电子控制制动系统

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{zg}。

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{zd0}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{zd0}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1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。

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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2。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。

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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{zd0}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3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。

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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4。

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。

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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{zj0}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。

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