汽车制动系统简析及ABS的仿真分析,演讲人：卢礼洋 导 师：周志立,第一章 制动系统的基本组成及工作原理 第二章 ABS的结构组成和工作原理 第三章 车辆ABS防抱死系统仿真分析,内容提纲,1、制动系统的功用 使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车； 使已停驶的汽车在各种道路条件下（包括在坡道上）稳定 驻车； 使下坡行驶的汽车速度保持稳定。,1.1制动系统的基本组成及工作原理,第一章 制动系统的基本组成及工作原理,2、制动系统的分类,按照使用目的分类,行车制动系统,驻车制动系统,第二制动系统,辅助制动系统,（脚制动， 在正常行驶中使用）,（手制动， 在停车时使用）,（备用制动系统）,（完成行车制动的部分任务）,按照使制动能源分类,人力制动系统,动力制动系统,伺服制动系统,(人力操作制动踏板产生制动力),(通过外力使汽车制动),(通过外力强化人力),按照传动装置的分布类型分类,单回路制动系统,双回路制动系统,(一个地方发生故障时，整个系统失效),(某一个制动回路出现故障， 另一套系统仍能工作),1.1制动系统的基本组成及工作原理,3、机械式制动系统的工作原理,1制动踏板 2真空助力器 3、5制动回路 4制动主缸 6前轮盘式制动器 7手制动操纵杆 8手制动操纵缆绳 9感载比例阀 10后轮鼓式制动器,红旗CA7220型轿车机械式制动系统布置图,1.1制动系统的基本组成及工作原理,4、液压单回路制动系统的结构及工作原理,1、前轮制动器 2、制动钳 3、制动管路 4、制动踏板机构 5、制动主缸 6、制动轮缸 7、后轮制动器,1.1制动系统的基本组成及工作原理,液压双回路制动系统的结构及工作原理,交叉型（X型）,一轴对一轴型,1.1制动系统的基本组成及工作原理,双回路制动系统的管路布置形式,式布置：管路布置最为简单，成本较低，多用于货车上。当一套回路失效时，前轴或后轴制动力丧失，将使整车的制动速率下降。当后制动回路失效时，对于无ABS的汽车前轮抱死极易丧失转向制动能力；严重的是前轴制动失效，对于无ABS的汽车后轮抱死不仅会丧失制动稳定性，而且后轮制动无法弥补前轴制动力的丧失。 X式布置：管路布置简单。直行制动时任一套回路失效，剩余总制动力都能保持正常值的50%，并且不会丧失稳定性，因为无制动力一侧的车轮可以承受侧向力。但是，一旦某一管路损坏造成两侧制动力不平衡，车身将向着前轮制动力大的一侧跑偏。 HI式布置：一套回路失效时，前轮制动力减半。 LL式、HH式布置：任一回路失效时，前后制动力比值均与正常情况下相同，剩余总制动力可达正常值的50%左右。,1.1制动系统的基本组成及工作原理,5.气压制动系统的结构和工作原理,1.1制动系统的基本组成及工作原理,6、驻车制动系的的结构及工作原理,驾驶员驻车制动操纵杆向上扳起，通过平衡杠杆将驻车制动操纵揽绳拉紧，从而使两后轮制动器施行驻车制动。,1.1制动系统的基本组成及工作原理,二、制动系统的组成,制动系统是由制动器和制动驱动机构组成的。 制动器：是指产生阻碍车辆运动或运动趋势的力的部件，其中也包括辅助制动系统中的缓速装置。 制动驱动机构：包括供能装置、控制装置、传动装置、制动力调节装置及报警装置、压力保护装置等附加装置。,1.1制动系统的基本组成及工作原理,1、鼓式制动器,1、领从蹄式 2、单向双领蹄式 3、双向双领蹄式 4、双从蹄式 5、单向增力式 6、双向增力式,1.1制动系统的基本组成及工作原理,2、盘式制动器 盘式制动器包括：固定钳式制动器、浮动钳式制动器、全盘式制动器,固定钳式制动器,如左图所示跨置在制动盘1上的制动钳5固定安装在车桥6上固定不动，其既不能旋转也不能沿制动盘轴线方向移动，制动盘两侧均有液压缸，制动时仅两侧液压缸中的制动块向盘面移动，从而产生制动力。 这种制动器存在以下缺点：油缸较多时，使制动钳结构复杂；油缸分布于制动盘两侧，必须用跨越制动盘的钳内油道或外部油管来连通，这使得制动钳的尺寸过大；热负荷大时，油缸和跨越制动盘的油管或油道中的制动液容易受热汽化。,1.1制动系统的基本组成及工作原理,浮动钳式制动器,制动钳体2通过导向销6与车桥7相连，可以相对于制动盘1轴向移动。制动钳体只在制动盘的内侧设置油缸，而外侧的制动块则附装在钳体上。 制动时，液压油通过进油口5进入制动油缸，推动活塞4及其上的摩擦块向右移动，并压到制动盘上，并使得油缸连同制动钳体整体沿销钉向左移动，直到制动盘右侧的摩擦块也压到制动盘上夹住制动盘并使其制动。,1.1制动系统的基本组成及工作原理,盘式与鼓式制动器相比的优缺点,优点： 1、一般无摩擦助势作用，因而制动器效能受摩擦系数影响较小，效能稳定； 2、浸水后效能降低少，一般经一两次制动即可恢复正常； 3、在输出制动力矩相同的情况下，尺寸质量一般较小； 4、制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，鼓式的热膨胀明显，引起制动踏板行程过大； 5、比较容易实现间隙自动调整，其它保养作业简单。 缺点： 制动效能较低，故用于液压制动系所需的促动管路压力较高，一般需要伺服装置；,1.1制动系统的基本组成及工作原理,一、ABS的理论基础,1.汽车的制动性 汽车在行驶过程中，强制地减速以至停车且维持行驶方向稳定性的能力称为汽车的制动性。,评价制动性能的指标主要有： （1）制动效能汽车在行驶中，强制减速以至停车的能力称为制动效能。 即汽车以一定的初速度制动到停车所产生的： 制动距离 制动时间 制动减速度 其中车辆制动距离和制动减速度是由车辆制动力即地面制动力所决定。取决于地面制动力、制动器制动力及附着力。 （2）制动时的方向稳定性汽车在制动时仍能按指定方向的轨迹行驶，即不发生跑偏、侧滑、以及失去转向能力。,1.2 ABS的结构组成和工作原理,第二章 ABS的结构组成和工作原理,2、汽车制动时车轮受力分析,1.2 ABS的结构组成和工作原理,制动器制动力,1.2 ABS的结构组成和工作原理,1.2 ABS的结构组成和工作原理,（3）轮胎与路面的附着特性,滑移率来表示车轮滑动所占的份额。车轮完全抱死时，滑移率为1，车轮纯滚动时，滑移率为0.,1.2 ABS的结构组成和工作原理,由图可知：道路的附着系数受车轮结构、材料，道路表面形状、道路材料有关，不同性质的道路附着系数变化较大。S20%为制动非稳定区域；将车轮滑移率S控制在20%左右，便可获得最大的纵向附着系数和较大的横向附着系数，是最理想的控制效果。,1.2 ABS的结构组成和工作原理,前轴产生侧滑,由于离心力与侧滑方向相反减小侧滑量,后轴一旦侧滑，离心力与侧滑方向相同，导致侧滑程度不断加剧，以至可能翻车，这是十分危险的运动状态。,1.2 ABS的结构组成和工作原理,弯道制动后轮抱死情况,弯道制动前轮抱死情况,直线行驶全轮抱死情况,汽车车轮抱死的危害,前轮抱死： 汽车失去转向能力。 后轮抱死： 汽车将发生摆尾现象，极易造成交通事故。,1.2 ABS的结构组成和工作原理,理想的制动控制过程,（1）制动开始时，让制动动压力迅速增大，使滑移率上升至20%所需时间最短，以便获取最短的制动距离和方向稳定性。 （2）制动过程中： 当滑移率上升稍大于20%时，出现抱死趋势时，对制动轮迅速而适当降低制动压力，使滑移率迅速下降到20%； 当滑移率下降小于20%时，对制动轮迅速而适当增大制动压力，使滑移率迅速上升到20%。同时车轮在制动过程中，以510次/秒的频率进行增压、保压、减压的不断切换，使滑移率稳定在20%是最理想的制动控制过程。,ABS理想控制过程,1.2 ABS的结构组成和工作原理,1、ABS的功用,通过ABS制动系统使控制实际制动过程接近于理想制动过程。,2、ABS的分类,按传动介质分类,气压式：主要用于中、重型货车,液压式：用于液压式制动系统的汽车,按结构分类,机械式,电子式：由车轮速度传感器、压力调节装置、电子控制装 置和外圈电路组成,控制通道的数目分类,单通道；双通道,三通道；四通道,六通道（货车）,压力调节装置控制对象分类,单独控制（轮控）,对角控制,1.2 ABS的结构组成和工作原理,3、ABS防抱死系统在汽车上的布置,1.2 ABS的结构组成和工作原理,4、ABS系统的组成,无论是液压制动系统还是气压制动系统，汽车制动防抱死系统ABS均由传感器、电子控制单元和执行器三部分组成，ABS系统主要是在普通制动系统的基础上加装了轮速度传感器，ABS电控单元、制动压力调节器等。,1.2 ABS的结构组成和工作原理,ABS由传感器、电子控制元件（ECU）和执行器三部分组成,1.2 ABS的结构组成和工作原理,ABS系统工作过程,1.2 ABS的结构组成和工作原理,制动压力调节过程,1、制动压力增大过程,踏下制动踏板，由于电磁阀的进液阀开启，回液阀关闭，各电磁阀将制动总泵与制动分泵之间的通路接通，制动总泵中的制动液将通过各电磁阀的进出液口进入各制动分泵，各制动分泵的制动液压力将随制动总泵输出制动液压力的升高而升高。,1.2 ABS的结构组成和工作原理,2、制动压力保持过程,当某车轮制动中，滑移率接近于20%时，ECU输出指令，控制电磁阀线圈通过较小电流（约2A），使电磁阀的进液阀关闭（回液阀关闭），保证该控制通道中的制动分泵制动压力保持不变。,1.2 ABS的结构组成和工作原理,3、制动压力减小过程,当某车轮制动中，滑移率大于20%时，ECU输出指令，控制电磁阀线圈通过较大电流（约5A），使电磁阀的进液阀关闭回液阀开启，制动分泵中的制动液通过回液阀流入储液器，使制动压力减小。与此同时，ECU控制电动泵通电运转，将流入储液器的制动液泵回到制动总泵出液口。,1.2 ABS的结构组成和工作原理,四通道ABS的控制方式,该系统是通过各车轮轮速传感器的信号分别对各车轮制动压力进行单独控制。 性能特点：由于四通道ABS是根据各车轮轮速传感器输入的信号，分别对各个车轮进行单独控制的，因此附着系数利用率高，制动时可以最大程度的利用每个车轮的最大附着力。四通道控制方式特别适用于汽车左右两侧车轮附着系数接近的路面，不仅可以获得良好的方向稳定性和方向控制能力，而且可以得到最短的制动距离。但是如果汽车左右两车轮的附着系数相差较大（如路面部分积水或结冰），制动时两车轮的地面制动力就相差较大，因此会产生横摆力矩，使车身向制动力较大的一侧跑偏，不能保持汽车按预定方向行驶，会影响汽车的制动方向稳定性。,1.2 ABS的结构组成和工作原理,三通道ABS的控制方式,三通道系统都是对两前轮的制动压力进行单独控制，对两后轮的制动压力按低选原则一同控制。 性能特点：两后轮按抵挡原则进行一同控制时，可以保证汽车在各种条件下左右两后轮的制动力相等，即两侧车轮附着系数相差较大，两个车轮的制动力都限制在附着力较小的水平，使两个后轮的制动力始终保持平衡，保证汽车在各种条件下制动时都具有良好的方向稳定性。当然，在两后轮按低选原则进行一同控制时，可能出现附着系数较大的一侧后轮附着力不能充分利用的问题，使汽车的总制动力减小。但应该看到，在紧急制动时，由于发生轴荷前移，在汽车的总制动力中，后轮制动力所占的比例减小，尤其是前轮驱动的小轿车，前轮的附着力比后轮的附着力大得多，通常后轮制动力只占总制动力的30%左右，后轮附着力未能充分利用的损失对汽车的总制动力影响较小。,1.2 ABS的结构组成和工作原理,两通道ABS的控制方式,a）前后布置的双通道三传感器 b）前后布置的双通道二传感器 c）前后布置的双通道四传感器 d）对角布置的双通道二传感器,1.2 ABS的结构组成和工作原理,单通道ABS的控制方式,此种控制方式用于制动管路前后布置的汽车，只对后轮进行控制，一个传感器装于后桥差速器上，只对后轮采用底选控制的方式。能较有效的防止后轮抱死，但由于前轮无控制，故易抱死，转向操纵性差，制动距离较大。,1.2 ABS的结构组成和工作