1. 防抱死制动系统(ABS)的工作原理
微处理器根据这些传感器的信号,计算出汽车的瞬时滑移率和汽车加速或减速度是否达到控制门限值,以决定增大、保持或降低制动轮缸内制动液的制动压力,随即发出指令使执行机构及时调整制动压力,保持所有车轮有10%~15%的理想滑移率,即车轮始终维持在微弱滑移的滚动状况下制动,防止车轮被完全制动抱死。
接通点火开关,ABS就进入自诊断状态,并可在行驶中发现ABS故障。自诊断开始时ABS指示灯亮约2s,油泵启动。ABS发生故障或电源电压低于允许的最低电压值10.5v时,控制系统自动关闭ABS,ABS指示灯点亮,汽车进入无ABS的常规制动模式。若电源电压恢复正常且ABS无故障,控制系统再次启动ABS,ABS指示灯熄灭。
桑塔纳2000GSi型轿车的ABS是在常规制动系统的基础上,增设电子控制系统构成的。其常规制动系统的真空助力器,前后轮制动轮缸和制动操作机构的结构及尺寸与未装ABS的桑塔纳轿车制动系统完全相同,只是制动总泵有所改进。
桑塔纳2000GSi型轿车的MK20-I型ABS/EBD在汽车的4个被控车轮上各安装了一只电磁感应式传感器,执行部分是将制动力调节装置与微处理器合为一个总成的HECU,低压蓄压器为弹簧活塞式,油泵为直流电动机驱动的柱塞泵,ECU控制软件将防抱死制动(ABS)和制动力分配(EBD)综合为ABS/EBD。
桑塔纳2000GSi型轿车的MK20-I型.ABS/EBD控制电路见图6-18。
MK20-I型ABS/EBD的工作原理见图6-19(a)~(e)。见图6-19(a),ABS故障或未投人工作(车速低于5~8 km/h),汽车正常行驶并保持常规制动时的ABS零部件状态,即常开二位二通阀7、常闭二位二通阀9和油泵10电动机均不通电。二位二通电磁阀在回位弹簧弹力作用下,常开阀的进液阀打开,常闭阀的回液阀关闭,制动总泵与各车轮的制动轮缸间的制动液管路通畅,可实现无ABS的常规制动。此时各制动轮缸与蓄压器之间的制动液管路不通。若ABS正常工作,但未发生制动汽车正常行驶时,轮速传感器2检测到车轮转动产生的脉冲,送入微处理器16,因无制动发生的信号,ECU不发出令制动调节装置和油泵通电的指令,ABS零部件仍处于图6-19(a)所示的工作状态。
在图6-19(b)中,踩下制动踏板13,制动总泵12中制动液压力升高并进入进液管6。ECU发出油泵10通电开始工作指令,将蓄压器15内的制动液抽出,从常开的二位二通电磁阀(不通电)也进入进液管6。此时,制动液从制动总泵12和油泵10到常开的二位二通电磁阀7,进入车轮制动轮缸4。ECU发出的每个脉冲信号指令都将使常开的二位二通电磁阀的球阀迅速关闭后又迅速打开,使制动轮缸内制动液压力逐渐升高(增压过程),对车轮的制动力逐渐增大。此时,不通电的常闭的二位二通电磁阀堵住回液通道。如果进入常开的二位二通电磁阀的制动液压力超过限值,则安全阀8打开,部分制动液泄出,保持进液管内压力不致过大(见图6-19(c))。
制动过程中,从轮速传感器2送到ECUl6的脉冲数逐渐减少,ECU据此信号计算汽车各车轮的制动滑移率,加上汽车减速度信号,判断各车轮是否有抱死趋向,并由此决定各车轮继续增大制动压力,以令其迅速达到10%~15%的理想制动滑移率和减速度(见图6-19(b))。在图6-19(d)中,当ABS根据轮速传感器输入信号,计算得出该车轮已达到理想制动滑移率和减速度,就会控制制动压力调节器进入保压状态。此时,ABS向常开二位二通电磁阀和油泵电动机的驱动模块电路发出高电平控制指令,向常闭二位二通电磁阀驱动模块发出低电平控制指令。常开二位二通电磁阀的电磁线圈通电,电磁吸力使滑动阀芯进一步压缩回位弹簧,将进液口关闭,使制动总泵与制动轮缸之间的液压油路切断。油泵电动机继续运转,目的是将蓄压器中剩余的制动液泵回制动总泵。常闭二位二通电磁阀低电平使回液口保持关闭状态,该轮管道内制动液停止流动。
在图6-19(e)中,当驾驶员踩下制动踏板的行程过大,使制动轮缸产生的制动力大于车轮与地面之间的附着力时,车轮就会出现抱死滑移倾向。此时车轮的减速度很大,轮速传感器将车轮即将抱死的信号输入微处理器ECU,ECU向该车轮的常开二位二通电磁阀驱动模块电路发出高电平控制指令,常开二位二通电磁阀使进液口保持关闭。同时向常闭二位二通电磁阀驱动模块电路发出一系列脉冲控制信号。当脉冲上升沿到来时,驱动模块电路使常闭阀电磁线圈通电,电磁吸力使滑动阀芯进一步压缩回位弹簧,将回液口打开,部分制动液流出到蓄压器。当脉冲下降沿到来时,驱动模块电路使常闭阀电磁线圈断电,回位弹簧弹起,将回液口关闭。每个脉冲信号都使常闭阀的球阀迅速打开后又迅速关闭,使制动轮缸内制动液压力逐渐降低,该车轮抱死滑移成分减少,滚动成分增加,轮速上升,解除制动抱死倾向。与此同时,ABS还向油泵电动机驱动模块电路发出高电平控制指令,使电动机接通12V电源运转。帮助制动液流入蓄压器,推动蓄压器活塞压缩弹簧移动,使蓄压器储液容积增大,暂时储存压力制动液,以减小回流制动液的压力波动。当蓄压器中的制动液达到一定量(约为3.6mL)时,油泵便将蓄压器中的制动液泵回制动总泵。
当所有车轮达到理想滑移率和减速度,即完成制动过程,同时将车辆停止下来。若抬起制动踏板解除制动,则各车轮的常开二位二通电磁阀的电磁线圈断电,恢复进液口通道开启状态。制动轮缸内一定压力的制动液,通过常开二位二通电磁阀流回制动总泵,轮缸制动液压力完全解除,车轮恢复自由转动状态。常闭二位二通电磁阀的电磁线圈也断电,恢复出液口通道关闭状态,油泵断电停止工作,轮速传感器恢复向ECU传递脉冲信号,为下一次制动做好准备(图6-19(a))。
制动压力调节器是防抱死制动电子控制系统的执行元件,其工作性能会影响ABS的控制效果。在MK20-I型ABS控制过程中,各执行元件的工作状态见表6-1所示。
当驾驶员踩下制动踏板时,ABS不断循环上述升压、保压、降压过程,使各车轮滑移率和减速度控制在设定阈值范围内,防止车轮抱死滑移,最终完成制动过程,将车辆停止下来。制动过程中,ABS的升压一保压一降压循环过程每秒钟一般要进行3~4次。此间,当制动液从制动总泵流入制动轮缸时,制动踏板有下沉的感觉。当制动液从制动轮缸和蓄压器流回制动总泵时,制动踏板有上升的感觉,因此驾驶员踩制动踏板的脚会有抖动的现象。这种现象在装备MK20-I型ABS的桑塔纳2000GSi轿车上达2~7次/秒。制动过程中各零部件工作过程及制动压力变化曲线见图6-20。
(1) 桑塔纳2000GSi型轿车的MK20-I型ABS/EBD的特点
1) ABS/EBD是3通道4传感器控制系统。MK20-I型ABS是在原桑塔纳2000GLi型轿车常规制动系统的基础上改制的,由于原车制动管路采用液压双管路对角线X形式布置,很容易误认为是4通道独立控制系统。
2) 制动压力调节装置(HCU)与制动总泵分离,用制动管路连通,便于维修和更换零部件。
3) 制动压力调节装置与微处理器组合为一体,简称HECU,安装在发动机舱内。8个电磁阀全部集成在ECU内部(参见图6-17),电磁阀和油泵用大功率模块式集成电路直接驱动,结构十分紧凑。
4) 制动力分配(EBD)在ABS控制软件中实现,因此不需要比例控制阀。省去了传统的机械式制动力分配装置,使前后桥制动力分配更理想。此时前轮制动力占到总制动力的78%,后轮制动力占总制动力的22%。此外,在不增加任何硬件的情况下,通过更改软件,还能实现驱动力控制TRC,达到防止驱动轮滑转的目的。
(2) 桑塔纳2000GSi型轿车的MK20-I型ABS/EBD的拆装和检修
大多数ABS工作可靠,在制动系统出现故障时,首先要确定故障是在ABS还是在常规制动系统。一般容易出故障的是控制线路、连接件和轮速传感器。
万用表可用来检测故障,万用表的内阻应大于10kΩ,最好使用数字万用表。
制动液每年要更换一次,更换时应根据说明书选择相应型号的制动液。不同规格轮胎或磨损过甚的轮胎,有可能影响防抱死制动效果。
(3) 桑塔纳2000GSi型轿车的MK20-I型ABS零部件安装位置
参见图6-l,拆装检修时应注意以下几点。
1) 将故障诊断仪接自诊断插座,记下故障代码,查手册初步确定故障所在部位和原因。
2) 欲拆卸的零部件外部要擦拭干净,拆下后要摆放整齐。拆开零件并清洁后,应按顺序摆放。不要分离油泵电动机和液压调节器(HCU)。总成零件要注意将进出口封堵,以防进入异物。
3) 需要更换的ABS零部件,必须是同型号的备件。
4) 需要对安装的零件浸湿时,只能使用制动液。
5)拆卸前应断开电源。拆卸HECU总成时,踩住制动踏板(行程不小于60mm),依次拆开制动液连接管路,注意堵上拆开的接口。
6) ECU或HCU出故障,最好整体更换HECU。
7) 检修前轮轮速传感器时,要检查传感器间隙和齿圈的轴向摆差,轴向摆差不大于0.3mm。轴向摆差过大,齿圈变形或齿数残缺,应更换轴承和齿圈。左、右前轮轮速传感器零件不同,不能互换。
8) 检修后轮轮速传感器时,要检查传感器间隙和齿圈的径向跳动量,径向跳动量应不大于0.05mm。后轮齿圈径向跳动量过大,可调整锥轴承的间隙。如调整不了,则应更换锥轴承。左右后轮轮速传感器零件相同,可以互换。
9) 回装零部件时,有转矩要求的要按要求拧紧。MK20-I型HECU安装固定支架上的拧紧力矩为20~24N·m,制动液管安装到总泵上的M10×1接头的拧紧力矩为12~16N· m,M12×1接头的拧紧力矩为15~18N·m,ECU和HCU间固定螺钉的拧紧力矩为3~4N·m。前轮和后轮轮速传感器内六角螺栓的拧紧力矩均为10N·m。
10) 加注制动液到规定刻度线,并排出系统内空气。
11) 打开点火开关,ABS指示灯发亮1.7s后熄灭为正常。清除故障代码,用故障诊断仪测试,确认系统无故障后试车,如制动踏板有反弹感觉,说明ABS工作正常。
6.4 其他轿车的防抱死制动系统
1.丰田雷克萨斯(LEXUS)LS400型轿车的防抱死制动系统
(1) ABS/TRC的形式
丰田雷克萨斯(LEXUS)LS400型轿车的ABS有带防滑转控制系统(TRC)和不带防滑转控制系统两种形式,带防滑转控制系统的ABS/TRC工作原理见图6-2l,控制系统电路见图6-22。
系统除ECU和HCU外(图6-21下部虚框为HECU组成),还有TRC执行器(关断电磁阀总成和制动液供给总成,即图6-21上部虚框的TRC)、副节气门步进电动机、主和副节气门位置传感器等零部件,ABS/TRC的ECU同时与发动机和变速器:ECU组成一个统一控制系统。控制系统在车上的布置参见图6-3。
(2) ABS/TRC的工作过程
由于ABS与TRC控制系统共用一个ECU及轮速传感器、开关信号和一些电磁阀,因此ABS与TRC的工作过程不能截然分开。
1) 开机自检和等待
ABS/TRC未工作时,HCU和TRC电磁阀5、10、11和17的电磁线圈均不通电,制动总泵8与各制动轮缸2的管路畅通。蓄压器3内的制动液有一定压力,副节气门步进电动机20不通电,副节气门2l全开。此时踩下制动踏板时,制动轮缸2内制动液压力随制动总泵8的输出压力增大而增大。
点火开关接通后,蓄电池电压加在ABS/TRC的ECU上,ABS自检。此时,三位三通电磁阀继电器处于非工作状态,ABS报警灯点亮。自检如发现ABS有故障,则故障以代码的形式存人ECU存储器内,并将ABS关闭。如自检未发现故障,则三位三通电磁阀继电器通电工作,其常开触点闭合、常闭触点打开,ABS报警灯电流截断而熄灭,说明ABS自检过程完成。蓄电池电压通过三位三通电磁阀继电器的闭合触点,加在4个三位三通电磁阀的电磁线圈一端和ABS/TRC的ECU电磁阀继电器监控器端子上,ABS进入等待工作状态。同时TRC自检,此时,仪表板上的TRC关断指示灯会点亮3s后熄灭。如果TRC关断指示灯不亮或点亮3s后仍不熄灭,则说明TRC需要进行故障检查。如TRC控制系统有故障,则仪表板上的TRC报警灯也会点亮,同时储存故障代码。但如果TRC关断开关是断开的,则TRC关断指示灯也不亮。如自检未发现故障,关断指示灯亮3s后熄灭,TRC报警灯也不亮,说明TRC自检过程完成,此时TRC制动主继电器工作,触点闭合,蓄电池电压通过闭合触点加到3个隔离电磁阀电磁线圈的一端及TRC油泵电动机继电器上。TRC副节气门继电器也工作,触点闭合,蓄电池电压加到副节气门步进电动机电源端子内部,TRC也进入等待工作状态。
TRC制动主继电器接通后,当发动机超过一定转速,如T蓄压器中的制动液压力不够高,则压力开关闭合,TRC油泵电动机继电器工作,油泵运转使T蓄压器中制动液压力升高。
2) 制动力调节
防抱死制动控制的制动压力调节器使用三位三通电磁阀5、前油泵6和后油泵7起回液泵的作用。汽车行驶过程中,主、副节气门位置传感器向发动机和变速器ECU输入关于主、副节气门开度的电压信号,4个车轮上的轮速传感器向ABS/TRC的ECU输入各车轮的转速信号。发动机和变速器ECU也将发动机是否处于怠速状态等信号输入给ABS/TRC的ECU。发动机系统如有故障,则发动机系统的故障报警灯点亮,此时ABS/TRC的ECU得不到发动机系统传递过来的信号,于是驱动防滑转控制系统不工作。ABS/TRC的ECU还可适时监测停车制动开关和制动液位开关的状态,监测变速器所处的挡位。
踩下制动踏板时,制动灯开关接通,ABS/TRC的ECU判定汽车进入制动过程。然后根据各轮速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监控,指令4个三位三通阀电磁线圈中通入较大、较小电流或截断电流,使相应制动轮缸的制动压力降低、保持或增大。同时,前、后油泵电动机继电器工作,油泵运转,令制动液回流,使各车轮的制动滑移率保持在设定的理想范围内。
3) 驱动防滑转控制
在驱动过程中,如果ABS/TRC的ECU根据轮速传感器输入的信号,判定驱动车轮(后轮)的滑动率超过控制门限值,则ABS/TRC控制系统开始进行驱动防滑转控制。其控制过程使副节气门继电器工作,副节气门步进电动机20通电转动,副节气门21开度减小,减少发动机进气量从而减小发动机输出转矩。当ABS/TRC的ECU判定同时需要制动时,则TRC中的3个隔离电磁阀10、11和17都通电。于是制动总泵隔离电磁阀10截断制动液的流动,而T蓄压器隔离电磁阀11和17使制动液处于可流通状态,T蓄压器中的压力制动液就通过T蓄压器隔离电磁阀、后油泵旁的两只三位三通电磁阀进入两后轮制动轮缸,对后轮实施制动并进行制动压力凋节。
对于后轮驱动的汽车,防滑转控制时ECU一般根据两个前轮的轮速估算汽车速度,并与后轮的轮速比较,最后设定目标控制速度值。若驱动轮(后轮)开始滑转,则后轮轮速将超过目标控制速度值,此时通过制动和制动压力调节,ECU就可把后轮轮速控制在目标速度值附近,避免滑转发生。驱动防滑转控制期间,TRC报警灯点亮。
如果驾驶员不希望进人驱动防滑转控制,可以将TRC关断开关接通,TRC关断指示灯点亮。于是TRC制动主继电器、副节气门继电器和TRC油泵电动机继电器都处于非工作状态,驱动防滑转控制系统不工作。
在驱动防滑转制动过程中,ABS/TRC的ECU与防抱死制动控制一样,可以通过独立地控制两个驱动后轮的三位三通电磁阀电磁线圈的通电电流值,对两个后轮制动轮缸的制动压力进行增压、保压和降压的循环调节,来防止驱动轮滑转并保持制动滑移率在理想的范围内。
在防滑转制动压力调节的过程中,增压时进入制动轮缸的压力制动液来自蓄压器中,而不是制动总泵8。降压时从制动轮缸流出的制动液不流回蓄压器3,而是经三位三通阀、蓄压器隔离电磁阀17流回制动总泵8,此时ABS的后油泵7并不工作。另外,在TRC工作过程中,如压力开关13检测到T蓄压器中的制动液下降到一定值时,压力开关13接通,ECU令油泵15运转,将T蓄压器中制动液的压力提升到正常值。
4) 故障诊断
自诊断插座与故障诊断通信插座(TDCL)相应的端子相连,若ABS/TRC出现故障,ABS报警灯或TRC关断指示灯就会闪烁,同时显示存储的故障代码。丰田雷克萨斯LS400型轿车ABS/TRC控制系统的故障代码及所指示的故障见表6-2。
TRC报警灯常亮,ECU故障。
要清除ECU中储存的故障码,在自诊断插座和故障诊断通信插座(TDCL)相应的端子相连的情况下,3s内连续踩制动踏板8次以上即可。
2.长丰猎豹越野车的ABS
长丰猎豹CFA 2030系列车型的ABS可以选择三通道或二通道控制模式,多数情况下是三通道控制模式,其零部件构成及工作原理见图6-23,控制系统电路见图6-24。安装在发动机舱内的制动压力调节装置(HCU)由6个二位二通电磁阀、2个蓄压器、2个回流油泵等组成。两前轮独立控制通道各用两只二位二通电磁阀,以低选原则一同控制的后轮通道共用两只二位二通阀,ECU确定“优先选择”4轮驱动状态的自由轮啮合开关位于前驱动桥上。此外该车ABS使用中央差速器锁定探测器开关来检测中央差速器的锁定状况,并安装在分动器的上部。
TRC报警灯常亮,ECU故障。
要清除ECU中储存的故障码,在自诊断插座和故障诊断通信插座(TDCL)相应的端子相连的情况下,3s内连续踩制动踏板8次以上即可。
2.长丰猎豹越野车的ABS
长丰猎豹CFA 2030系列车型的ABS可以选择三通道或二通道控制模式,多数情况下是三通道控制模式,其零部件构成及工作原理见图6-23,控制系统电路见图6-24。安装在发动机舱内的制动压力调节装置(HCU)由6个二位二通电磁阀、2个蓄压器、2个回流油泵等组成。两前轮独立控制通道各用两只二位二通电磁阀,以低选原则一同控制的后轮通道共用两只二位二通阀,ECU确定“优先选择”4轮驱动状态的自由轮啮合开关位于前驱动桥上。此外该车ABS使用中央差速器锁定探测器开关来检测中央差速器的锁定状况,并安装在分动器的上部。
ABS工作时,自检可能会听到来自发动机室的响声,制动踏板可能振动或踏板踩不下去。在雨雪或砂石等路面实施制动,其制动距离可能比未装ABS的汽车制动距离更长,这些都是正常的。汽车高速转向行驶、在摩擦力小的路面上转向行驶或绕过障碍物转向行驶时进行制动,即使不紧急制动,ABS也会工作。
3.神龙富康轿车的ABS
神龙富康轿车的ABS采用博世(BOSCH)5.3系统,其制动压力调节是在每个车轮上使用一个三位三通电磁阀。其控制系统电路见图6-25。轮速传感器感应线圈与信号转子齿圈的间隙为0.3~1.2mm。
神龙富康轿车ABS工作时,有时会感到制动踏板轻微下沉或轻微的振动,高速行驶中急转弯或冰滑路面上行驶时有时ABS报警灯会先亮后熄,车速小于ABS起作用时的车速时可能会出现制动抱死,在地面上拖出淡淡的痕迹,这些现象都是正常的。
若接通点火开关后ABS报警灯亮3s仍不熄灭,或汽车行驶过程中ABS灯点亮后不熄灭,说明ABS有故障,用故障诊断仪读取故障代码可获取故障部位信息。
2 其他电子控制制动系统
为了提高汽车行驶的安全性,除标准配置的ABS外,一些新的制动控制系统还在不断推出。如电子制动力分配系统EBD(Electronic Braking Force Distribution)、弯道制动控制系统CBC(Curve Braking Control)、制动辅助系统BAS(Braking Assistant System)以及电控制动系统EBS(Electronic Braking System)等。
1.电子制动力分配系统(EBD)
汽车制动力只能小于等于车轮与地面的附着力。在附着条件许可的情况下,希望制动力越大越好,以尽量缩短制动距离。但当制动力等于附着力,以至于出现车轮抱死滑移现象,制动就不能收到预期的效果。如前轮制动抱死,后轮仍在滚动,则因转向轮抱死失去侧向附着力,汽车将失去转向控制能力。若后轮制动抱死,前轮仍可转动,则汽车受到很小的侧向力就可能甩尾甚至调头。后者出现交通事故比前者的后果更严重。因此,为了得到尽可能大的制动力和保持方向的稳定性,即既不失去转向控制能力又不出现甩尾甚至调头,则前后轮制动应同步到达抱死滑移。而前后轮同步抱死滑移的条件是,前后轮制动力之比应等于前后轮对路面的垂直载荷之比。
汽车制动时,由于惯性,前轮对地面的垂直载荷会变大。制动力越大,前后轮对地面垂直载荷之比值变得越大。如果前后轮制动力之比可随时调节到与前后轮对地面垂直载荷(或附着力)之比,制动时,汽车前后轮就可同步抱死滑移。若前后轮在制动时,同步到达抱死,制动效率最高。
汽车空载和满载时,重心位置不同,总质量不同,理想的前后轮制动力分配比例也不同。为了尽量避免后轮先抱死这种最恶劣的情况发生,并充分利用地面附着力条件产生最大制动力,就要对汽车制动系统进行制动力调节,以满足空车和重车条件下的理想制动力分配比例。 常规制动系统是将机械式制动力调节装置串联在后促动管路或者前促动管路上,这些装置有限压阀、比例阀、递增阀、感载阀和惯性阀等。
感载阀能感知汽车的实际装载质量,根据汽车总质量和重心位置来通过确定管路压力分配特性曲线进行调节,使空车或载重汽车制动时,前后轮能实现同步抱死滑移。串联在气压或液压制动系统后促动管路上的限压阀的作用是,当前后促动管路中的气压力或液压力达到一定值后,即限制后促动管路中的气压力或液压力保持不变,以防止后轮先制动抱死这种情况的发生。串联在气压或液压制动系统后促动管路上的比例阀的作用是,当前后促动管路中的气压力或液压力达到一定值后,即自动限制后促动管路中的气压力或液压力的增长速率,保持后促动管路中的气压力或液压力增长速率小于前促动管路,这样可使后轮也能获得尽可能大的制动力而且不会比前轮先期抱死。仅用于气压制动系统的串联在前促动管路的递增阀,以后促动管路气压力作为控制压力,控制前促动管路的气压力,可以获得和比例阀相类似的前后促动管路气压力分配特性。用于液压制动系统的惯性阀,作用特性曲线类似于感载阀,但调节作用起始点控制压力取决于制动时作用在汽车重心上的惯性力,即起始点控制压力不仅取决于汽车总质量,而且取决于汽车制动减速度。
安装了上述机械式制动力调节阀的制动系统,不能保证在任何路面上都有较高的制动效率。同样安装了ABS的汽车,虽然可以避免在制动过程中出现各车轮不同期抱死,起到防止侧滑或失去转向能力的作用,但却不一定能保证前后车轮同时达到最大制动强度,获得最短的制动距离。在ABS基础上,加装电子制动力分配系统EBD就可有效地解决这一问题。
前后轮的制动滑移率之差为:
△S=S1-S2=(R2ω2一R1ω1)/υ
式中,S1、S2分别是前后轮的制动滑移率;R1、ω1和R2、ω2分别是前轮、后轮的车轮直径和角速度;υ是汽车速度。
车轮抱死时的滑移率S=100%。理想制动情况是前后轮同时抱死,此时,△S=0,即R2ω2=R1ω1。如果在汽车制动过程中能始终保持前轮后轮的制动滑移率之差△S=0,也就是控制R2ω2=R1ω1,就能保证前后轮同时达到抱死状态。
图6-26对安装机械式制动力调节装置和安装电子制动力分配系统EBD的制动力的调节性能进行了比较,从中可以看出,虽然机械式制动力调节装置可以避免后轮先抱死,但制动力调节性能曲线与轻、重车理想的制动力分配曲线相差较大,制动效率低。而电子制动力分配系统不管是轻车还是重车条件下,都能产生锯齿形的压力调节作用,使制动力曲线与理想的制动力分配曲线拟合率较好,制动效率较高。
电子制动力分配系统EBD的调节过程和防抱死制动系统ABS的调节过程是相似的,即通过对车轮制动压力实行不断降压、保压、升压的循环控制来实现的。因此,在装备有ABS的汽车上只要通过修改控制软件程序就可同时实现电子制动力分配和制动防抱死。汽车制动过程中,EBD先起作用,当车轮接近抱死时ABS才起作用,而EBD作用消失。目前国产轿车如桑塔纳2000GSi、派力奥、西耶那、福美莱等都装备了ABS十EBD制动系统。
2.转弯制动控制系统CBC
汽车转弯时有较大的离心力,尤其车速较高时更是这样,此时对汽车实施制动,既要保持汽车的横向稳定性,又要有良好的制动效果,仅有ABS十EBD是不够的。转弯制动控制系统CBC的作用是,当汽车转弯制动时,通过调节汽车两侧车轮制动轮缸中的制动压力,使外侧车轮在制动过程中获得更大的制动力。
转弯制动控制通常采用转向角前馈(Feedforward)和横摆角速度反馈(Feedback)联合控制方法,控制原理见图6-27。为实现汽车转弯时对两侧车轮制动轮缸中制动压力上的调节,在ABS硬件基础上增加了4个轮缸压力传感器、1个横摆角速度传感器、1个汽车加速度传感器和1个转向角传感器。CBC对每个制动车轮进行独立控制,使制动过程稳定和有足够的制动力,保证汽车转弯制动性能和直线行驶制动性能一样。宝马X4.6is型多用途车(SUV)上即装备了CBC系统。
3.动力制动控制系统DBC
动力制动控制系统DBC(Dynamic Brake Control)又称为动力制动辅助系统或紧急制动辅助系统。DBC的作用是,制动时若驾驶员没把制动踏板踩到底,助力油泵工作并向制动总泵油路提供较高的制动液压力,以缩短制动系统的反应时间,减小制动距离,减少交通事故的发生率。
DBC是在ABS中,加装制动踏板位移传感器或制动总泵液压传感器,同时增加一套助力液压系统。汽车紧急制动时,当ECU根据制动踏板位移传感器和制动总泵液压传感器的输入信号,判断发生了紧急制动时,DBC就立即投入工作,指令助力油泵向制动总泵提供较高的制动液压力,以提高制动反应速度和制动力。
紧急制动情况下,装有DBC的制动系统比不装DBC的制动系统,汽车达到最大减速度的时间要快约300ms,因此对紧急制动下避免交通事故是十分有利的。图6-28对有DBC的制动系统和不装DBC的制动系统的汽车制动减速度进行了比较,从中可看出,当制动减速度超过40%时,带DBC的制动系统制动时间明显缩短。
4.电控制动系统EBS
应用于货车气压制动系统的EBS,是在气压制动系统的基础上开发的。EBS将传统气压制动系统的零部件以电动控制阀、三维车轮制动力传感器、牵引力传感器、ECU和控制电路等取代,从而实现更快速的主车和挂车制动。同时,EBS还具有监控和故障自动诊断作用。EBS的构成见图6-29。
当制动发生时,ECU根据各传感器输入的信号,指令各车轮上的电动控制阀打开进气口,关闭排气口,于是储气筒中的压缩空气进入各制动分泵产生制动。当制动力达到制动踏板位移所要求的制动强度时,电动控制阀进、排气口均关闭,以保持制动状态。驾驶员抬起制动踏板,ECU则指令各电动控制阀关闭进气口,打开排气口,将制动分泵内的压缩空气排出到大气中,解除车轮的制动状态。
电控制动系统EBS还可加入ABS和EBD等电子制动控制功能,使车辆气压制动性能更好。实际使用中,汽车前轮采用的是传统气压制动系统,后轮采用的是电控气压制动系统,这样,一旦电控制动系统出现故障,仍可利用传统气压制动系统产生足够的制动力,以确保制动的可靠性。
制动系统电子化,很容易实现与发动机电控燃料供给系统、电子点火控制系统、电控主动或半主动悬架、电控自动变速器和电控防碰撞系统等组合控制,从而提高汽车的综合控制性能。
5.混合制动器控制技术
将防抱死制动系统和离合器操纵控制系统集成发展起来的电动液压制动系统(EHB)作进一步改进,就成为一种先进的低成本的替代EHB的新型混合制动系统,即混合制动器。
混合制动器的后轮制动,是智能型的电动钳盘式装置。前轮制动仍然采用传统的液压制动装置,并具有ABS调整制动力。当驾驶员踩制动踏板时,传感器检测到制动发生信号,送人ECU,ECU即指令后轮电动钳盘系统和前轮液压系统实施制动,并可获得最佳的前后轮制动力分配效果。
混合制动器的驻车制动是整体式的电控驻车制动器,器件数量少,用销钉和螺栓直接固定在后轮制动器旁安装,不再使用连接液压管道、软管和驻车制动电缆等。同时还取消了驻车制动操纵杆或踏板,扩大了汽车内的乘坐空间。
混合制动器有如下特点:
1) 电动钳盘制动反应更快,制动片移动滞后改善,制动踏板踩下时感觉良好。后制动钳能调整并独立控制,从而可改进前后制动力的平衡。
2) 整车质量减轻,某些汽车后轮的制动配件数量更少。不同型号的汽车可以选用同一驻车制动系统。
3) 取消了后轮制动系统的液压管道、软管和液压驻车制动机构,因此省去对液压系统管道进行抽空和灌装制动液的时间,使装配更简单快捷。
4) 混合制动器还具有以按钮操纵驻车制动器、动态驻车制动、上坡防止汽车后退和ABS等功能。上坡时防退功能能有效地帮助驾驶手动挡变速器的汽车驾驶员进行坡道起步。