1、汽車防抱死制動系統(Anti-Lock Brake System )23問題熱身ABS是指汽車在制動時車輪不抱死（43:29.00），請問：所有車輪都不抱死？輪胎與地面相對運動為純滾動？與無ABS的汽車相比，裝備ABS的汽車制動距離相對延長？縮短？你是否知道：車輛制動時可能會跑偏/側滑/甩尾/旋轉嗎？為什么？裝ABS的汽車也會出現上述情況嗎？4輪模型的受力分析4主要內容汽車制動的原理與過程認識ABS理想的制動過程影響ABS控制技術的主要因素預測控制技術模仿控制技術ABS系統的布置型式5ABS的實質是盡可能利用胎-路間的最大附著系數Bmax.用輪胎漫畫解釋“邊滾邊滑”繼而提出最佳滑移率不是20%

2、的結論67學習重點ABS的工作原理ABS的控制算法ABS的功能擴充8一、汽車制動原理與過程如圖：常見的制動系統由制動力源（氣壓/液壓）推動制動凸輪旋轉，由制動蹄片抱住輪轂，從而實現制動。制動力矩的大小取決于制動力源的壓力。9單輪-制動受力分析W是輪胎所分配的載荷，W是路面支撐力；F為水平行進方向阻力，包含風阻、坡阻、BW是地面提供反作用力；B為制動附著系數，該系數與輪胎/地面摩擦系數有關，但不是摩擦系數；T是車輪轉矩，T=驅動轉矩Tdrive-制動轉矩Tbrake；行進方向WFrWTBW未制動時WFrWBWT制動時10車輪抱死過程制動開始前，車輪為純滾動，與地面為靜摩擦狀態；制動開始后，車輪進

3、入“邊滾邊滑”狀態；若制動壓力增大，則車輪進入滑動狀態，即所謂的“車輪抱死”；車輪開始滑轉11車輪抱死的缺點汽車失去操縱性。若前輪抱死， 即駕駛員不再能通過方向盤控制汽車的行駛方向；失去方向穩定性。車輪抱死后，微小的橫向力(傾斜路面的重力分量、側向風、左右路面附著系數不同等)即可以讓汽車側滑、甩尾、漂移。12二、認識ABS1、什么是ABS？英文全稱是“Anti-Lock Brake System”，即中文名稱：“制動防抱死系統”，或“防抱死制動系統”。是制動系統的一種，也是對普通制動系統的改進。汽車制動時，ABS系統讓車輪處于邊滾邊滑狀態；而常規制動會將車輪完全抱死，讓車輪在地面拖滑；2、AB

4、S系統的優點制動時不喪失操縱性。制動時駕駛員仍可通過方向盤控制汽車行駛方向；有良好的方向穩定性。由于車輪不抱死，不易出現側滑、甩尾等到現象；縮短制動距離。由于車輪不抱死，充分利用了“靜摩擦系數”（ABS的邊滾邊滑）大于“滑動摩擦系統”（常規制動的拖滑）的規律，使得制動距離縮短。延長輪胎使用壽命。減少與地面的滑磨對輪胎的磨損，從而大大處長輪胎的使用壽命。問：裝ABS的車輛如何人為制造漂移？133、ABS發展史及分類ABS的發展史30年代及以前，1908年，用于鐵路機車，1936年，BOSCH公司取得ABS專利；40年代期間，1945年，開始裝于飛機；50年代以后，飛機必須裝用ABS；1954年，

5、ABS首次用于林肯轎車，但以失敗告終。1957年，ABS用于汽車取得成功。汽車ABS的種類電子式/機械式閉環控制/開環控制控制全部車輪/部分車輪液壓泵式/真空式循環式/可變容積式/高壓儲能器式144、滑移率滑移率 是恒量車輪滑轉狀態的參數。由于輪胎的變形、打滑等因素，車輪速度與汽車速度之間存在差值，這個差值與汽車速度的比率就是滑移率，計算公式為： = ( V - *r ) / V *100%其中：V是車速， 是車輪的轉速，r為車輪半徑；最佳滑移率opt。與最大制動附著系數對應的滑移率。ABS的實質是控制汽車輪胎的滑移率 。實驗證明只有將滑移率控制在一定的范圍之內，輪胎才具有最大的附著力，汽車運

6、行才是最安全的。因此，ABS的主要功能就是將滑動率控制在一個設定的范圍內。汽車上的ABS在工作過程中，通常將車輪的滑動率控制在1020%之間。155、附著系數附著系數 。分為縱向附著系數B（以稱制動附著系數）、側向附著系數S，兩者隨滑移率的變化關系曲線如圖所示。最大制動附著系數Bmax 。高路面、低路面、階躍路面、交錯路。高選擇、低選擇。166、-曲線通常，隨著滑移率的增加，制動附著系數B逐漸增加，到達某一峰值(Bmax)后便逐漸減少；在B下降段，車輪很容易進入抱死狀態，因此稱為“不穩定區域”。但側向附著系數s卻在一直減少。因此，微小的側向力即可導致汽車漂移或旋轉。17三、ABS系統的組成與工

7、作原理電子式ABS由液壓制動系統、輪速傳感器、ABS電子控制器和電磁制動壓力調節器等部件組成。181、輪速傳感器有兩種不同工作原理的輪速傳感器：感應式和霍爾式。霍爾式傳感器應用磁場對輪速進行非接觸式檢測，同時還具備識別車輪旋轉方向和停轉的能力；感應式ABS的傳感機構由輪速傳感器和齒圈配對組成。輪速傳感器裝在車輪附近的固定部件上，內有電磁線圈，齒圈裝在輪輞上。車輪轉動時電磁線圈感應出脈沖的頻率與輪速成正比；輪速傳感系統也可安裝在其它部位，但必須轉速與車輪速度成一定的比例；192、ABS電子控制器（ECU）ABS的ECU由微處理器及其他數字電路組成。按功能可分成5個模塊：輪速傳感器輸入電路、計算及

8、監控微處理器、調節器控制輸出電路、報警燈輸出電路和電源裝置。203、制動壓力（液壓）調節器制動壓力調節器執行ECU指令，并通過電磁閥調整各車輪制動缸的制動力。它位于發動機艙，布置在制動主缸與車輪制動分缸之間，因此，確保了制動主缸與車輪制動分缸之間的制動管路能得以縮短。21普通制動系統4、ABS系統的工作原理ABS的工作原理：由 輪速傳感器監測車輪的轉速，當監測到車輪快要抱死時，ABS控制器命令 電磁調節器控制 油壓分配閥調節各個車輪的制動分泵 。可以看出：ABS系統在普通制動系統上，增加了制動力自動調節裝置。就這樣“一放一收”的點剎形式來控制剎車摩擦片，防止車輪抱死。用點剎方式制動，既可1）急

9、劇降低車速，又可2）保持輪胎與地面的附著力最佳值。ABS控制系統225、四輪ABS系統的布置236、理想的制動控制過程滑移率車速v、輪速r制動壓力P、縱向附著系數B00通過變化曲線理解這5種變量間的內在聯系未制動制動開始制動/保壓制動結束24理想的ABS制動控制過程區別?理想制動過程25四、影響ABS控制技術的主要因素ABS控制技術，是指ABS控制器所采用的制動壓力調節算法。算法設計主要有以下困難：車速測量的困難。缺乏準確、有效、可靠、成本合適的車速測量手段；實際的-曲線。不同的輪胎、載荷；不同路面、不同的路面狀況（潮濕、積水等）都會有不同的-特性。復雜的路面狀況。左右不對稱， 階躍(路面突變

10、)；載荷的轉移。重心前移，轉彎時側頃；車輪轉動慣量。該轉動轉動慣量不僅與車輪質量相關，還與發動機及傳動系統所有轉動部件相關，且隨傳動系統傳動比變化。制動壓力調節的滯后。系統參數隨時間變化，需要自適應。261、車速的測量根據公式 = (V-*r)/V 可知：車速V的重要性，理論上的車速測量方法：多普勒方法。由多普勒雷達檢測發射波(頻率f1，波長l)與反射波f2的頻率差，從而計算出運動速度V = (f2-f1)*l / (2 *cos), 是與地面的發射角。其缺點是結構復雜，成本高。加速度傳感器法。由傳感器檢測瞬時減速度，用累加法求取車速。GPS法。通過GPS信號計算車速。存在的不足：成本可靠性必

11、要性272、實際的-曲線最大制動附著系數Bmax隨路面及路況變化；最佳滑移率opt隨路面及路況變化；穩定區域及不穩定區域隨路面及路況變化；283、復雜的路面左右輪值不同的路面；前后輪值不同的路面；階躍的路面：從高路面躍入低路面，或相反；交錯的路面；294、載荷的轉移直線行駛制動時，由于慣性致使前輪載荷增加，后輪載荷減小。其結果是，后輪較前輪容易抱死；轉向行駛制動時，外側車輪載荷增加，內側載荷減小。其結果是，內側車輪較外側車輪容易抱死；304、不同轉動慣量的影響制動時，制動力矩要克服兩種力矩：1）路面的制動力矩、2）傳動系統的轉動慣量形成的回轉力矩；這里的轉動慣量是指從發動機、傳動軸到驅動輪等所

12、有部件加在車輪上的當量轉動慣量。汽車傳動系統的傳動比較大，因而轉動慣量也較大；同時該轉動慣量隨檔位不同而有較大變化。顯然，針對同樣的制動力矩：轉動慣量小時，車輪容易抱死；轉動慣量大時，車輪較難抱死；如右圖所示；31五、預測控制技術(單個車輪)預測控制技術是ABS控制技術中的一類，其特征是采用給定（預測）的閾值作為制動壓力調節的依據。下面依次列舉幾種常用的控制技術及其優缺點：以車輪減速度-a為控制參數以滑移率為控制參數以車輪減速度-a和加速度+a為控制參數以車輪減速度-a和加速度+a及滑移率為控制參數制動裝置的滯后及傳動裝置的振動問題321、以車輪減速度-a為控制參數VF為汽車速度，VR為車輪圓

13、周的線速度， 為車輪的減速度；-a0為給定的閾值，常數；“-a信號”是與-a0比較的結果：如果車輪減速度小于-a0 ，則認定“-a信號出現”。33控制周期無“-a信號”時，持續增加制動壓力PR；若“-a信號”出現，則持續減小制動壓力PR；34不足之一：預測值-a0很難確定！若-a0的絕對值太小（圖中-a），則制動距離延長。相反：如-a0的絕對值太大，則車輪的滑移率容易進入不穩定區而導致車輪抱死。35不足之二：制動壓力減壓速度如何確定？如制動壓力減壓速度過慢，則：1）在低路面，或2）由高進入低路面時，易出現車輪抱死。My God!減壓時，輪減速度應該加大！怎么了？36若減壓速度過快而增壓緩慢，則

14、車輪速度很快上升（vF、vR），導致制動距離延長。372、以滑移率為控制參數(無米之炊1#之)由于實際車速vF不可知，為了計算滑移率，這里用參考車速vref代替vF進行計算。vref的計算方法為：1）先設定閾值-a0 ,減速度信號-a出現前，以輪速VR作為車速Vref；2）-a信號出現后， vref按-a信號減速求出計算值；3）當vR上升至與vref相等時，則vref等于vR ，直至下一個循環到來；38控制周期設定（預測）滑移率的閾值0（常數）；實時計算滑移率=(vref - vR)/vref ；若計算值小于閾值0，則認為“信號出現”，并開始減壓，否則增加制動壓力。39不足之處2、若閾值0選取

15、得太大，則在高路面上，容易進入“不穩定區域”而導致車輪抱死1、若閾值0選取得太小，對多數路面，都不能充分利用地面附著系數，導致制動距離延長403、以車輪減速度-a和加速度+a為控制參數為防止減壓過度，增加了一個正的加速度閾值+a1,對應加速度+a信號；41控制周期若加速度信號+a出現，意味著制動減壓已經合適，應該保持制動壓力PR不變；其他與前面相同。42不足之處1：減壓速度不足時？與前述相似，對于1）低路面或2）從高躍低路面的情況，如果減壓速度過慢，容易導致車輪抱死。43不足之處2若+a信號出現時，從低躍變到高路面，則由于保壓策略，致使車輪變為純滾動，制動距離延長。正確的策略是，立即迅速加壓。

16、444、新增加+A信號增加了一個較大的正加速度閾值+A1,對應加速度信號+A45 控制周期若加速度信號+A出現，意味著減壓過大或躍變（低高），應該迅速增加制動壓力PR；其他與前面相同465、以車輪減速度-a、加速度+a和滑移率為控制參數新增兩個滑移率信號1 、2 ；其中1約為15%，2約為25%。47控制周期若-a信號出現，則保持壓力；若-a信號出現后，1信號出現，則減小制動壓力；48兼顧高低路面的控制周期49躍變到低路面的控制周期50躍變到高路面的控制周期51六、模仿控制技術(單個車輪)路面的識別對不同滯后量和轉動慣量的修正52階梯減壓過程的模仿53從高向低躍變時的控制周期54為使車輪及時減

17、速調整第一個階躍P1的必要性55再減速過程的模仿56滑移率的控制范圍57七、ABS的布置型式四傳感器四通道式四傳感器三通道式四傳感器二通道式三傳感器三通道式二傳感器二通道式一傳感器一通道四傳感器四通道式四傳感器三通道式四傳感器二通道式三傳感器三通道式二傳感器二通道式一傳感器一通道式四傳感器四通道式四傳感器三通道式四傳感器二通道式三傳感器三通道式二傳感器二通道式一傳感器一通道式585960八、ABS的功能擴充在不增加硬件的情況下，ABS控制還可以實現其他哪些功能?1、左右輪之一位于軟基路面（如泥濘路面），會出現什么現象？有什么辦法？電子差速鎖EDS（Electronic Differential

18、 System）或，EDL(Electronic Differential Locking Traction Control 2、為了防止制動時后輪先抱死，通常裝有比例閥用于前后制動力分配，在裝ABS的汽車中還需要嗎？電子制動力分配EBD(Electric Brakeforce Distribution)3、急起步、急加速、轉彎、特殊路況時，車輪滑轉，怎么辦？驅動防滑控制ASR(58:05.00)（Anti-slip Regulation System），牽引力控制系統TCS（Traction Control System），電子穩定程序ESP（Electronic Stability Pro

19、gram ）61電子差速鎖EDSEDS電子差速鎖（ElectronicDifferentialSystem），或EDL ( Electronic Differential Locking Traction Control)。是ABS的一種擴展功能，用于鑒別汽車的輪子是不是失去著地摩擦力，從而對汽車的加速打滑進行控制。EDS的工作原理比較容易理解：在汽車加速過程中，當電子控制單元根據輪速信號判斷出某一側驅動輪打滑時，EDS就自動開始工作，通過液壓控制單元對該車輪進行適當強度的制動，從而提高另一側驅動輪的附著利用率，提高車輛的通過能力。當車輛的行駛狀況恢復正常后，電子差速鎖即停止工作。同普通車輛相

20、比，帶有EDS的車輛可以更好地利用地面附著力，來提高車輛的運行性。可以說，EDS還是比較實用的。當汽車驅動軸的兩個車輪分別在不同附著系數的路面起步時，例如一個驅動輪在干燥的柏油路面上，另一個驅動輪在冰面上，EDS電子差速鎖則通過ABS系統的傳感器會自動探測到左右車輪的轉動速度，當由于車輪打滑而產生兩側車輪的轉速不同時，EDS系統就會通過ABS系統對打滑一側的車輪進行制動，從而使驅動力有效地作用到非打滑側的車輪，保證汽車平穩起步。不過一般情況下EDS電子差速鎖有速度限制，只能在車速低于40公里小時啟動，例如當時速低于40公里通過濕滑路面時，EDS也可鎖死打滑車輪，提高行車安全。目前車市上裝備ED

21、S電子差速鎖的主要是一些中高檔車型，例如奧迪A6、奧迪A4、帕薩特、寶來以及新近上市的桑塔納3000等車型。 62電子制動力分配 EBDEBD的英文全稱是Electric Brakeforce Distribution，中文直譯就是“電子制動力分配 ”。汽車在制動時，四只輪胎附著的地面條件往往不一樣，這種情況會導致汽車制動時四只輪子與地面的摩擦力不一樣，制動時容易造成打滑、傾斜和車輛側翻事故。EBD在汽車制動的瞬間，分別對四只輪胎附著的不同地面進行感應、計算，得出不同的摩擦力數值，使四只輪胎的制動裝置根據不同的情況用不同的方式和力量制動，并在運動中不斷高速調整，使制動力與摩擦力相匹配，從而保證

22、車輛的平穩、安全。 從理論上講，當緊急剎車車輪抱死的情況下，EBD在ABS動作之前就已經平衡了每一個輪的有效地面抓地力，可以防止出現甩尾和側移，并縮短汽車制動距離。由此看來，EBD實際上是ABS的輔助功能，它可以改善并提高ABS的功效。部分車型上采用帶EBV的電子制動防抱死系統，比如奧迪A6、奧迪A4、寶來、高爾夫等。EBV與EBD一樣，也是電子剎車制動力分配系統，EBV依據剎車時車輛的中心位置，對各個車輪施加相應的制動力，使車輪制動時處于最佳狀態。 EBV主要依據車輛的載重情況計算分配制動力，能夠在一定程度上縮短剎車距離。而對于EBD，由于大部分轎車剎車時前輪制動力較大，EBD主要是在車輛后

23、部載重負荷較大時發揮作用，為汽車后輪補償一部分制動力，從而保持制動時車輛的穩定并縮短剎車距離。如果車輛后部載重負荷很小，EBD的效果就不會很明顯。63驅動防滑控制ASR(58:05.00)驅動防滑系統是汽車制動防抱死系統功能的自然擴展，它的作用是維持汽車行駛時的方向穩定性，并盡可能利用車輪路面間的縱向附著能力，提供最大的驅動力。當駕駛員在光滑路面上過分踩下油門時，會造成車輪的過分滑轉，驅動防滑裝置通過自動施加部分制動或減少發動機功率輸出的方式可使車輪的滑動率保持在最佳范圍內，獲得較好的行駛安全性及良好的起步加速性能。它的另一優點是可減少輪胎及動力傳動系統的磨損。若汽車右側是結冰路面，左側為水泥

24、或瀝青路面。兩邊的附著能力不同，汽車起步受阻。如果汽車裝備有ASR系統，它可通過制動飛轉車輪的辦法來平衡驅動輪的轉速差，產生差速鎖效應。這樣提高了驅動力的發揮，發揮附著較好一側的附著能力，另外防止了差速器行星齒輪的快速轉動，避免了差速器的早期磨損。 ASR的這種控制方式稱為“制動力控制”。若汽車的兩側附著狀況均不好，例如都是結冰路面，當猛踩加速踏板時，由于地面附著能力不足，兩側驅動輪會同時飛轉。此時，ASR自動減少發動機功率輸出。發動機輸出功率和發動機轉速的適度降低，可減少驅動輪的過分滑轉，一方面提高了車輪-路面間的側向附著能力，維持了方向穩定性；另一方面增大了縱向附著能力，有利了起步和加速。

25、 ASR系統的這種控制方式稱為“發動機調速控制”。ASR系統進行制動力控制和發動機調速控制時，儀表盤上的ASR指示燈就發光。這樣駕駛員就被告知路面的狀況，從而可及時采取相應的措施，以改善驅動條件。 ASR系統的這種控制方式稱為“光滑路面狀況顯示控制”。如果應用氣體懸架的汽車在光滑路面上起步或行駛比較困難，可通過ASR控制作用使驅動力獲得一定程度的增加，但仍不足以正常行駛，為增加驅動力，改善行駛狀況，可通過軸荷轉移的方法，增大驅動橋的附著載荷，增大驅動力。軸荷轉移是通過部分釋放驅動橋氣體懸架中壓力氣體，造成懸掛質量向驅動橋一邊傾斜，整車質心位置的改變來實現。壓力氣體釋放的多少取決于驅動輪的滑轉程

26、度。ASR系統這種控制方式稱為“軸荷轉移控制”。總的說來，驅動防滑控制包括上述四個方面的內容。它已成功地應用在高檔小汽車、客車和貨車工，取得了明顯的效果。由于驅動防滑系統總是和防抱死系統結合在一起應用，通常稱為ABSASR系統。64電子牽引力控制ETC實際作用：ETC使用與“防抱死制動系統”相同的硬件，在一個或多個車輪在光滑路面上失去牽引時，為每個車輪均分配動力。這項功能完全自動操作，無須駕駛員的介入。這種復雜的系統為Defender上的手動差速鎖止機械裝置提供了補充。工作原理：ETC監視每個單獨車輪相對于車速的轉速。此功能可通過每個車輪上的齒形輪及傳感器完成。與其他軸進行比較，如果系統檢測到

27、某根軸上的一個車輪或兩個車輪的轉速有所提高，則即刻對出偏差的一個或兩個車輪施加制動力，同時允許在這些車輪軸上仍有牽引力以保持前進運動。該系統電子化地模擬粘液耦合器和防滑差速器，在任何抓地能力低的越野路面上，更是受益良多。只要駕駛員未進行制動、車輛不在轉彎狀態，該系統在車速達每小時50公里時仍具充分可操作性，某些功能甚至在時速100公里時仍能運行。驗證ETC：測試它可以在停車場次放置一些金屬棍、管子或圓木。將車輛的一側(例如，左側)壓到圓棍上，或用千斤頂將車架起，并在其下方放置圓木。驗證電子牽引力控制對用戶的作用，僅需顯示當車輪處于不同路面時，Defender如何從靜態啟動。此外，還可架起位于對

28、角線上的兩個車輪，然后將車啟動，駛離架起位置。65電子牽引力控制TCS牽引力控制系統（Traction Control System，簡稱TCS）是使汽車在各種行駛狀況下都能獲得最佳的牽引力。汽車在行駛時，加速需要驅動力，轉彎需要側向力。這兩個力都來源于輪胎對地面的摩擦力，但輪胎對地面的摩擦力有一個最大值。在摩擦系數很小的光滑路面上，汽車的驅動力和側向力都很小。如果為了獲得較大的驅動力，一個勁兒地踏緊油門踏板，使驅動力超過了輪胎和地面之間的最大摩擦力即附著力，這樣不但不能獲得所期望的驅動力，反而影響了汽車的行駛穩定性。 汽車在轉彎時，驅動輪容易打滑。前輪驅動汽車的前輪如果打滑，汽車將出現轉向不足的現象，即汽車轉向圓弧之外去了。后輪驅動汽車的后輪如果打滑，汽車將出現過度轉向現象，即汽車跑到轉向圓弧之內去了，嚴重時汽車會產生旋轉。所以在冰雪路面上，為了防止汽車驅動輪打滑，必須小心控制油門。 牽引力控制系統的作用是，在汽車加速時自動地控制驅動力，以便使輪胎的滑動量處于合理的范圍之內，從而保持汽車行駛的穩定性。防抱死制動系統的作用是防止輪胎抱死，提高汽車制動時的行駛穩定性。牽引力控制系統的控制裝置是一臺計算機。利用計算機檢