ABS对制动系统性能提高分析及研究

刘家员，刘光健，韩忠浩，沈文超，王可洲，周　伟

ABS对制动系统性能提高分析及研究

刘家员1，刘光健1，韩忠浩1，沈文超2，王可洲3，周伟4

（1.辽宁工业大学 汽车与交通学院车辆工程，辽宁 锦州121001；2.南京航空航天大学 机械学院，江苏 南京210016；3.山东农业工程学院 机械电子工程学院，山东 济南250100；4.中国重汽济南业务部，山东 济南250002）

汽车作为现代产业高速发展的产物之一，成为了21世纪重要的交通工具，如今已经进入了千家万户，同给我们的生活带来了极大方便。近些年来随着汽车的发展，交通事故也渐渐成为了安全隐患。随着汽车速度的不断提高，因此制动器汽车安全系统的重要部分成为了人们关注的焦点，也对制动系统做出了新的要求，从此带有ABS制动系统的汽车应运而生，很大程度上提高了汽车制动性能，尤其在雪地、冰路、泥泞路上时显示出其强悍的优势。

制动系统；制动性能；ABS

1　汽车制动系统综合概述

图1　普通汽车制动系统

（1）汽车制动系统的组成及原理。通过盘式制动器来说明。如图1所示。图示是一个固定盘式的制动器（前制动器）和鼓式制动器（后制动器）汽车制动系统，整个系统由制动踏板、制动主缸、制动器、制动分泵等组成，以盘式（前）制动器为例，它主要由制动盘、制动钳、摩擦片、活塞、密封圈等组成。其中制动盘转动件，通过转向节与车轮连接在一起。而制动钳是固定件，制动钳安装在转向节上，所以这种制动器成为固定钳车轮制动。

汽车制动系统原理：当踩下制动踏板时，制动主缸产生主压力，通过油管输送给制动从动缸，使活塞压向制动摩擦片，加紧制动盘，产生制动力。放松制动时，活塞和制动块依靠密封圈的弹力和弹簧的弹力复位，解除制动。

（2）汽车制动系统评价标准参数。①制动效能，在良好的路面上，汽车以一定的车速制动到停车过程中制动距离或制动时汽车的减速度。②制动效能的恒定性，抗热衰退性，汽车长时间制动时不，能够抵抗因为制动器过热而失效的能力。③制动时方向稳定性，汽车在制动过程中不发生跑偏、侧滑以及失去转向的能力。

（3）各国对汽车制动系统要求的不同标准。制动力实际是是汽车停驶的一个外力，主要是受到制动盘和摩擦片之间摩擦力的大小影响；再就是受到地面和轮胎之间的摩擦力的影响。所以各国对于制动系统不同路面（意味着不同附着路面）进行测试，就制动系统的某一处速度下，对制动系统制动时的稳定性、制动距离、制动减速度等指标制定国家标准。下面以中国、美国、欧共体在不同附着路面上的标准为例来说明。如图2所示。

图2　乘用车制动规范对行车制动器制动性的部分要求

2　带有ABS汽车的制动系统

（1）ABS制动系统简述。ABS其实是汽车防抱死系统英文的缩写（Anti-lock Brake System），是汽车电子高度发达的产物。随着汽车技术的发展，它已经不是汽车自带的奢侈品其组成是在普通制动器基础上增加了ABS电子控制单元、ABS执行器、各传感器，简而言之，ABS系统实际上模仿了人为的“踩踏板——松踏板”有规律的循环的过程。

图3　制动过程地面制动力、制动器制动力、附着力之间的关系

（2）ABS制动系统基础链接。①地面制动力、制动气制动力、附着力之间的关系如图3所示。从图示中我们可以看出，在汽车刚刚开始制动时，由于地面制动力没有达到车轮与地面之间的摩擦力（即地面制动力）的极限，车轮处于滚动状态，此时从图像可知，汽车制动器制动力Fυ等于地面制动力FXB,而且成线性增长，同时地面制动力FXB也不是无限大的，还受到附着力FΦ的限制；当达到极限程度时，车轮会出现抱死拖滑现象，制动器制动力Fυ由于在踏板作用下仍然出现增长现象，但是由于附着力FΦ在极限时，不会使地面制动力FXB继续增加，图示显示为虚线部分。由此综上所述得到有相关公式：FXB＜=FΦ=FZψ或极限地面制动力FXbmax=FZψ。②ABS制动系统控制的重要参数——滑移率。一般用S表示的，是指汽车在制动过程中发生滑移的程度。用公式表示为：

其中：uw为汽车车轮中心速度；r0为汽车没有地面制动力时的滚动半径；ωw为车轮的角速度。我们从公式中不难看出，汽车车轮处于纯滚动时，滑移率为0；当踏板力较大时，车轮处于拖滑状态时，滑移率S变为100%。0＜S＜100%时，车轮处于半滚半滑状态。我们常说的带有ABS的汽车实际在制动过程中使滑移率始终保持在10%～30%这个范围之内，通常在这个范围内制动时会出现最好制动性能，侧向稳定性也好。如图4所示。图示中我们可以看出，用φy表示横向附着系数，用φx表示纵向附着系数。那么对于横向附着系数而言，此曲线是随着车轮滑移率的增大而减小，在ABS控制的范围之内，此时纵向附着系数处于最大的状态，是比较稳定的状态，使汽车制动的效果最好。

图4　干燥硬石路面上附着系数和滑移率之间的关系

3　带有ABS汽车制动时工作过程

ABS制动系统其实就是在原来制动系统基础上增加了轮速传感器（磁电式轮速传感器、霍尔效应式轮速传感器）、电子控制单元（输入级电路、输出及电路、计算电路、保护电路）、电磁阀（二位二通电磁阀、三位三通电磁阀、四位四通电磁阀）、液压泵、蓄能器等部件实现了使车轮防抱死的作用。

ABS制动过程及原理。轿车采用的防抱死系统通常对四个车轮进行防抱死控制，并且多数是三通道进行控制。三通道防抱死系统都是对两个前轮进行独立控制，两个后轮则是按照低选原则一同控制。

（1）汽车常规制动过程。汽车开始制动时，如图5所示。ABS电脑会不断地进行各种相关制动信号的检测，当检测到制动信号是驾驶员正在施加一踏板力时，在汽车车轮没有锁死的状态下，则会输出指令，使三通电磁阀不通电状态，此时三通阀制动主缸与出油阀出口相通，仅仅起到了使汽车速度减小的作用，直到汽车完成驾驶员需要达到的速度而结束制动，此时汽车并没有制动时车轮抱死状态。

图5　常规制动示意图

（2）减压过程如图6所示。汽车出现紧急情况紧急制动时，如果ABS电脑检测到某些车轮处于抱死状态时，就会使线圈通电大电流（5A），使油液流向储液器，将压力释放，同时液压泵也会工作，将储液器中的油液重新抽回于制动主缸中。

图6　ABS制动时减压制动示意图

（3）保压过程如图7所示。当制动踏板处于某一位置时，保证制动力处于恒定状态。此时ABS电脑会检测传感器的位置，并且发出指令给执行器。三通电磁阀会给线圈通电小电流（2A），此时电磁阀的流向储液罐的通路被切断，同时进油口通路也会被切断，意味着出油阀、进油阀都被关闭。整个缸体中保持着一定油压维持某以恒定的制动力的过程。

图7　ABS制动时保压过程图示

（4）增压过程。当轮速传感器检测到汽车车轮需要抱死时，ABS电脑会控制三通电磁阀，使其线圈不通电，关闭通往制动轮缸与储液器之间的通路，打开制动主缸与制动轮缸之间的通路，使系统中的液压增加，从而使制动力矩明显增加。

4　带有ABS汽车制动系统对比传统制动系的优点

（1）改善了汽车制动时的方向稳定性。提高了汽车在制动过程中的稳定性——操纵稳定性以及方向稳定性，即制动过程中防止汽车出现难以控制的跑偏、侧滑、甩尾而使汽车处于原来方向行驶的能力。

（2）缩短了制动距离。使其更大地利用地面提供的附着力，使汽车制动的滑移率都保持在最佳状态，在最短的距离内使汽车减速的作用。

（3）增加了汽车制动时转向能力。如果汽车车轮在制动过程中仍然能够保持滚动，会使汽车的横向附着力加大，方向盘可以使车轮转动自如，尤其是与ESP综合使用会更加明显。

（4）减少了轮胎的磨损。由于ABS汽车使汽车车轮在制动时是半滚半滑状态（在很小速度下会产生抱死状态是正常的），因此车轮不会极度的由于车轮抱死而过度损伤。

（5）易于与其他新技术的结合。

5　结语

汽车ABS（制动防抱死系统）是制动辅助的一个开端，各个汽车厂家会在汽车开发中成为考虑的重要设计因素。汽车在不断发展过程中，每一次的更新换代过程中除了在舒适性、经济性、动力性等性能努力的同时，制动安全性也会是汽车发展中必不缺少的一个环节。

汽车ABS无疑成为了汽车辅助制动的基本条件，没有汽车防抱死系统，就不可能出现现在基本成熟的ASR（防滑系统），更不用说ESP（电子稳定系统）等技术问世。

汽车ABS给汽车安全性带来了翻天覆地的变化，并且基本实现标准配置化。众所周知，在高速行驶过程中，汽车一旦紧急刹车会因为车轮抱死抓地力不够造成甩尾、侧滑危险的情况，严重时会出现侧翻。汽车防抱死系统使汽车在制动时明显改善。

汽车都有自身不同的制动距离，行驶安全距离还是要保持。根据自己的经验以及汽车的行驶工况保证行车的安全性，尽管ABS现在为止非常成熟，但不是万能的，行车中还是要保持安全行车距离。

［1］冯晋祥.汽车构造［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［2］余志生.汽车理论［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［3］边焕鹤.汽车电器与电子设备［M］.北京：人民交通出版社，1997.

［4］余志生.汽车理论［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［5］冯晋祥.汽车构造［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［6］边焕鹤.汽车电器与电子设备［M］.北京：人民交通出版社，1997.

ABS Brake System Performance Analysis and Research

LIU Jia-yuan1，LIU Guang-jian1，HAN Zhong-hao1，SHEN Wen-chao2，WANG Ke-zhou3，ZHOU Wei4
（1.Institute of Automobile and Traffic Vehicle Engineering,Liaoning University of Technology，Jinzhou，Liaoning 210016；China；2.Institute of Machinery，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing，Jiangsu 210016，China；3.Instituteof Engineering Machinery and Electronics Engineering，Shandong Agricultural College，Jinan，Shandong 250100，China；4.Jinan Business Department of CNHTC，Jinan，Shandong 250002，China）

As one of the product of the rapid deve1opment of industry，the car has become an important means of transport in the 21st century.In recent years，with the deve1opment of automobi1e，traffic accidents a1so gradua11y become the safe hidden troub1e.With the constant improvement of the vehic1e speed，the brake car security system a1so makes new demands for the break.Thus the automobi1e with ABS braking system rises at the historic moment，great1y improving the automobi1e braking performance，especia11y in the snow，ice and muddy road.

brake system；brake performance；ABS

U463.526

A

2095-980X（2016）03-0040-03

2016-03-07

刘家员，主要研究方向：汽车与交通车辆工程。