制动系统电子学

今天几4-每辆新车除了配置防抱死制动系统(ABS)之外，还增加了干预汽车运行动力的调节系统，例如驱动防滑调节系统(ASR)、动力稳定控制系统(DSC)及电子稳定程8-系统(ESP)等。该文简要论述了这些调节系统从发展之初到未来的发展趋势。1885年，迈巴赫和戈特利布·戴姆勒共同造出了著名的“坐骑车”(Reitwagen)。由于受结构形式限制。最高时速才12km；h。当时。动力传动系统摩擦值高得用不着操纵制动器即可有效地利仕汽车，所以制动器只处于极其次要的地位。那个时期发展重心主要放在提高发动机功率上。今天，情况明显变了，一辆功率118kW、最高时速200km／h的轿车，设计的制动系统必须人于882kW。本文首先要介绍目前已经投放市场和不久即将投放市场的轿车制动器电子调节系统．然舌再介绍目前正处在廾发过程之中的“有线制动系统”(Brake-by-Wire-System)．最后，谈谈下一步的发展趋势。防抱死制动系统早在20多午前，博世公司(Bosch)为轿车配置的首批“防抱死制动系统”(ABS)就投放到了市场上。从那时起，这种安全系统产量便直线匕升，估计到今年将有2／3在西欧生产的轿车会配詈防抱死制动系统。这种坊抱处制动系统作为第一个电子式行驶系—调节系统，彻底根除了传统制动器各轮制动力固定分配的原理性缺陷。防抱死制动系统的调节目的在于保持轮辙不3894口I()叹—CHINA．Ju，y⑧⑩⑤⑧变廾在最大减速制动时保证具有转向能力。它足靠单独调节每个车轮的制动压力实现的。出现制动打滑是由于行驶速度与车轮圆周速度之间出现了速度差，而车轮圆周速膣又与行驶速度成函数关系。如果车轮被抱死，此速度差就会达到女扩人信号分析(ABS扩充)，像电动助最大值(100％)。如果4个车轮的最大制动力力转向(EPS)一样析出制动干预和侧向导向力都能够被传送到路面上，则*转弯制动调节(CBC)说明制动打滑正在被凋件，而且4个车轮也驱动防滑调节和电子差速锁未被抱死。如果两个前轮被抱死了，汽车对冬季，驾车行驶在光滑马路上常常要转向运动便不会有反应。如果两个后轮被耗费极大的精力去小心翼翼地踩动油门踏抱死了，汽车会向一侧滑去。饭，以防车轮失去控制，尤其是靠后轮驱防抱死制动系统的基本动、载重既轻功率又大的轿车，在这种轮胎任务是，在保持转向能力的与路面之间附着力极低的马路上，牵引问情况下靠调节制动压力来得题格外突出。前轮驱动的轿车，虽然驱动轴到最短的制动距离和稳定性。具有静态载荷高的优点，但是由于起步和通过不断地向前发展和继续起动加速过程中前驱动轴动态载荷低，车优化，防抱死制动系统的功轮仍然易失去控制。除了轿车难向前行进能会变得越来越完善。之外，失去控制的车轮还会像被抱死时一此外，为了进一步扩张样丧失侧向导向力。前轮失控会使转向能ABS-系统功能，与其他系统力丧失，后轮失控则使行驶稳定性丧失，导联网工作正在顺利进行之中：致轿车开始倪滑。*驱动防滑调节(ASR)／驱动防滑调节系统(ASR)或电子差速锁驱动防滑控制(ASC)／电动，电子差速锁等系统(EDS)，将在瞬时间内控制住打滑的驱*发动机牵引力矩调节(MSR--属于动轮。如果说电子差速锁系统只是靠制动ASR子功能)器门动干预所提供的电子差速锁功能制动食电子制动／／分配(EBV)住打滑的车轮，并迅速改变了牵引力的话，那么驱动防滑调节系统则是靠自动制动和发动机干预联合发挥作用的。“驱动防滑调节”是防抱死制动系统功能的一种扩充，使用的也是防抱死制动系统的元器件。它不仅提高丫汽车牵引力，也提高了侧向导向力，在驱动防滑调节系统中调节形式之间有下面几种不同类型：——驱动力矩调节(AMR／——制动力矩调节(BMR)——BMR和AMR联合调节。当用“驱动力矩调节”时，电子调节系统根据轮胎与路面之间可供使用的附着力调节发动机驱动力。如果司机“给油”过多，“防滑监督”便会发觉车轮失控?丁滑的危险井自动节制发动机驱动力矩，以便使牵引力回降到与附着力相称的水平。驱动力矩调节系统提高了汽车在加速转弯和在摩擦系数多变的马路上行驶时的驾驶稳定性，主动安全性明显地提高了。当用“制动力矩调节”时，有“f／滑”倾向的车轮要通过车轮制动器被单独制动住。这时它只有同“驱动力矩调节”联合起来才更有意义，否则制动力矩与发动机力矩之间的均衡可能变得毫无意义。通过“制动力矩调节”，驱动防滑凋节系统(ASR)的主要优点是：*即使在极端驾驶情况下，在超车时和在一侧光滑路面上行驶时，也都有防侧滑安全性；食通过自动锁止差速器效应得到最佳牵引力和有效附着力得到充分利用，进而提高了在一侧光滑路面上的牵引力。电子制动力分配“电子制动力分配”[EBV)是在正常制动情况下，通过构建最相称的制动压力来防止后轮过度制动的。迄今为止，普遍流行的是在后桥上装一个制动力限制器，在实施中出于安全考虑。两个后轮的制动压力不得不调得很低，致使制动距离“白白放空”了。随着ABS系统的出现，人们尽可能摈弃了用机械或液压工作的“制动力调节器”，而是将电子制动力分配功能融合到了ABS-控制器里，此时它成了差分防滑调节系统。有了电子制动力分配功能，轿车再制动时便可以考虑将后轮制动力增大些了．即使在全力制动情况下，它不仅不会丧失轿车稳定性，而且制动距离还会甽显缩短，特别是在转弯制动时，电子淑动力分配更显出安全方面的得益。传统的制动力限制器过早地限制了后轴的液压制动压力。而现在后轴上的许用制动压力要高得多，因为通过ABS系统可以鉴别极高的制动防滑值，通过相应地消减制动力，可防止车尾侧滑。电-7-稳定程序自ABS系统出现以来，在主动安全领域里最彻底的变革肯定是汽车行驶动力调节系统(FDR)。1995年。博世公司作为世界上首家这种产品制造商。以产品FDR为品牌。将轿车行驶动力调节系统投放到市场上，它也是ABS系统的一部分。防抱死制动系统(ABS)和驱动防滑凋节系统(ASR)主要是使轿车在纵向方向上保持稳定，而轿车行驶动力调节系统(FDR)补救的是，防止轿车受横向作用力影响而发生侧滑。博世公司和梅赛德斯—奔驰公司共同对该系统进行厂再开友，命名为“电子稳定程序”(ESP)，并开始批量生产。今天，各式各样名称(例如ASMS、ASTC，CBWBS、DSC、FSR、ICCS、VSC等)的制动部件和系统都出现在市场上了。目前应用这种系统的主要是顶级轿车，不过一些甲档车也准备把它用作标准配置或选装件了。电子稳定程序(ESP)明显改善了轿车在许多行驶状况下的稳定性。传统的制动系统(如伺服系统)只考虑了司机的愿望，纯防滑调节系统(如ABS和ASR)。只考虑了车轮与路面之间的附着力，而偏航力矩阴节系统(如ESP)除考虑了这些以外，还能够判别轿车是否稳定地保持在司机事先没定的路线上。除了ABS系统和ASR系统中现在正在应用的转速传感器之外，电子稳定程序系统(ESP)里又增加了转向角度传感器和制动压力传感器以及旋转速率探测器和横向加速度探测器：它们或被用来感传司机事先设定的数值．或被用来探测轿车的真实运动。电子稳定程序(ESP)不断地将司机的愿望与轿车的行为加以比较。司机驾车去哪，ESP从4个车轮的转速和转向移动立即能判别出来，这寸，所需信息均由ABS系统的转速传感器和新增补的转向角度传感器提供。如果设定航线与实际航线比较后有偏差，ESP会通过各车轮上的主动制动器产生一个偏转力矩，反作用于车轮一个过度转向或不足转向。为了算出设定航线与实际航线之I司的偏差值，必须掌握有关轿车实际偏转航速方面的知识。围绕轿车竖轴的偏转航速，通过传感器测得：图1为不足转向和过度转向情况下轿车稳定行驶措施图。如果通过传感器判别出此时轿车偏转航速过大，通过有选择地制动车轮产生偏转力矩，反施加给原轿车运动。如果仅靠制动车轮还不够，该系统还会关闭节气门以减小发动机功率输出。该系统将以光学形式或声音形式告知司机其工作状况，以便在条件变化时司机能够调整其驾驶方式。制动帮手“调节器司机”往往是“司机—轿车—环境”组成的调节回路里最薄弱的部分。采用ABS系统主要是与这种新型制动器的性能有关联，越来越多的事实证明在紧急情况下司机踩制动踏板的力量太小，装在车上的制动器无法充分发挥其作用。为了避免再出现上述情况，1996年12月梅赛德斯公司以“制动器助手”(BAS)的名字，将一种可在紧急情况下缩短制动距离的电子控制系统投放市场。如果司机未能尽全力踩死制动踏板，“制动助手”会利用轿车较2000／7·汔车维修与保养39态。 b)测量膜片行程和制动踏板行程的电阻电位器。电子制动助手通过它来判别紧急制动情况，膜片行程传感器(电阻电位器)负责测量制动助力器内工作活塞速度并将该速度值高的减速度和主动的ABS功能将轿车制动告知电子控制器(ECU)。一旦超过一定速住。度，控制器便给电磁阀发出指令，进入调节“制动助手”(BAS)的核心特征是感状态。制动助力器后腔将被注满空气，直至传制动助力器上的踏板速度。当迅速踩下调节点具有尽可能大的伺服制动助动力，制动踏板，安全制动时，BAS的助手功能该力与踏板力量无关。是断开的。此时，通过真空制动助力器的电 c)组合在制动助力器里的缓解开关。子调节系统将制动压力提高到最大。该开关用来感受踏板力的回撤。一旦司机从研究结果得知，当突然要求紧急制撤回制动踏板上的脚踏力，专设的缓解开动时，虽然90％以上的汽车司机反应足够关将关闭电磁阀井关闭自动助力机构。只迅速，但是无法在需要时间内使出全力踩有同ABS相连时“制动助手”才能发挥出下制动踏板。既可避免车轮抱死又继续保持易转向性的图2是LucasVarity公司(天合汽车)功能。采用独立部件并带有各种功能的电子驱动 d)装在淑动助力器上的控制器。该控制动助力系统。制器负责处理行程传感器、缓解开关、制动“制动助手”是通过下述元件从传统制灯开关及车速等的信号和操纵电磁阀。有动助力器(BKV)扩展而来的：一个包罗万象的安全电路来防止错误动作。 a)组合在BKV里，由电子操控的数字一旦有错时，安全电路将关闭“制动助手。。开关电磁阀。一旦该电磁阀被操纵，立即产两用仪表盘的故障灯点亮，制动助力器的生出最大助动力。如果关闭该电磁阀，制动正常功能仍继续保持，助力器随即恢复到没有“制动助手”的状 e)另·个功能是预先设置了“起步援助”。在上坡停车后，它自动保持制动压力，而在起步时同样是自动松开制动器。自适应巡航控制自适应巡航控制(ACC)。是一种调节前后两辆行驶的汽车之间距离和相对速度的辅助系统。其基奉功能仍然是传统的行驶速度凋节器(调速器)上所具有的，而那种调速器只对司机预先设定的期望速度进行调节。除此之外，ACC系统通过自动提速、收油门或制动而使车速40，4口I()只·CHINA·Ju，y自动与交通条件相适应。它可以认出前头跑得较慢的车，并通过自动(而非司机主动)刹车自行减低车速，以便与前车保持较安全的距离。如果前车速度改变时，自动巡航控制车的车速和距离也部相应地随之改变。一旦前车睨离了自动巡航控制车的‘调节范围”，ACC系统将使其加速到自由行驶寸由司机调节的期望速度。ACC是一种舒适系统(电子自动驾驶仪)而非安全系统。这种ACC系统靠自主调节距离和速度减轻了司机的负担。由于目前尚无法满足复杂交通状况下识别环境的可靠性和质量(识别骑车者、步行者或静物等)，ACC系统像传统的速度调节器一样，开始只能用于通畅的交通和较高的车速区间，也就是改造好了的快速路和高速路上。从技术上看，ACC系统由ABS的电子制动调节系统、ASR的驱动防滑调节系统和ESP的电子稳定程序系统等部件及带信号处理和调节单元的雷达探测器组成。图3绘出了自适应巡航控制系统的主要部件。1995年，日本三菱重工将首批生产的自适应巡航控制系统投放日本市场。1999年5月，戴姆勒—克莱斯勒公司的S级轿车上首次配置了有雷达支持的自动距离调节系统，用户将其称作“Distronic'’(电子调距)。靠雷达支持的这种距离调速系统，设计距离150m，调速范围40—160km／h，可凋距快门1．0s—2．0s。出于安全考虑，“电子式”自动制动干预减速极限为2．0m／s。电动停车制动系统尽管大众公司早在1980年代末就已经开发出了舒适型的“电动停车制动系统”(EFBA)，但是迄今仍未开始批量生产。不过，大众公司为了批量生产该系统已经设置了起始冲子L模。电动停车制动系统(有线驻车制动器)很少用于完善主动行驶安全性，大多用于提高操作舒适性。除了毫不费力地使用开关操作之外，还可以利用各式各样的辅助功能来减轻司机在停车、起步，甚至调头时的操作负担。通过控制器局域网接口可以将电动停车制动系统扩展成为“智能型”主动停车制动器(APB)。这样一来，就可以有许多附加功能，比如：

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