制动系统工作原理

ABS/TCS/ESC出现的背景
转向不足
ห้องสมุดไป่ตู้转向过度
如上图所示，汽车在制动过程中如果制动力过大，出现前轮抱死的情况，就会使 前轮失去与地面的附着力而使汽车不能转向，只能沿着一个方向前进，出现跑偏 的情况。如果后轮抱死，则同样道理，只要一打方向盘便会出现甩尾的现象。而 不论是跑偏还是甩尾，都很可能造成很严重的交通事故。所以ABS就在这种情况 下应运而生了。 ABS,全名是Anti-lock Brake System（防锁死制动系统）或Anti-skid Braking System（防滑移制动系统)，ABS既有普通制动系统的制动功能，又能防止车轮锁 死，使汽车在制动状态下仍能转向，保证汽车的制动方向稳定性，防止产生侧滑 和跑偏，是目前汽车上最先进、制动效果最佳的制动装置。
• ESC的工作原理
横向侧速度传感器
ECU
转向不足
转向过度
制动内侧后轮
制动外侧前轮
(2).如果进弯时，后轮速度过大，将会导致转向过度而产生甩尾。此时ESP判定为出现过
度转向，ESP将制动外侧前轮，防止出现甩尾，并减弱过度转向趋势，稳定车辆。 如果单独制动某个车轮不足以稳定车辆，ESP将通过降低发动机扭矩输出的方式 或制动其它车轮来满足需求
F1
Ｐ
真空助力泵力放大原理
B
E D
A
C
在刹车踏板工作之前，真空助 力泵内部与外界处于一个隔离 的状态。互不交换气体。 A腔 室和C腔室处于连通状态。 B通 道，与发动机进气歧管相连， 在发动机工作过程中，发动机 吸气作用使整个助力泵内部形 成真空(实际上是低压或者负 压，即压强远远小于大气压). 当制动踏板工作时，D口打开， 与外界导通，E通道被阀体关 闭,此时A腔室和C腔室隔离。此 时A腔室仍然处于真空，而C腔 室与大气连通。在A、C腔室之 间形成压力差。起到助力作 用。助力效果大概在4～5倍。 万都的产品助力效果为5倍。当 松下刹车时，D口关闭，A、C重 新连通。整个助力泵内部与外 界隔离且处于真空。
综上所述，制动系统力放大的过程主要由三部分组成:制动踏板、真空助力泵、制 动器活塞。力的放大效果能达到100倍以上。这样，就使踩刹车变得很容易了。
盘式制动器和鼓式制动器 盘式制动器组成：制动盘、制动钳和摩擦 片、以及磨损提示片。工作时，液压油通 过活塞推动刹车片向制动盘方向移动，产 生很大的压力以达到摩擦制动的效果。由 于，其形状很像一个钳子，所以又叫钳盘 式制动器。
TCS/ESC的工作原理 TCS又叫牵引力控制系统，其功能是在 ABS基础上，加入了驱动力防滑系统。 用于汽车在低附着系数路面上的起步 或者过弯上面。当TCS检测到驱动力过 大时，会通过降低发动机供油量以防 止汽车起步蛇形或者过弯转向不足。 具体工作原理：
蛇行
起步：假设在冰雪路面上起步，如果两驱动轮所处的路面附着力不一样，如果 起步时驱动力过大，将会导致附着力低的一边的车轮先打滑，而失去驱动能 力。而附着力高的一边的车轮正常驱动。这样的话起步时汽车就会跑偏。安装 了TCS的汽车，如果检测到附着力低的车轮打滑，就会通过降低发动机供油量的 方式降低驱动力，以达到正常起步的效果。 过弯：汽车在转弯时，如果节气阀开度过大，将使驱动轮打滑。前轮驱动汽 车的前轮如果打滑，汽车将出现转向不足的现象，即汽车偏离了转向圆弧， 跑到转向圆弧之外去了。后轮驱动汽车的后轮如果打滑，汽车将出现过度转 向现象，即汽车偏离了转向圆弧，跑到转向圆弧之内去了，严重时汽车会产 生旋转。计算机通过转向盘转角传感器掌握司机的转向意图，然后利用左右 车轮速度传感器检测左右车轮速度差；从而判断汽车转向程度是否和司机的 转向意图一样。如果检测出汽车转向不足(或过度转向)，计算机立即判断驱 动轮的驱动力过大，发出指令降低驱动力，以便实现司机的转向意图。
ABS模块具体构造
ABS相关单元的作用： ECU:接收传感器的信号，计 算并判断是否启动ABS 马达、泵:将由轮缸流出的制 动液经蓄能器泵回主缸，以 防止ABS工作时制动踏板行程 发生变化。 电磁阀:控制轮缸油路的通断。 油管接口:与制动主缸相连， 传输或者返回制动油。
ABS工作原理 控制装置和ABS警示灯等组成，在不同的ABS系统中，制动压力调节装置的结构 形式和工作原理往往不同，电子控制装置的内部结构和控制逻辑也可能ABS通常 都由车轮转速传感器、制动压力调节装置、电子不尽相同。在常见的ABS系统 中，每个车轮上各安装一个转速传感器，将有关各车轮转速的信号输入电子控 制装置。电子控制装置根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状 态进行监测和判定，并形成相应的控制指令。制动压力调节装置主要由调压电 磁阀组成，电动泵组成和储液器等组成一个独立的整体，通过制动管路与制动 主缸和各制动轮缸相连。制动压力调节装置受电子控制装置的控制，对各制动 轮缸的制动压力进行调节。ABS的工作过程可以分为常规制动，制动压力保持制 动压力减小和制动压力增大等阶段。在常规制动阶段，ABS并不介入制动压力控 制，调压电磁阀总成中的各进液电磁阀均不通电而处于开启状态，各出液电磁 阀均不通电而处于关闭状态，电动泵也不通电运转，制动主缸至各制动轮缸的 制动管路均处于沟通状态，而各制动轮缸至储液器的制动管路均处于封闭状 态，各制动轮缸的制动压力将随制动主缸的输出压力而变化，此时的制动过程 与常规制动系统的制动过程完全相同。在制动过程中，电子控制装置根据车轮 转速传感器输入的车轮转速信号判定有车轮趋于抱死时，ABS就进入防抱制动压 力调节过程。例如，电子控制装置判定右前轮趋于抱死时，电子控制装置就使 控制右前轮刮动压力的进液电磁阀通电，使右前进液电磁阀转入关闭状态，制 动主缸输出的制动液不再进入右前制动轮缸，此时，右前出液电磁阀仍末通电
盘式制动器和鼓式制动器优缺点比较
盘式制动器优点： (1)盘式制动器在液力助力下制动力大且稳定; (2)空气直接通过盘式制动盘，故盘式制动器的散热性很好; 缺点： (1)结构相对于鼓式制动器来说比较复杂; (2)制动钳、管路系统要求也较高，而且造价高于鼓式制动器. 鼓式制动器优点： (1)结构简单，易于维护； (2)成本较低； 缺点： (1)制动效能和散热性差，制动力稳定性差； (2)由于散热性不好，鼓式制动器存在热衰退现象,导致刹车性能变差。
ESC的工作原理 电子稳定性控制系统(electronic stability control )，有时又叫ESP (Electronic Stability Program ).相对于ABS和TCS，ESC在汽车的横向稳定性 上，有一个更安全的保障。现分析一下汽车在转弯时ESP 如何产生作用。 转弯背景： 众所周知，汽车在过弯的时候，会承受一个离心力，这个力的大小为：F=MV2/R, M为车的整备质量，V为车速，而R为转弯半径，在行驶中取决了方向盘的转向角 度。如果转弯速度过快或者方向盘角度过大，都会的导致离心力超过地面的附着 力，产生滑移的现象，不能完成正常的转弯效果。 下面分析一下前轮两驱的车进弯时ESP的作用： 1)如果进弯时速度过大，将会导致驱动轮不能按照方向盘的角度行使，出现转向 不足而使车头跑到别的路面上去。这时候ESP首先通过方向盘转角传感器及各车 轮转速传感器识别驾驶员转弯方向（驾驶员意愿） ESP通过横摆角速度传感 器（英文原称为yaw rate sensor ）,识别车辆绕垂直于地面轴线方向的旋转角 度及侧向加速度传感器识别车辆实际运动方向。 若ESP判定为出现不足转向，将 制动内侧后轮，使车辆进一步沿驾驶员转弯方向偏转，从而稳定车辆。
ABS在制动系统中的位置
ABS
ABS/ TCS/ESC位于真空助力泵和制动油管之间，在这之间起到调 节油压的具体作用。下面详讲ABS单元作用。
ABS单元组成
ABS控制系统由轮速传感器、控线束和ABS单元组成。控制线束将轮 速传感器的转速信号传递给ABS单元的ECU，ECU判断汽车车轮是否 抱死，以决定是否采取相关行为防抱死。
制动系统的组成及作用：
• • • • • • 制动踏板：制动力的施动者，且具有助力的作用(杠杆原理) 真空助力泵：利用发动机吸气原理产生助力作用 制动主缸：液压力的施动者 储液壶：储藏备用油液 制动油管：传递液压油的动力 制动器：制动力的执行者，直接参与制动
制动系统的发展
基本制动系统
组成：制动踏板、真空 助力泵、制动主缸、储 液壶、制动油管、盘式 制动器、鼓式制动器。 基本原理:脚踏板上的力 经过制动踏板、真空助 力泵和液压油路放大以 后，传到盘式或者鼓式 制动器上面，使制动器 产生作用，对轮盘产生 制动摩擦力，产生制动 效果，达到减速或者驻 车的目的。
ABS\TCS\ESC的外形基本上都一样，安装位置也一样，可以装在真空助力泵和制 动轮缸之间的任何位置。具体位置根据车身总布置情况而定。 至此，现阶段制动系统基本就是这样几种情况了。 ABS/TCS/ESC的其他作用：由于这三种安全系统从本质上来说都是防抱死系统， 故都能够减少汽车抱死时与地面的磨损，故从保护轮胎的角度说也是很有意义 的。
制动系统的工作原理
制动系统的分类：行车制动(脚刹) 和 驻车制动(手刹)) • 在行车过程中，一般都采用行车制动（脚刹），便于在前进的过程中减速停 车。不单是使汽车保持不动。若行车制动失灵时才采用驻车制动。当车停稳 后，就要使用驻车制动（手刹），防止车辆前滑和后溜。 • 停车后一般除使用驻车制动外，上坡要将档位挂在一档（防止后溜），下坡 要将档位挂在倒档（防止前滑）。
制动力放大原理
制动模型简化图
A 在左图中，真空助力泵没有画 出，后面做单独分析。
Ｆ
制动踏板： 对A点取力矩： Ｐ*4x-Ｆ*x=0 F=4P 液压管路：在液压油管路中， 液体的压力可以看作处处相 等。 故对横截面的压力大小只与半 径的平方有关系： 即： F1=9F 既而 F1=36P 即只需要在踏板上施加1牛的力 就能将其放大36倍。
驻车制动(手刹) 手制动柄以拉线拉动制动索，使后轮制动蹄片或制动钳锁死的停车制动状态。
带ABS\TCS\ESP的制动系统
制动辅助系统发展历程： 由上图可以看出，随着人们对安全性越来越高的要求,制动系统安全性能的要 求也会越来越高。因此由此衍生出来一系列保障制动过程中安全的产品。根据 产品出现的先后，以及功能由低级到高级，由单一到多功能，这批产品分别为 ABS/TCS/ESC或者ESP.
鼓式制动器组成：制动蹄片、制动 鼓、回位弹簧、固定销等组成。位于 制动鼓内有制动蹄块在一端受到促动 力时，可绕其另一端的支点向外转 动，压靠在制动鼓内圆面上，产生磨 擦力矩，所以又称这种制动器为内张 式制动器，对制动蹄块的一端施加力 使之转动称为制动蹄块促动置， 施 加的力称为促动力，一般采用凸轮或 顶杆作为驱动装置，因此又称为凸轮 或顶杠制动器。 当停止制动时，通 过回位弹簧制动蹄片回位。
而处于关闭状态，右前制动轮缸中的制动液也不会流出，右前制动轮缸 的刮动压力就保持一定，而其它末趋于抱死车轮的制动压力仍会随制动 主缸输出压力的增大而增大；如果在右前制动轮缸的制动压力保持一定 时，电子控制装置判定右前轮仍然趋于抱死，电子控制装置又使右前出 液电磁阀也通电而转入开启状态，右前制动轮缸中的部分制动波就会经 过处于开启状态的出液电磁阀流回储液器，使右前制动轮缸的制动压力 迅速减小右前轮的抱死趋势将开始消除，随着右前制动轮缸制动压力的 减小，右前轮会在汽车惯性力的作用下逐渐加速；当电子控制装置根据 车轮转速传感器输入的信号判定右前轮的抱死趋势已经完全消除时，电 子控制装置就使右前进液电磁阀和出液电磁阀都断电，使进液电磁阀转 入开启状态，使出液电磁阀转入关闭状态，同时也使电动泵通电运转， 向制动轮缸泵输送制动液，由制动主缸输出的制动液经电磁阀进入右前 制动轮缸，使右前制动轮缸的制动压力迅速增大，右前轮又开抬减速转 动。ABS通过使趋于抱死车轮的制动压力循环往复而将趋于防抱车轮的滑 动率控制，在峰值附着系数滑动率的附近范围内，直至汽车速度减小至 很低或者制动主缸的常出压力不再使车轮趋于抱死时为止。制动压力调 节循环的频率可达3~20HZ。在该ABS中对应于每个制动轮缸各有对进液和 出液电磁阀，可由电子控制装置分别进行控制，因此，各制动轮缸的制 动压力能够被独立地调节，从而使四个车轮都不发生制动抱死现象。