汽車制動系統(tǒng)ppt 自動保存的

汽車制動系統(tǒng)簡析及ABS的仿真分析演講人：盧禮洋導師：周志立◆第一章制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理◆第二章ABS的結構組成和工作原理◆第三章車輛ABS防抱死系統(tǒng)仿真分析內容提綱1、制動系統(tǒng)的功用●使行駛中的汽車按照駕駛員的要求進行強制減速甚至停車；●使已停駛的汽車在各種道路條件下（包括在坡道上）穩(wěn)定

駐車；●使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)定。＆1.1制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理第一章制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理2、制動系統(tǒng)的分類按照使用目的分類行車制動系統(tǒng)駐車制動系統(tǒng)第二制動系統(tǒng)輔助制動系統(tǒng)（腳制動，在正常行駛中使用）（手制動，在停車時使用）（備用制動系統(tǒng)）（完成行車制動的部分任務）按照使制動能源分類人力制動系統(tǒng)動力制動系統(tǒng)伺服制動系統(tǒng)(人力操作制動踏板產生制動力)(通過外力使汽車制動)(通過外力強化人力)按照傳動裝置的分布類型分類單回路制動系統(tǒng)雙回路制動系統(tǒng)(一個地方發(fā)生故障時，整個系統(tǒng)失效)(某一個制動回路出現(xiàn)故障，另一套系統(tǒng)仍能工作)＆1.1制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理3、機械式制動系統(tǒng)的工作原理1—制動踏板2—真空助力器3、5—制動回路4—制動主缸6—前輪盤式制動器7—手制動操縱桿8—手制動操縱纜繩9—感載比例閥10—后輪鼓式制動器紅旗CA7220型轎車機械式制動系統(tǒng)布置圖＆1.1制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理4、液壓單回路制動系統(tǒng)的結構及工作原理1、前輪制動器2、制動鉗3、制動管路4、制動踏板機構5、制動主缸6、制動輪缸7、后輪制動器＆1.1制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理液壓雙回路制動系統(tǒng)的結構及工作原理交叉型（X型）一軸對一軸型＆1.1制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理雙回路制動系統(tǒng)的管路布置形式Ⅱ式布置：管路布置最為簡單，成本較低，多用于貨車上。當一套回路失效時，前軸或后軸制動力喪失，將使整車的制動速率下降。當后制動回路失效時，對于無ABS的汽車前輪抱死極易喪失轉向制動能力；嚴重的是前軸制動失效，對于無ABS的汽車后輪抱死不僅會喪失制動穩(wěn)定性，而且后輪制動無法彌補前軸制動力的喪失。X式布置：管路布置簡單。直行制動時任一套回路失效，剩余總制動力都能保持正常值的50%，并且不會喪失穩(wěn)定性，因為無制動力一側的車輪可以承受側向力。但是，一旦某一管路損壞造成兩側制動力不平衡，車身將向著前輪制動力大的一側跑偏。HI式布置：一套回路失效時，前輪制動力減半。LL式、HH式布置：任一回路失效時，前后制動力比值均與正常情況下相同，剩余總制動力可達正常值的50%左右。＆1.1制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理5.氣壓制動系統(tǒng)的結構和工作原理＆1.1制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理6、駐車制動系的的結構及工作原理駕駛員駐車制動操縱桿向上扳起，通過平衡杠桿將駐車制動操縱攬繩拉緊，從而使兩后輪制動器施行駐車制動。＆1.1制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理二、制動系統(tǒng)的組成制動系統(tǒng)是由制動器和制動驅動機構組成的。制動器：是指產生阻礙車輛運動或運動趨勢的力的部件，其中也包括輔助制動系統(tǒng)中的緩速裝置。制動驅動機構：包括供能裝置、控制裝置、傳動裝置、制動力調節(jié)裝置及報警裝置、壓力保護裝置等附加裝置。＆1.1制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理1、鼓式制動器1、領從蹄式2、單向雙領蹄式3、雙向雙領蹄式4、雙從蹄式

5、單向增力式6、雙向增力式＆1.1制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理2、盤式制動器盤式制動器包括：固定鉗式制動器、浮動鉗式制動器、全盤式制動器固定鉗式制動器如左圖所示跨置在制動盤1上的制動鉗5固定安裝在車橋6上固定不動，其既不能旋轉也不能沿制動盤軸線方向移動，制動盤兩側均有液壓缸，制動時僅兩側液壓缸中的制動塊向盤面移動，從而產生制動力。這種制動器存在以下缺點：油缸較多時，使制動鉗結構復雜；油缸分布于制動盤兩側，必須用跨越制動盤的鉗內油道或外部油管來連通，這使得制動鉗的尺寸過大；熱負荷大時，油缸和跨越制動盤的油管或油道中的制動液容易受熱汽化。＆1.1制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理浮動鉗式制動器制動鉗體2通過導向銷6與車橋7相連，可以相對于制動盤1軸向移動。制動鉗體只在制動盤的內側設置油缸，而外側的制動塊則附裝在鉗體上。制動時，液壓油通過進油口5進入制動油缸，推動活塞4及其上的摩擦塊向右移動，并壓到制動盤上，并使得油缸連同制動鉗體整體沿銷釘向左移動，直到制動盤右側的摩擦塊也壓到制動盤上夾住制動盤并使其制動。＆1.1制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理盤式與鼓式制動器相比的優(yōu)缺點優(yōu)點：1、一般無摩擦助勢作用，因而制動器效能受摩擦系數影響較小，效能穩(wěn)定；2、浸水后效能降低少，一般經一兩次制動即可恢復正常；3、在輸出制動力矩相同的情況下，尺寸質量一般較?。?、制動盤沿厚度方向的熱膨脹量極小，鼓式的熱膨脹明顯，引起制動踏板行程過大；5、比較容易實現(xiàn)間隙自動調整，其它保養(yǎng)作業(yè)簡單。缺點：制動效能較低，故用于液壓制動系所需的促動管路壓力較高，一般需要伺服裝置；＆1.1制動系統(tǒng)的基本組成及工作原理一、ABS的理論基礎1.汽車的制動性汽車在行駛過程中，強制地減速以至停車且維持行駛方向穩(wěn)定性的能力稱為汽車的制動性。評價制動性能的指標主要有：（1）制動效能——汽車在行駛中，強制減速以至停車的能力稱為制動效能。即汽車以一定的初速度制動到停車所產生的：★制動距離★制動時間★制動減速度其中車輛制動距離和制動減速度是由車輛制動力即地面制動力所決定。取決于地面制動力、制動器制動力及附著力。（2）制動時的方向穩(wěn)定性——汽車在制動時仍能按指定方向的軌跡行駛，即不發(fā)生跑偏、側滑、以及失去轉向能力。＆1.2ABS的結構組成和工作原理第二章ABS的結構組成和工作原理2、汽車制動時車輪受力分析

＆1.2ABS的結構組成和工作原理制動器制動力＆1.2ABS的結構組成和工作原理

＆1.2ABS的結構組成和工作原理（3）輪胎與路面的附著特性

滑移率來表示車輪滑動所占的份額。車輪完全抱死時，滑移率為1，車輪純滾動時，滑移率為0.＆1.2ABS的結構組成和工作原理

由圖可知：道路的附著系數受車輪結構、材料，道路表面形狀、道路材料有關，不同性質的道路附著系數變化較大。S<20%為制動穩(wěn)定區(qū)域；S>20%為制動非穩(wěn)定區(qū)域；將車輪滑移率S控制在20%左右，便可獲得最大的縱向附著系數和較大的橫向附著系數，是最理想的控制效果。＆1.2ABS的結構組成和工作原理前軸產生側滑,由于離心力與側滑方向相反減小側滑量后軸一旦側滑，離心力與側滑方向相同，導致側滑程度不斷加劇，以至可能翻車，這是十分危險的運動狀態(tài)。＆1.2ABS的結構組成和工作原理彎道制動后輪抱死情況彎道制動前輪抱死情況直線行駛全輪抱死情況汽車車輪抱死的危害前輪抱死：

汽車失去轉向能力。后輪抱死：

汽車將發(fā)生擺尾現(xiàn)象，極易造成交通事故。＆1.2ABS的結構組成和工作原理理想的制動控制過程（1）制動開始時，讓制動動壓力迅速增大，使滑移率上升至20%所需時間最短，以便獲取最短的制動距離和方向穩(wěn)定性。（2）制動過程中：當滑移率上升稍大于20%時，出現(xiàn)抱死趨勢時，對制動輪迅速而適當降低制動壓力，使滑移率迅速下降到20%；當滑移率下降小于20%時，對制動輪迅速而適當增大制動壓力，使滑移率迅速上升到20%。同時車輪在制動過程中，以5—10次/秒的頻率進行增壓、保壓、減壓的不斷切換，使滑移率穩(wěn)定在20%是最理想的制動控制過程。ABS理想控制過程＆1.2ABS的結構組成和工作原理1、ABS的功用通過ABS制動系統(tǒng)使控制實際制動過程接近于理想制動過程。2、ABS的分類按傳動介質分類氣壓式：主要用于中、重型貨車液壓式：用于液壓式制動系統(tǒng)的汽車按結構分類機械式電子式：由車輪速度傳感器、壓力調節(jié)裝置、電子控制裝

置和外圈電路組成控制通道的數目分類單通道；雙通道三通道；四通道六通道（貨車）壓力調節(jié)裝置控制對象分類單獨控制（輪控）對角控制＆1.2ABS的結構組成和工作原理3、ABS防抱死系統(tǒng)在汽車上的布置＆1.2ABS的結構組成和工作原理4、ABS系統(tǒng)的組成無論是液壓制動系統(tǒng)還是氣壓制動系統(tǒng)，汽車制動防抱死系統(tǒng)ABS均由傳感器、電子控制單元和執(zhí)行器三部分組成，ABS系統(tǒng)主要是在普通制動系統(tǒng)的基礎上加裝了輪速度傳感器，ABS電控單元、制動壓力調節(jié)器等。＆1.2ABS的結構組成和工作原理ABS由傳感器、電子控制元件（ECU）和執(zhí)行器三部分組成組成元件功用傳感器車速傳感器檢測車速，給ECU提供車速信號，用于滑移率控制方式輪速傳感器檢測輪速，給ECU提供輪速信號，各種控制方式均采用減速度傳感器（G傳感器）檢測制動時汽車的減速度，識別是否是冰雪等易滑路面，只用于四輪驅動控制系統(tǒng)執(zhí)行器制動壓力調節(jié)器接受ECU的指令，通過電磁閥的動作，控制制動系統(tǒng)壓力的增加、保持或降低ABS警告燈ABS系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，ECU將其點亮，發(fā)出警告，并可由其閃爍讀取故障代碼ECU接受車速、輪速、減速等傳感器的信號，計算出車速、輪速、滑移率和車輪減速度、加速度，并將這些信號加以分析、判斷、放大，由輸出級輸出控制指令，控制各種執(zhí)行器工作＆1.2ABS的結構組成和工作原理ABS系統(tǒng)工作過程＆1.2ABS的結構組成和工作原理制動壓力調節(jié)過程1、制動壓力增大過程踏下制動踏板，由于電磁閥的進液閥開啟，回液閥關閉，各電磁閥將制動總泵與制動分泵之間的通路接通，制動總泵中的制動液將通過各電磁閥的進出液口進入各制動分泵，各制動分泵的制動液壓力將隨制動總泵輸出制動液壓力的升高而升高。＆1.2ABS的結構組成和工作原理2、制動壓力保持過程

當某車輪制動中，滑移率接近于20%時，ECU輸出指令，控制電磁閥線圈通過較小電流（約2A），使電磁閥的進液閥關閉（回液閥關閉），保證該控制通道中的制動分泵制動壓力保持不變。＆1.2ABS的結構組成和工作原理3、制動壓力減小過程當某車輪制動中，滑移率大于20%時，ECU輸出指令，控制電磁閥線圈通過較大電流（約5A），使電磁閥的進液閥關閉回液閥開啟，制動分泵中的制動液通過回液閥流入儲液器，使制動壓力減小。與此同時，ECU控制電動泵通電運轉，將流入儲液器的制動液泵回到制動總泵出液口。＆1.2ABS的結構組成和工作原理四通道ABS的控制方式該系統(tǒng)是通過各車輪輪速傳感器的信號分別對各車輪制動壓力進行單獨控制。性能特點：由于四通道ABS是根據各車輪輪速傳感器輸入的信號，分別對各個車輪進行單獨控制的，因此附著系數利用率高，制動時可以最大程度的利用每個車輪的最大附著力。四通道控制方式特別適用于汽車左右兩側車輪附著系數接近的路面，不僅可以獲得良好的方向穩(wěn)定性和方向控制能力，而且可以得到最短的制動距離。但是如果汽車左右兩車輪的附著系數相差較大（如路面部分積水或結冰），制動時兩車輪的地面制動力就相差較大，因此會產生橫擺力矩，使車身向制動力較大的一側跑偏，不能保持汽車按預定方向行駛，會影響汽車的制動方向穩(wěn)定性。＆1.2ABS的結構組成和工作原理三通道ABS的控制方式三通道系統(tǒng)都是對兩前輪的制動壓力進行單獨控制，對兩后輪的制動壓力按低選原則一同控制。性能特點：兩后輪按抵擋原則進行一同控制時，可以保證汽車在各種條件下左右兩后輪的制動力相等，即兩側車輪附著系數相差較大，兩個車輪的制動力都限制在附著力較小的水平，使兩個后輪的制動力始終保持平衡，保證汽車在各種條件下制動時都具有良好的方向穩(wěn)定性。當然，在兩后輪按低選原則進行一同控制時，可能出現(xiàn)附著系數較大的一側后輪附著力不能充分利用的問題，使汽車的總制動力減小。但應該看到，在緊急制動時，由于發(fā)生軸荷前移，在汽車的總制動力中，后輪制動力所占的比例減小，尤其是前輪驅動的小轎車，前輪的附著力比后輪的附著力大得多，通常后輪制動力只占總制動力的30%左右，后輪附著力未能充分利用的損失對汽車的總制動力影響較小。＆1.2ABS的結構組成和工作原理兩通道ABS的控制方式a）前后布置的雙通道三傳感器b）前后布置的雙通道二傳感器c）前后布置的雙通道四傳感器d）對角布置的雙通道二傳感器＆1.2ABS的結構組成和工作原理單通道ABS的控制方式此種控制方式用于制動管路前后布置的汽車，只對后輪進行控制，一個傳感器裝于后橋差速器上，只對后輪采用底選控制的方式。能較有效的防止后輪抱死，但由于前輪無控制，故易抱死，轉向操縱性差，制動距離較大。＆1.2ABS的結構組成和工作原理不同類型ABS所產生的不同的使用效果系統(tǒng)名稱傳感器數通道數適用制動回路類型控制方法特點4S4M44HH四輪獨立控制四輪均可充分利用地面附著力，但在對分路面或左右車輪載荷差別較大時制動，汽車方向穩(wěn)定性不好，較少采用X前輪獨立控制，后輪底選控制制動效能稍差，但汽車方向穩(wěn)定性較好4S3M43X或HH前輪獨立控制，后輪選擇控制占總附著力80%的兩前輪獨立控制，兩后輪按低選原則同時控制，是大多數汽車采用的型式之一3S3M33HH前輪獨立，后輪近似選擇控制4S2M42X前輪獨立控制、后輪選擇控制在各種復雜路面上難以使方向穩(wěn)定性、制動距離和轉向操縱能力得到兼顧，較少采用2S2M22X前輪獨立、后輪對角前輪控制1S1H11HH前輪無控制、后輪近似選擇控制后軸車輪按低選原則控制，可改善汽車的方向穩(wěn)定性＆1.2ABS的結構組成和工作原理有無ABS制動效果比較＆1.2ABS的結構組成和工作原理ABS的優(yōu)點：（1）制動時保持方向穩(wěn)定性；（2）制動時保持轉向控制能力；（3）縮短制動距離，在冰雪路面上，可以縮短制動距離10%—20%；（4）減少輪胎磨損，提高輪胎的使用壽命6%—10%；（5）提高汽車行駛的平均速度大約15%。ABS的缺點和局限性：（1）ABS不能提供超越車輪與路面所能承受的制動效果；（2）ABS性能的好壞受整車制動系統(tǒng)狀況的影響；（3）ABS不能取代駕駛員的制動，只能在駕駛員制動時幫助其達到較好的制動效果；（4）在平滑的干路面上制動，熟練駕駛員制動的制動距離可能比ABS工作時制動距離要

短，主要是由于ABS允許滑移率降低到8%左右；（5）松散的砂土和積雪較深的路面制動，車輪抱死制動要比ABS工作時的制動距離短。＆1.2ABS的結構組成和工作原理第三章、車輛ABS防抱死系統(tǒng)仿真分析一、建立車輛動力學模型1.1車輛動力學模型的簡化汽車防抱死系統(tǒng)，主要研究汽車在制動過程中的制動性能、穩(wěn)定性以及操縱性。其中車輛的制動性能主要通過縱向運動（x方向）來體現(xiàn)，穩(wěn)定性主要通過橫擺運動來體現(xiàn)，而操縱性則由轉向運動體現(xiàn)，對車輛動力學模型做出如下假設：1、假設汽車行駛在水平公路上，道路無起伏；2、忽略空氣阻力和滾動阻力的影響；3、忽略轉向系統(tǒng)影響，直接以前輪轉向角作為輸入，并且認為左、右轉向角相同；4、假設各個輪胎的機械特性相同；5、忽略汽車的俯仰、側傾、垂向運動。＆1.3車輛ABS防抱死系統(tǒng)仿真分析2、建立整車模型＆1.3車輛ABS防抱死系統(tǒng)仿真分析汽車在X方向上的運動方程為：

汽車在X軸方向受到的地面作用于汽車的合力為：

汽車在y軸方向上的運動方程為：

汽車在y軸方向受到的地面作用于汽車的合力為：

汽車繞Z軸的橫擺運動方程：

＆1.3車輛ABS防抱死系統(tǒng)仿真分析汽車輪胎所受到的垂直載荷是由靜態(tài)載荷和動態(tài)載荷組成的。四個車輪的垂直載荷如下：

＆1.3車輛ABS防抱死系統(tǒng)仿真分析車輛質心在地面坐標系的位移可以用坐標（X,Y）來表示＆1.3車輛ABS防抱死系統(tǒng)仿真分析

3、建立輪胎模型車輪受力分析車輪坐標系的建立＆1.3車輛ABS防抱死系統(tǒng)仿真分析建立輪胎模型是為了描述輪胎的六分力與車輪運動參數之間的關系，即輪胎在特定工作條件下的輸入和輸出的關系。基于研究的需要，建立輪胎模型反應制動工況下輪胎的縱向力、側向力與車輪運動參數之間的關系，其描述如下：

S(2-S)S<11S>1

＆1.3車輛ABS防抱死系統(tǒng)仿真分析4、制動器模型制動器模型用于計算各車輪在一定輸入條件下所輸出的制動力矩，其制動器制動力矩的表達式為：由于ABS系統(tǒng)一般在緊急剎車時才起作用，可以對這部分模型進行簡化，其中制動力矩的變化率可以描述為：其中U為制動壓力的變化率。＆1.3車輛ABS防抱死系統(tǒng)仿真分析

二、Simulink下的車輛模型

如圖是用Matlab/Simulink實現(xiàn)的車輛模型，整車模型可分為車輛動力學系統(tǒng)、輪胎—地面系統(tǒng)、制動器系統(tǒng)等三個子系統(tǒng)防抱死系統(tǒng)八自由度車輛模型＆1.3車輛ABS防抱死系統(tǒng)仿真分析車輛動力學系統(tǒng)通過輪胎系統(tǒng)計算出的縱向力、側向力及制動系統(tǒng)所產生的制動力計算出車輛及車輪的運動狀態(tài)，并將計算出的滑移率、輪胎側偏角、垂直載荷等數值返回給輪胎系統(tǒng)。車輛動力學子系統(tǒng)模型＆1.3車輛ABS防抱死系統(tǒng)仿真分析四個輪胎—路面系統(tǒng)用于計算輪胎在特定路面上所受的縱向力和側向力，路面屬性可以在此系統(tǒng)中進行自定義設定。輪胎—路面系統(tǒng)模型＆1.3車輛ABS防抱死系統(tǒng)仿真分析制動系統(tǒng)產生制動時所需的制動力矩。制動系統(tǒng)的制動力矩由兩部分決定，一是駕駛員所給的制動踏板產生的制動力，二是經過ABS系統(tǒng)調節(jié)后制動力矩。