國自20世紀80年代以來率 先發展了 ABS/ASR系統并投入市場，在EB

10、S的研究與發展過程中走到了世界的 前列。德國博世公司在1993年與斯堪尼公司聯合首次在牽引車及掛車上裝用了 EBS。然而EBS是全新的系統，既由手動操作開關，通過控制電流的大小來實 現制動器的工作；它有很大的潛力，必將給現在及將來的制動系統帶來革命性的 變革。三、制動控制系統的發展今天，ABS/ASR已經成為歐美和日本等發達國家汽車的標準設備。車輛 制動控制系統的發展主要是控制技術的發展。一方面是擴大控制范圍、增加控制 功能；另一方面是采用優化控制理論，實施伺服控制和高精度控制。在第一方 面，ABS功能的擴充除ASR夕卜，同時把懸架和轉向控制擴展進來，使ABS不僅 僅是防抱死系統，而成為更綜合

11、的車輛控制系統。隨著電子控制傳動、懸架系統 及轉向裝置的發展，將產生電子控制系統之間的聯系網絡，從而產生一些新的功 能，如：采用電子控制的離合器可大大提高汽車靜止啟動的效率；在制動過程中， 通過輸入一個驅動命令給電子懸架系統，能防止車輛的俯仰。在第二個方面， 一些智能控制技術如神經網絡控制技術是現在比較新的控制技術，已經有人將其 應用在汽車的制動控制系統中。ABS/ASR并不能解決汽車制動中的所有問題。 因此由ABS/ASR進一步發展演變成電子控制制動系統(EBS)，這將是控制系統 發展的一個重要的方向。但是EBS要想在實際中應用開來，并不是一個簡單的 問題。除技術外，系統的成本和相關的法規是

12、其投入應用的關鍵。經過了一百 多年的發展，汽車制動系統的形式已經基本固定下來。隨著電子，特別是大規模、 超大規模集成電路的發展，汽車制動系統的形式也將發生變化。如凱西-海斯(K-H) 公司在一輛實驗車上安裝了一種電-液(EH)制動系統，該系統徹底改變了制動器 的操作機理。通過采用4個比例閥和電力電子控制裝置，K-H公司的EBM就能 考慮到基本制動、ABS、牽引力控制、巡航控制制動干預等情況，而不需另外增 加任何一種附加裝置。EBM系統潛在的優點是比標準制動器能更加有效地分配 基本制動力，從而使制動距離縮短5%。一種完全無油液、完全的電路制動 BBW(Brake-By-Wire)的開發使傳統的液

13、壓制動裝置成為歷史。全電路制動 (BBW)，BBW是未來制動控制系統的L發展方向。全電制動不同于傳統的制動 系統，因為其傳遞的是電，而不是液壓油或壓縮空氣，可以省略許多管路和傳感 器，縮短制動反應時間。全電制動的結構如圖所示。其主要包含以下部分： 電制動器機械駐車制動器1）電制動器：其結構和液壓制動器基本類似，有盤式和鼓式兩種，動力裝 置是電動機。2）電制動控制單元（ECU）：接收制動踏板發出的信號，控制制動器制動；接 收駐車制動信號，控制駐車制動；接收車輪傳感器信號，識別車輪是否抱死、打 滑等，控制車輪制動力，實現防抱死和驅動防滑。3）輪速傳感器：準確、可靠、及時地獲得車輪的速度。4）線束：

14、給系統傳遞能源和電控制信號。5）電源：為整個電制動系統提供能源。與其他系統共用。可以是各種電源， 也包括再生能源。從結構上可以看出這種全電路制動系統具有其他傳統制動控制系統無法比 擬的優點：1）整個制動系統結構簡單，省去了傳統制動系統中的制動油箱、制動主缸、 助力裝置。液壓閥、復雜的管路系統等部件，使整車質量降低；2）制動響應時間短，提高制動性能；3）無制動液，維護簡單；4）系統總成制造、裝配、測試簡單快捷，制動分總成為模塊化結構；5）采用電線連接，系統耐久性能良好；6）易于改進，稍加改進就可以增加各種電控制功能。全電制動控制系統是一個全新的系統，給制動控制系統帶來了巨大的變革， 為將來的車輛

15、智能控制提供條件。但是，要想全面推廣，還有不少問題需要解決： 首先是驅動能源問題。采用全電路制動控制系統，需要較多的能源，一個盤式制 動器大約需要1kW的驅動能量。目前車輛12V電力系統提供不了這么大的能量， 因此，將來車輛動力系統采用高壓電，加大能源供應，可以滿足制動能量要求， 同時需要解決高電壓帶來的安全問題。其次是控制系統失效處理。全電制動控制 系統面臨的一個難題是制動失效的處理。因為不存在獨立的主動備用制動系統， 因此需要一個備用系統保證制動安全，不論是ECU元件失效，傳感器失效還是 制動器本身、線束失效，都能保證制動的基本性能。實現全電制動控制的一個關 鍵技術是系統失效時的信息交流協

16、議，如TTP/C。系統一旦出現故障，立即發出 信息，確保信息傳遞符合法規最適合的方法是多重通道分時區(TDMA)，它可以 保證不出現不可預測的信息滯后。TTP/C協議是根據TDMA制定的。第三是抗 干擾處理。車輛在運行過程中會有各種干擾信號，如何消除這些干擾信號造成的 影響，目前存在多種抗干擾控制系統，基本上分為兩種：即對稱式和非對稱式抗 干擾控制系統。對稱式抗干擾控制系統是用兩個相同的CPU和同樣的計算程序 處理制動信號。非對稱式抗干擾控制系統是用兩個不同的CPU和不一樣的計算 程序處理制動信號。兩種方法各有優缺點。另外，電制動控制系統的軟件和硬件 如何實現模塊化，以適應不同種類的車型需要；

17、如何實現底盤的模塊化，是一個 重要的難題。只有將制動、轉向、懸架、導航等系統綜合考慮進來，從算法上模 塊化，建立數據總線系統，才能以最低的成本獲得最好的控制系統。電制動控制 系統首先用在混合動力制動系統車輛上，采用液壓制動和電制動兩種制動系統。 這種混合制動系統是全電制動系統的過渡方案。由于兩套制動系統共存，使結構 復雜，成本偏高。隨著技術的進步，上述的各種問題會逐步得到解決，全電制動 控制系統會真正代替傳統的以液壓為主的制動控制系統。下圖是這種全電制動控 制系統的配置方案。四、結論綜上所述，現代汽車制動控制技術正朝著電子制動控制方向發展。全電制 動控制因其巨大的優越性，將取代傳統的以液壓為主

18、的傳統制動控制系統。但是， 汽車制動控制技術的發展受整個汽車工業發展的制約。有一個巨大的汽車現有及 潛在的市場的吸引，各種先進的電子技術、生物技術、信息技術以及各種智能技 術才不斷應用到汽車制動控制系統中來。同時需要各種國際及國內的相關法規的 健全，這樣裝備新的制動技術的汽車就會真正應用到汽車的批量生產中。參考文獻程軍主編1999年版汽車防抱死制動系統的理論與實踐周志立.、徐斌主編2005年版 汽車ABS原理與結構衛僥主編2002年版 驅動防滑系統ASR的原理與結構肖永清、楊忠敏主編2001年版汽車制動系統理論及檢修她含著笑，切著冰屑悉索的蘿卜,她含著笑，用手掏著豬吃的麥糟，她含著笑，扇著燉肉的爐子的火，她含著笑，背了團箕到廣場上去曬好那些大豆和小麥，大堰河，為了生活，在她流盡了她的乳液之后，她就用抱過我的兩臂，勞動了。大堰河，深愛著她的乳兒；在年節里，為了他，忙著切那冬米的糖， 為了他，常悄悄地走到村邊的她的家里去， 為了他，走到她的身邊叫一聲“媽”， 大堰河，把他畫的大紅大綠的關云長 貼在灶邊的墻上，大堰河，會對她的鄰居夸口贊美她的乳兒; 大堰河曾做了一個不能對人說的夢： 在夢里，她吃著她的乳兒的婚酒，坐在輝煌的結彩的堂上，而她的嬌美的媳婦親切的叫她“婆婆” 大堰河，深愛她