汽车行车制动系统的发展

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汽车行驶时,转向及制动参数不 断传入电控单元,电控单元再结合横 向加速传感器传来的横向加速度值, 电控单元会感知目前的汽车状态。若 转向过猛导致汽车摆尾失控时,ESP 系统会立即修正,使汽车回到正常的 轨道上。需要说明的是,有 ESP 与只 有 ABS 和 ASR 的汽车,它们的差别 在于 ABS 与 ASR 只能被动地作出反 应,而 ESP 则能够主动地探测和分 析车况并纠正驾驶错误,防患于未 然。ESP 对过度转向或不足转向特别 敏感,当汽车在滑路上左转过度时会 产生向右侧甩尾,传感器感觉到滑动 就会迅速制动右前轮使其恢复附着 力,产生一种相反的转矩而使汽车保 持在原来的车道上。鉴于 ESP 系统 的强大安全功能,美国规定所有新生 产的轿车均须安装 ESP 系统。
ABS 制动压力调节器通常由电 动泵、储能器、电磁控制阀和一些控 制开关等组成。实质上,ABS 系统就 是通过电磁控制阀体上的控制阀控 制分泵上的油压迅速变大或变小,从 而实现防抱死制动功能。ABS 系统不 仅防止了制动时车轮抱死,提高制动 效能,而最主要的是制动时仍然能实 现前轮转向。
ABS 系统不仅广泛应用于液压 制动系统,而且还应用于气压制动系 统,在气压制动系统上采用控制阀代 替制动压力调节器来进行压力调节。 随着人们对汽车安全性能要求的不 断提高,它逐渐成为汽车主动安全系 统的一个标准配置,不仅广泛应用于 轿车、SUV、MPV 等乘用汽车,而且大 量应用于客车和高端货车等商用汽 车。
通常,电控防抱死制动系统是在 普通制动系统的基础上加装车轮速 度传感器、ABS 电控单元、制动压力 调节器、ABS 警告灯及制动控制电路 等机件组成的。其工作原理是:制动 过程中,电控单元不断地从传感器获 取车轮速度信号,并加以处理,分析
是否有车轮即将抱死拖滑。如果没有 车轮即将抱死拖滑,制动压力调节器 不参与工作,制动主缸和各制动轮缸 相通,制动轮缸中的压力继续增大, 此 即 为 ABS 制 动 过 程 中 的 增 压 状 态。如果电控单元判断出某个车轮 (假设为左前轮)即将抱死拖滑,它即 向制动压力调节器发出指令,关闭制 动主缸与左前制动轮缸的通道,使左 前制动轮缸的压力不再增大,此即为 ABS 制动过程中的保压状态。若电控 单元判断出左前轮仍趋于抱死拖滑 状态,它即向制动压力调节器发出指 令,打开左前制动轮缸与储液室或储 能器的通道,使左前制动轮缸中的油 压降低,此即为 ABS 制动过程中的 减压状态。
一、行车制动系统的组成与 分类
(一)行车制动系统的组成 制动系统主要由供能装置、控制 装置、传动装置和制动器四个部分组 成,现代制动系统还包括制动力调节 装置、报警装置和压力保护装置等辅 助装置。供能装置,用于产生汽车制 动所需的制动力,主要有人体机械 能、空气压缩机及液压泵三种;控制 装置,包括产生制动动作和控制制动 效果的各种部件,如制动踏板、制动 阀等;传动装置,是将供能装置产生 的制动能量传输到制动器的媒介,主 要有液压管路和气动管路等。为保证 行车安全,目前所有汽车都采用双回 路制动系统,如轿车的左前轮和右后 轮共用一条制动回路、右前轮和左后 轮共用另一条制动回路,当一个回路 失效时,另一个回路仍能工作;制动 器,是产生阻碍汽车运动或者运动趋
的高压压缩空气进入湿储气筒,经冷 却油水分离之后,进入储气筒。储气 筒内的气压由调压阀控制,当超过规 定值时,空气压缩机空转而停止向储 气筒供气;当储气筒的气压值低于规 定值时,蜂鸣电路接通报警。不采取 制动时,各制动气室分别经制动阀与 大气相通,而与来自储气筒的压缩空 气隔绝;当踏下制动踏板时,制动阀 切断各制动气室与大气的通道,接通 储气筒与各制动气室的通道,于是储 气筒的两个腔便独立地经制动阀向 各制动气室供气,在制动气室推杆的 作用下,使制动蹄摩擦片压紧在制动 鼓的内圆面上,产生摩擦力;当放松 制动踏板时,各制动气室的压缩空气 经制动控制阀放气,制动蹄摩擦片与 制动鼓在回位弹簧的作用下分离,制 动解除。
势的力的部件。目前汽车制动器基本 都是摩擦式制动器,按照摩擦副中旋 转元件的不同,可分为鼓式制动器和 盘式制动器,与鼓式制动器相比,盘 式制动器的机械部分外露,散热性能 好,减少了由于摩擦热而产生的制动 衰退现象,制动性能较稳定,因此,广 泛应用于轿车、SUV、MPV 和轻型客 车等小型车,而且在向着大中型汽车 普及。
六、驱动防滑系统
ABS 系统是仅控制制动的一个 单循环系统,它不控制牵引力,为防 止汽车在起步或加速时驱动轮的滑 动,在 ABS 系统基础上还安装了驱 动 防 滑 系 统 (ASR),又 称 牵 引 力 控 制 系统(TCS),它是 ABS 系统的延伸, 也是对 ABS 系统的完善和补充。ASR 系统大多借用 ABS 系统的硬件,两 者共存一体,发展成为 ABS/ASR 系 统。该系统只对驱动车轮进行控制, 是既控制制动又要控制发动机动力 输出的多循环系统,例如,当汽车突 然加速出现驱动轮打滑空转时,ASR 系统会立即起作用,通过制动系统向 打滑的车轮施加一个制动力,同时指 令电子油门降低发动机功率的输出, 从而制止车轮打滑。目前,ABS/ASR 已在高端的商用汽车上普遍使用。
(二)气压制动系统 气压制系统是以发动机的动力 驱动空气压缩机作为车轮制动器制 动的惟一能源,而驾驶员的体力仅作 为控制能源的一种动力制动系统。它 主要由空气压缩机、储气筒、气管、气 压表、双腔制动阀、制动踏板、制动气 室和车轮制动器等机件组成。发动机 工作时,带动空气压缩机工作,产生
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汽车行车制动系统的发展
□辽宁/黄安华
每一辆汽车都安装有行车制动 系统和驻车制动系统,部分汽车还会 安装第二制动系统(应急制动系统), 另外,在一些大型商用汽车上还装有 辅助制动系统(缓速器)。其中,行车 制动系统的作用是使行驶中的汽车 减速,直至停车,它是行车途中使用 最频繁的一种制动装置,其工作性能 的优劣,直接决定着汽车行驶的安全 性。自汽车诞生以来,它经历了传统 的机械式行车制动系统、电控防抱死 制动系统/电子制动力分配系统/制动 辅助系统/驱动防滑系统、电子稳定 程序控制系统和线控制动系统,目前 汽车上已开始大量普及电控防抱死 制动系统,在很多中高级车逐步向电 子稳定程序控制系统上发展,在部分 豪华车对线控制动系统也进行了尝 试。
四、电子制动力分配系统
传统制动系统会平均将制动总 泵的力量分配至四个车轮,这样的分 配并不符合制动力的使用效益。为提 高 ABS 系统的使用性能,很多汽车 上还安装了电子制动力分配系统 (EBD),该系统依托 ABS 系统的硬 件,组成“ABS+EBD”,以使制动力做 出最佳的应用。配置有 EBD 系统的 汽车,会自动侦测各个车轮与地面的 抓地力状况,将制动系统所产生的能
气压制动系统具有无泄漏污染、 气源供应充足、操纵轻便、制动力较 大等优点。缺点是消耗发动机的动 力、结构相对复杂、制动不如液压式 柔和、一般用于制动管路长的中、重 (大)型商用汽车。气压制动系统的车 轮制动器大多采用鼓式制动器,少量 高档汽车采用盘式制动器。
三、电控防抱死制动系统
传统制动系统四个车轮的制动 力(液压能或气压能)是均匀分配的, 当路面附着系数小时,容易使车轮抱 死,使汽车失去转向能力或产生侧 滑、甩尾甚至翻车现象,而车轮与地 面之间刚要发生滑移但又不“抱死” 时的制动效果最好。为此在汽车上安 装了电子控制防抱死制动系统 (ABS), 其 实 质 是 控 制 汽 车 的 滑 移 率,使其保持在 10%~20%之间,保证 汽车具有最大的附着力,从而提高汽 车的制动力。
七、电子稳定程序控制系统
随着对汽车安全性能的要求越 来越高,一些中、高级轿车还安装了
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电子稳定程序控制系统(ESP),有的 汽车或称为 VDC、DSC 等。通常 ESP 都是和 ABS/EBD/BAS/ASR 等电子辅 助系统相互整合在一起,包含着 ABS、EBD 和 ASR 等系统的功能,因 此,ESP 称得上是当前汽车防滑装置 的最高级形式。ESP 系统主要由电控 单 元(ECU)、转 向 传 感 器(监 测 方 向 盘的转向角度)、车轮传感器(监测各 个车轮的速度转动)、侧滑传感器(监 测车体绕垂直轴线转动的状态)、横 向加速度传感器(监测汽车转弯时的 离心力)等组成。
(二)行车制动系统的分类 行车制动系统按制动能源可分 为人力制动系统、动力制动系统和伺 服制动系统。人力制动系统是以驾驶 员的肌体作为惟一制动能源的制动 系统,它有机械式制动和液压式制动 两种形式,其中机械式制动主要用于 驻车制动系统。动力制动系统的制动 能源是发动机所驱动的油泵或气泵, 人力仅作为控制来源,可分为液压制 动、气压制动和气顶液制动。另外,目 前正在发展的线控制动使用了电机 作为制动能源,人力踩制动踏板作为 控制来源。伺服制动系统是兼用人力 和发动机作为制动能源,正常情况下 制动能量由动力伺服系统供给,动力 伺服系统失效时可由人力供给制动 能量,这时伺服制动系统就变为人力 制动系统,伺服制动系统可以用气压 能、真空能(负气压能)以及液压能作 为伺服能量,形成各种形式的助力 器。
传统液压制动系统结构简单,工 作可靠,使用成本较低,因此,大量应 用于各种型号的乘用车及微型、轻型 和部分中型商用车。随着汽车技术的 发展,传统液压制动系统也有了长足 的发展,从供能装置的发展来看,液 压制动系统最早是采用纯人力机械 制动,没有助力装置。接着出现了以 真空助力器助力的液压伺服制动系 统,当有了液压助力转向后,又发展 到采用液力助力器进行助力的全液 压动力制动系统。从使用的车轮制动 器来看,液压制动系统从四轮全鼓式 制动器发展到前轮盘式制动器后轮 鼓式制动器,再发展到四轮全盘式制 动器。
八、线控制动系统
线控制动系统是一种全新的制 动系统,它的制动能源来自蓄电池或 其它供能装置,用全新的电子制动器 和集中控制的电子控制单元(ECU)进 行制动系统的整体控制,每个制动器 有各自的控制单元。该系统机械连接 逐渐减少,制动踏板和制动器之间动 力传递分离开来,取而代之的是电线 连接,电线传递能量,数据线传递信 号,所以这种制动被称作线控制动 (BBW)。该系统可分为电液制动系统 (EHB)、全电制动系统(EMB)和混合 制动系统(HBS)。
二、传统的行车制动系统
(一)液压制动系统 液压制动系统是目前汽车上应 用最为广泛的一种制动系统,该系统 主 要 由 制 动 踏 板 、真 空(液 压)助 力 器、制动主缸、轮缸、制动液储液罐、 制动管路和车轮制动器等部件组成。 制动系统不工作时,车轮制动器的蹄
鼓(盘 片)间 有 间 隙 ,车 轮 和 制 动 鼓 (制动盘)可自由旋转,储液罐里的制 动液与制动管路相通;采取制动时, 踏下制动踏板,使真空(液压)助力器 推动主缸活塞前移,管路与储液罐间 的通道关闭,在活塞的作用下,使主 缸制动液压力上升,使制动液在一定 压力下流入轮缸,通过轮缸活塞使制 动蹄摩擦片压紧在制动鼓的内圆面 上(两摩擦片压紧在制动盘上),不转 的制动蹄(摩擦片)对旋转的制动鼓 (制动盘) 产生摩擦,从而产生制动 力,使汽车减速甚至停车;解除制动 时,松开制动踏板,回位弹簧将制动 蹄拉回原位,制动力消失。
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量,适当地分配至四个车轮,在 EBD 系统的辅助之下,制动力可以发挥出 最佳的效能,使得制动距离明显地缩 短,并在制动时保持汽车平稳,提高 行车安全。
五、制动辅助系统
经试验得知,在突然出现紧急情 况时,驾驶员一般都会采取紧急制 动,在短时间内大力踩下制动踏板, 然而从开始制动到达到最大制动力 需一定时间或者有时不能达到最大 制动力,有时可能在初次碰撞平息后 驾驶员会过早地松动制动踏板,这样 很容易出现制动距离加长的现象。为 解决上述情况,在汽车上安装了制动 辅助系统 (BAS),有的汽车或称为 EBA 或 BA。当出现紧急制动时,BAS 系统会认知这种紧急状况而在毫秒 内达到最大制动力。由于更早地施加 了最大的制动力,紧急制动辅助装置 可显著缩短汽车的制动距离,据资料 介绍,在超过 120km/h 的车速下进行 制动,EBA 有时会减少多至 10m 的 制动距离。
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