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标题: 车辆电控主动安全系统 [打印本页]

作者: admin 时间: 2015-4-27 20:26
标题: 车辆电控主动安全系统
车辆在安全方面有两种要求：第一种是被动安全，要求在发生碰撞时能够保护乘员，而另一种是主动安全，即提高车辆行驶的稳定性，要求防范事故于未然。利用电子控制技术来提高车辆主动安全系统的性能并扩展其功能已得到广泛的应用和发展，现代车辆电子控制主动安全系统主要包括ABS、BAS、ASR（TCS）、ESP等。
　　一、ABS
　　防抱制动系统ABS,英文全称Anti-lock Braking System。
　　制动时方向的稳定性，是指汽车制动时仍能按指定方向的轨迹行驶。当汽车高速行驶时，如果因为紧急制动而使车轮完全不能转动（专业术语称之为“车轮抱死”），那是非常危险的。若前轮抱死，将使汽车失去转向能力；若后轮抱死，将会出现跑偏、侧滑甚至甩尾，对行车安全造成极大的危害。
　　汽车的制动力取决于制动器的摩擦力，但能使汽车制动减速的制动力，还受地面附着系数的制约。当制动器产生的制动力增大到一定值时，汽车轮胎将在地面上出现滑移。据试验证实，当车轮滑移率为15％～20％时附着系数达到最大值（图1），因此，为了取得最佳的制动效果，一定要将车轮滑移率控制在15％～20％范围内。ABS的工作原理是，依靠装在各车轮上高灵敏度的车轮转速传感器（以及车身上的车速传感器），通过计算机控制，一旦紧急制动时发现某个车轮抱死，计算机立即指令压力调节器使该轮的制动分泵减压，使车轮恢复转动（图2）。ABS的工作过程实际上是抱死→松开→抱死→松开的循环工作过程，刹车在1s的时间内可作用60至120次，即相似于机械自动化的“点刹”动作，使车轮始终处于临界抱死的间隙滚动状态（车轮滑移率在15%～20％范围内，即图1阴影部分）。从而提高制动减速度，缩短制动距离，但最重要的还是克服侧滑和跑偏，保证汽车的方向稳定性，防止车身失控等情况的发生。

　　以上介绍的是单参数（轮速）控制ABS，还有一种双参数（轮速、车速）控制ABS，它增加了一个车速传感器测速雷达）。这种ABS可保证滑移率的理想控制，防抱制动性能好，但由于增加了一个测速雷达，因此结构较复杂，成本也较高。根据ACEA（欧洲车辆制造协会）的调查，如今每一辆欧洲生产的新车都搭载了ABS系统，全世界有超过60%的新车拥有此项装置。在我国，2005年颁布的《机动车运行安全技术条件》（国家标准）规定：“从10月1日起，总质量大于12000kg的长途客车和旅游客车、总质量大于16000kg允许挂接总质量大于10000kg的挂车的货车及总质量大于10000kg的挂车必须安装符合GB/T13594规定的ABS。”
　　二、BAS
　　制动辅助系统BAS，英文全称Brake Assistant System。
　　BAS是ABS的有力补充。汽车在紧急情况下，尽管驾驶人员做出迅速反应，但往往不能对制动踏板施加足够的压力，或者因为犹豫而使全力制动过迟，甚至做出错误反应。如图3所示，如果一直用很小的力踩下制动踏板，要持续较长的时间才能完全制动，制动行程较长，称为制动不足；如果在制动的初期用了一个很小的制动踏板力，且这个力的增加非常缓慢，也使得制动起效滞后，称为制动犹豫；而由BAS辅助完成的制动效果大不一样，制动作用迅速起效，大大缩短了制动距离。BAS根据驾驶人员踩下踏板的力度及速度，将制动力适时加大，从而提供了一个有效、可靠、安全的制动。

　　BAS电子控制单元从发动机电控模块ME、牵引系统控制模块、BAS踏板行程传感器、BAS释放开关等接收输人信号，经转换处理后输出到BAS电磁阀、BAS指示灯。电子控制单元根据输人信号决定其控制模式：①若驾驶员踩制动踏板的速度未达到启动BAS的规定值，则BAS制动调压器中的电磁阀处于一个基础的位置，此时为常规操作模式；②当行驶速度高于8km/hld制动踏板速度满足激活系统的条件时，电子控制单元激活电磁阀，电磁阀立刻对压力室和真空室加压，从而施加最大制动压力，即使驾驶员只稍稍踩一下制动踏板或未能给其施加最大压力，这一过程仍可产生（图4）。由于防抱制动系统根据滑动系数继续精确地校准制动力，从而使驾驶员仍可控制汽车驾驶，因此，在自动紧急制动过程中，车轮不会抱死；③当行驶速度小于3km/h或BAS持续工作时间大于20s时，BAS压力减弱。如果驾驶员把脚从制动踏板上挪开，专用减压装置会关闭电磁阀，并立刻中止自动助力作用。

　　在2000年生产的凌志LS400上开始将BAS列为标准配备，它和ABS配合．工作，在紧急制动的状况下系统如感应到制动踏板力不足时，BAS会自动补偿对制动系统的施力，让车轮尽早达到抱死状态，以便激活ABS，使制动距离达到最短。
　　在干燥路面上，由于驾驶员对踏板加压不足，大多数驾驶员需要长达73m的制动距离才能使速度为100km/h的汽车停下来。相比之下，带有BAS的汽车仅需40m即可停下来，即制动距离缩短了45％。即使驾驶员稍有延误后才施以最大制动力，制动辅助系统仍可使制动距离缩短6m。
　　三、ASR（TCS）
　　牵引力控制系统TCS，英文全称Traction Control System，又叫做加速防滑系统ASR（Acceleration Slip Regulation）。
　　ASR和ABS的工作原理方面有许多共同之处，两者合并使用可形成更佳效果，构成具有防车轮抱死和防驱动轮打滑控制(ABS/ASR)系统。这套系统主要由轮速传感器、ABS/ASR ECU控制器、ABS驱动器、ASR驱动器、副；节气门控制器和主、副节气门位置传感器等组成。
　　在汽车起步、加速及行进过程中，ECU根据轮速传感器输入的信号，当判定驱动轮的打滑现象超过上限值时，就进入防滑程序。首先控制发动机动力输出，通过调整点火正时或节气门开度，来调节发动机的输出转矩。当ECU判定需要对驱动轮进行介人时，会将信号传送到ASR驱动器对驱动轮（一般是前轮）进行控制，以防止驱动轮打滑或使驱动轮的滑转率保持在安全范围内。通常是根据汽车的行驶和车轮的滑转状况，对发动机输出功率和驱动车轮制动综合协调控制，使驱动车轮的滑转率保持在理想的范围之内，实现对驱动轮牵引力的控制，以确保汽车在起步、加速及滑溜路面行驶时有良好的牵引性和行驶稳定性。第一款搭载ASR系统的新车型在1987年出现，奔驰S级轿车再度成为历史的创造者。
　　四、ESP
　　电子稳定程序ESP，英文全称Electronic Stability Program。
　　ESP是现代汽车主动安全性技术发展的里程碑，它综合ABS、BAS和ASR3个系统的功能，让驾驶员只要专注于行车，让计算机轻松应付各种突发状况。ESP有别于ABS与ASR仅能增加制动与加速时的稳定性，ESP在行车过程中任何时刻都能将车辆在维持最佳的动态平衡与行车路线上。
　　ESP系统的传感器主要有转向传感器（监测方向盘转动角度以确定汽车行驶方向是否正确）、轮速传感器（监测每个车轮的速度以确定车轮是否打滑）、摇摆速度传感器（记录汽车绕垂直轴线的运动以确定汽车是否失去控制）与横向加速度传感器（测量过弯时的离心加速度以确定汽车是否在过弯时失去地面附着力）。控制单元将传感器测量的相关数据与预先储存在控制程序中的标准技术数据进行比较，确定轿车行驶状态不稳定的程度及其原因，进而控制一个或多个车轮制动压力的施加或释放，必要时还对发动机输出扭矩作精准的调节，采取最有利的安全措施使汽车始终保持安全稳定的行驶状态。
　　ESP的特点：①实时监控：ABS系统一般是在车辆制动时发挥作用，ASR系统主要是在车辆起步和加速时发挥作用。而ESP则不同，它始终处于．工作状态，能够实时监控驾驶者的操控动作、路面反应、汽车运动状态，并不断向发动机和制动系统发出指令。②事先提醒：当驾驶者操作不当或路面异常时，ESP会用警告灯警示驾驶者。
　　延续过去ABS与ASR诞生时的惯例，奔驰S级轿车还是首先使用ESP系统的轿车型（1995年），4年后梅赛德斯—奔驰公司就正式宣布全车系都将ESP列为标准配备。宝马与奥迪也于2001年也宣布全车系都将ESP列为标准配备。梅赛德斯—奔驰公司根据德国联邦统计局(SBA)的交通事故统计数据指出，梅赛德斯—奔驰牌轿车安装上ESP系统后，明显地降低了事故发生率。在2000/2001统计年度新登记注册的梅赛德斯—奔驰牌轿车与1999/2000年度登记注册的没有安装ESP系统的同类轿车相比较，事故率降低了15%而在同一时期，其他世界著名汽车制造商轿车事故率平均降低了11%。显然ESP系统使梅赛德斯—奔驰牌轿车的事故率的降低程度比其他品牌轿车低了4%。
　　目前ESM3种类型：①能向4个车轮独立施加制动力的四通道系统；②对两个前轮独立施加制动力的双通道系统；③能对两个前轮独立施加制动力和对后轮同时施加制动力的三通道系统。每种系统的成本不同，虽然四通道的系统要贵一些，但效果较好，所以现在的中高级车多采用的是四通道的系统。
　　2004年，中国新车的ESP系统装备率还只有3%，而同期，欧盟地区的新车ESP装备率已达35%，随着人们对车辆安全性的要求日益提高，相信ESP将如同今日的ABS系统一样，成为车辆的标准装备。
　　五、ESD
　　电子制动力分配系统EBD，英文全称Electronic Brake Distribution。
　　EBD的工作原理是用高速计算机在汽车制动的瞬间，利用传感器分别对4只轮胎附着的不同地面进行感应、计算，得出不同的附着力数值，进而控制4只轮胎制动装置以不同的方式和力量实施制动，并在运动中快速调整，使制动力与附着力相匹配，从而保证车辆的平稳、安全。EBD通常是防抱死制动系统ABS的附加装置，在汽车紧急制动、车轮将抱死的情况下，EBD在ABS动作之前就已经平衡了每一只轮胎的有效地面附着力，防止出现甩尾和侧滑。配备EBD的ABS,各车轮由于有最理想的制动力分配，可进一步缩短汽车紧急制动时的制动距离。
　　六、CBC
　　弯道制动控制系统CBC，英文全称Curving Braking Control System。
　　轮胎是车辆与地面作用的物质承担者，所以轮胎与地面的接触力学特性决定了汽车动力学特性。根据库仑摩擦定律，对于特定的路面条件和轮胎，地面的附着力是一定的，为纵向附着力与横向附着力的矢量和。纵向附着力影响制动距离，而横向附着力决定了制动过程的稳定性，很显然两者是互相制约的。汽车在弯道上制动时，由于有离心力的作用，制动过程的稳定性间题显得更突出。如何使车辆在转向制动时在横向稳定性和制动效能之间有较好的平衡，传统的ABS是无法实现的，这也正是弯道制动控制所要解决的问题。
　　汽车在弯道行驶时，由于离心力的作用和车身的侧倾，使外侧车轮受到的垂直载荷比内侧车轮的大，要获得较大的制动力，就需要对两侧轮缸的制动力进行调整。因此，CBC就是借助于ABS对两侧轮缸压力的调整来实现转弯制动控制的。为实现上述制动力的调节，在原有ABS硬件基础上．增加4个轮缸压力传感器，一个横摆角速度传感器，一个车辆加速度传感器及一个转向角传感器。CBC实现了对每个车轮的独立控制，既保证了制动过程的稳定性，又保证了具有足够的制动强度，使汽车在弯道上的制动性能和在直线道路上一样。2001年宝马公司推出的X54.6is型SUV车上就装备了CBC，使其在弯道上行驶时同样具有优良的制动控制性能，它是一款性能优良的运动型多用途车。
　　七、ESS
　　电子控制悬架系统ESS，英文全称Electronic Suspension System。
　　普通的悬架系统必须在舒适性和操纵性中进行折衷。缓冲性能越好，车辆的减振性能越好，但操控性越差，自然也会影响到制动距离。
　　电子控制悬架系统利用电子技术来提高底盘悬架的技术水平，与一般悬架系统相比，车辆的安全性和舒适性大大提高。电子控制悬架系统能根据不断变化的道路状况对·阻尼系数和车身高度进行调整。在颠簸不平的道路上，电子控制悬架系统可以通过升高车身和采用自动电子阻尼控制技术，明显地提高驾乘人员的舒适性。而在高速公路上它会自动降低车身高度，减小风阻系数，同时在必要时通过调整阻尼系数来改善汽车的操纵稳定性。如果转向稳定性提高，后轮将传递更大的制动力，从而缩短制动距离。
　　据德国保险业协会、汽车安全学会分析了导致严重伤亡交通事故的原因后的研究显示，60%的死亡交通事故是由于侧面撞车引起的，30％～40％是由于超速行驶、突然转向或操作不当引发的。我们有理由相信ABS及其衍生的ASR、ESP等电子控制主动安全系统能大幅度降低紧急状况发生车辆失去控制的机率，保证乘员的安全。

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