汽车“防滑控制系统”浅释

现代汽车有如ABS、AWD、ECI、OHC 等等诸多的英文缩写名称,但最为人们所熟悉的英文缩写名称之一,就是ABS了。可能这三个字母连在一起好记好念,不过对于今天的轿车来讲,ABS已经成为安全性能先进的重要标志之一。
ABS全称是AUTILOCK BRAKING SYSTEM,汉译就是制动防抱系统。这是一项在80年代末才兴起应用的新技术,但发展得很快,现在已经成为许多轿车的必装件了。 据统计,汽车突然遇到情况发刹车时,百分之九十以上的驾驶者往往会一脚将刹车踏板踩到底来个急刹车,这时候的车子十分容易产生纯粹性滑移并发生侧滑,即人们俗称的“甩尾”,这是一种非常容易造成车祸的现象。造成汽车侧滑的原因很多,例如行驶速度,地面状况,轮胎结构等都会造成侧滑,但最根本的原因是汽车在紧急制动时车轮轮胎与地面的滚动摩擦会突然变为滑动摩擦,轮胎的抓地力几乎丧失,此时此刻驾驶者尽管扭动方向盘也会无济于事。针对这种产生侧滑现象的根本原因,汽车专家早在60年代就研制出车用ABS这样一套防滑制动装置,并在此基础上还研制出驱动防滑装置ASR汽车上的ABS与ASR,属于同一性质的装置,统称“防滑控制系统”,两者的共性是“防滑”。有些汽车标注“TCS",实际上与ASR是同一回事。
既然是防滑,ABS与ASR的设计依据必然要涉及一个叫做“滑动率”的东西。众所周知,汽车的速度是由轮子的转速所决定的,轮子转得快汽车跑得快,轮子转得慢汽车跑得慢,似乎轮子的转速等于汽车的速度。但是在现实中,由于轮胎的变形、打滑等因素,车轮速度与汽车速度之间总是存在着差值,这个差值与汽车速度的比率就是滑动率。实验证明只有将滑动率控制在一定的范围之内,轮胎才具有最大的附着力,汽车运行才是最安全的。因此,ABS与ASR的主要功能就是将滑动率控制在一个设定的范围内。汽车上的ABS在制动过程中,通常将车轮的滑动率的控制在10%—20%之间,ASR在驱动过程中,通常将车轮的滑动率控制在5%—15%之间。控制滑动率是ABS与ASR的共同目的,但是它们又有显著的差别,ABS对所有车轮都可进行控制,而ASR只对驱动车轮进行控制;ABS只是一个控制制动的单环系统,而ASR规是控制制动也要控制发动机输出的多环系统。目前ABS在控制过程中,是通过车轮转速传感器反馈来的信号经电子控制器(ECU)处理后发出指令给电磁调节器,对各车轮的制动压力进行调节,而ASR在控制过程中,通常是借用ABS的车轮转速传感器反馈来的信号经ECU处理后发出指令,通过控制节气门开度和点火提前角的方式来调节发动机的输出扭矩,从而调节对驱动车轮的驱动扭矩。因此一些车上的ABS和ASR的部分构件是共用的,包括ECU和车轮转速传感器。目前多数轿车安装ABS装置,只有一些中高级轿车和高级大客车安装了ABS/ASR装置,因此下文主要介绍ABS装置。
控制原理ABS分有机械式和电子式两种。由于机械式不论从精度还是实际效果都比不上电子式,所以目前轿车上的ABS大多数是电子式的,它利用轿车上的液压制动系统,加上车轮转速传感器,电子控制器和电磁调节器组成了ABS,其中轮速传感器要和一种叫“齿圈”的元件配对使用,组成了ABS的传感机构。轮速传感器内有电磁线圈可产生磁力线,安装在车轮附近的一个固定部件上,齿圈安装在车轮轮辋上,车轮转动带动齿圈转动,齿圈切割磁力线使传感器内的电磁线圈感应出交变电流,其脉冲率与车轮转速成正比并被输往电子控制器内。电子控制器是一种微电子计算机,它根据各个轮速传感器的电流脉冲信号测出各个车轮的运动速度,加速度或者减速度,滑动率等数值,当这些数值超出正常值的范围内就会发出指令给电磁调节器。电磁调节器里面的柱塞会依照指令上下移动,调节输入各个车轮制动分泵的油量,起到一个阀门的作用。

综合前述各个部件的功能,ABS的工作原理简单一点来讲,就是由轮速感应器监测车轮的转速,监测信号汇集到电子控制器内分析,一旦监测到车轮快要抱死时,电子控制器会发出指令给电磁调节器,由它控制油压分配阀调节各个车轮的制动分泵,以“一放一收”的点放形式来控制刹车摩擦片,解除车轮的抱死现象。用点放形式来制动,即可急剧降低轮速,又可保持轮胎与地面的附着力。

abs

这里顺便提一下所谓ABS的“一放一收”,只是为了达到控制滑动率的一种形式,整个ABS的性能还与轮胎结构、表面花纹、充气压力、车轮偏转角、行驶速度、路面状况等因素有关。因此,凡是安装了ABS或ABS/ASR装置的汽车,不可随意更换与原车不同型号的轮胎,以免引发控制偏差。 (99.4.26)

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盘式制动器

现代轿车的制动器的鼓式和盘式两大类型,它们各有千秋,但随着轿车车速的不断提高,近年来采用盘式制动器的轿车日益增多,尤其是中高级轿车,一般都采用了盘式制动器。
汽车制动简单来讲,就是利用摩擦将动能转换成热能,使汽车失去动能而停止下来。因此,散热对制动系统是十分重要的。如果制动系统经常处于高温状态,就会阻碍能量的转换过程,造成制动性能下降。越是跑得快的汽车,制动起来所产生的热量越大,对制动性能的影响也越大。解决好散热问题,对提高汽车的制动性能也就起了事倍功半的作用。所以,现代轿车的车轮除了使用铝合金车圈来降低运行温度外,还倾向于采用散热性能较好的盘式制动器。

盘式制动

盘式制动器又称为碟式制动器,顾名思义是取其形状而得名。它由液压控制,主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。
制动盘用合金钢制造并固定在车轮上,随车轮转动。分泵固定在制动器的底板上固定不动。制动钳上的两个摩擦片分别装在制动盘的两侧。
分泵的活塞受油管输送来的液压作用,推动摩擦片压向制动盘发生摩擦制动,动作起来就好象用钳子钳住旋转中的盘子,迫使它停下来一样。
这种制动器散热快,重量轻,构造简单,调整方便。特别是高负载时耐高温性能好,制动效果稳定,而且不怕泥水侵袭,在冬季和恶劣路况下行车,盘式制动比鼓式制动更容易在较短的时间内令车停下。有些盘式制动器的制动盘上还开了许多小孔,加速通风散热提高制动效率。
反观鼓式制动器,由于散热性能差,在制动过程中会聚集大量的热量。制动蹄片和轮鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形,容易产生制动衰退和振抖现象,引起制动效率下降。

当然,盘式制动器也有自己的缺陷。例如对制动器和制动管路的制造要求较高,摩擦片的耗损量较大,成本贵,而且由于摩擦片的面积小,相对摩擦的工作面也较小,需要的制动液压高,必须要有助力装置的车辆才能使用。而鼓式制动器成本相对低廉,比较经济。
所以,汽车设计者从经济与实用的角度出发,一般轿车采用了混合的形式,前轮盘式制动,后轮鼓式制动。四轮轿车在制动过程中,由于惯性的作用,前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%-80%,因此前轮制动力要比后轮大。轿车生产厂家为了节省成本,就采用前轮盘式制动,后轮鼓式制动的方式。
四轮盘式制动的中高级轿车,采用前轮通风盘式制动是为了更好地散热,至于后轮采用非通风盘式同样也是成本的原因。毕竟通风盘式的制造工艺要复杂得多,价格也就相对贵了。随着材料科学的发展及成本的降低,在汽车领域中,盘式制动有逐渐取代鼓式制动的趋向。(99.8.23)

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