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杏彩体育:汽车制动系统的基本功能和工作原理
- 分类：行业新闻
- 作者：杏彩体育官网
- 来源：杏彩体育官网app
- 发布时间：2024-12-23 01:49:33
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杏彩体育:汽车制动系统的基本功能和工作原理
【概要描述】制动器供应商：制动器按结构可分为块式、带式、盘式和锥形。根据操作条件，可分为常闭、常开、综合等。按驱动方式可分为自动控制和综合控制。根据动力源类型的不同，可分为手动、脚踏、电磁、液压和电磁液压组合。
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传统汽车的底盘主要由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成，除了支撑汽车的发动机及其他零部件外，还具有接收驾驶员的操作指令，使汽车实现行驶、转向以及制动等功能， 是燃油车的重要组成部分。其中，传动系、行驶系、转向系以及制动系四部分相互连通、相辅相成，共同构成了汽车底盘，也构成了线控底盘技术的基础。
制动系主要由制动器、助力器、制动片等部件组成，主要功能是降低处于行驶过程中汽车的速度或使其停止，大致可分为行车制动和驻车制动。其中行车制动主要用于行车时降低行车速度或使汽车停止，驻车制动主要用于停车后防止汽车发生滑动。
制动技术可分为气压制动和液压制动，通用和福特分别于1934年和1939年采用了液压制动技术。后续历经多次迭代，到20世纪50年代，液压助力制动器已开始规模化量产上车，成为后机械式制动时代的主流制动方案。以一辆配备液压制动系统的传统乘用车为例：其制动系统主要包括制动踏板、真空助力器、制动液、制动油管、制动主缸、制动轮缸以及车轮制动器，当驾驶员踩住制动踏板时发生作用力，推动真空助力器的后腔进气控制阀打开，随即后腔充气使压力大于前腔形成压力差，从而将制动力放大形成对制动主缸推杆向前的推力，推动制动主缸内的液体进入制动管路形成车轮制动力，由此车轮制动器得以执行制动操作。
此外，随着汽车电子技术的发展，人们以液压制动系统为基础，增加了很多制动辅助系统，例如制动防抱死系统(ABS、1978年博世首发)、牵引力控制系统(TCS、1986 年博世首发)、稳定性控制系统(VDC、1992年博世首发，并推出同时集成 ABS/TCS/VDC 功能的划时代产品ESP)、自动驻车功能(AUTOHOLD)、陡坡缓降控制(HDC)、刹车优先系统(BOS)等，均是在原液压制动系统中增设一套液压控制装置，控制制动管路中制动液的增减，以控制制动压力的变化适用于不同场景。
在新能源汽车时代，由于车内失去了由发动机产生的真空压力来源，倒逼制动系统再次改造升级。目前针对此问题，提出了智能刹车系统(IBS)的概念，主要有两种解决方案，分别为电子真空泵(EVP)方案和线控制动方案(EMB/EHB)：
EVP的作用是为真空助力器提供动力源，因为电驱动乘用车没有传统的发动机，无法为真空助力器提供真空度，真空助力器无真空下无法提供制动助力。该系统通常还会带一个真空罐，用于存储一定容积的真空，使系统的真空度更稳定，同时降低EVP的启动频次，增长EVP使用寿命。PTS主要是为了给电机提供制动信号，有效利用制动空行程进行能量回收，提高能量回收率。
(2)线控制动方案：相较于传统的液压制动，线控制动以电子助力器替代了真空助力、以导线替代液压/气压管路。其工作原理为通过油门踏板传感器将驾驶人实际操作转变成电信号 传递给ECU，ECU对传输来的相关指令实施综合计算(传感器监测油门踏板的行程和力， 车速传感器判断汽车是否处于正常减速中)，若判定为正常动作则将信号再次传递给制动执行器，最终实现制动。
以市面常见的线控制动系统为例，根据有无液压后备分为EHB电子液压制动和EMB电子机械制动。其中，EHB实现难度较低，仅用电子元件替代传统制动系统中的部分机械元件，保留传统的液压管路，当线控系统失效时备用阀打开即可变成传统的液压制动系统，因此也可理解为线控制动系统发展的第一阶段。
的需求。One-Box 方案具有集成度高、成本低、能量回收效率高等优势，逐渐成为线控制动的主流方案。
产生驱动力推动主缸活塞运动，使油壶中的制动液流入主缸管路并进入ESC进液阀，经ESC中的调压阀和进液阀流入4个轮缸，从而建立起制动力。当eBooster不工作时，ESC也可以独立控制制动液从主缸流入轮缸，从而建立制动力。
eBooster建压的动态响应速度比ESC主动建压更快，且NVH表现更好，因此eBooster是制动控制系统中的主执行机构。
在正常功能下，eBooster通过控制助力单元高效精准地辅助驾驶员制动;当eBooster出现故障而导致助力系统失效时，eBooster请求ESC激活HBC(Hydraulic Brake Failure Compensation)功能，HBC功能激活后，当驾驶员踩下制动踏板时，主缸压力发生变化，HBC功能根据主缸压力变化识别驾驶员制动意图，并控制建压泵工作主动建立轮缸压力，从而实现驾驶员助力。而在eBooster和ESC都失效的情况下(如整车
故障)，驾驶员踩下制动踏板，踏板力直接作用在推杆上，推杆推动主缸活塞移动使主缸液压流入轮缸从而产生制动力，该过程为纯机械建压。
构型来看，汽车线控制动系统仅由一个ECU和一个制动单元来构成;从软件控制来看，线控制动系统仅由一个ECU控制，该ECU一般称为ESC，ESC包含主要功能有：ABS、VCS、VDC、制动能量回收等功能。ABS 可以将车轮滑移率保持在理想值，并防止车轮抱死;
TCS 用于保持车辆加速稳定，通过发动机 ECU(Electronic Control Unit)或者VCU和制动系统来调节驱动轮的过度滑转，保持驱动力处在最佳车轮滑转率范围;
根据横摆角速度或者质心侧偏角与目标值的偏差判断车辆是否跟随驾驶员转向意图，并对各个车轮进行有针对性的制动，减轻驾驶员操作负担并防止车辆侧滑。博世推出的IPB(In
器并建立压力，踏板力-踏板行程曲线由主缸和踏板模拟器特性决定。与此同时，IPB ECU识别踏板位移信号，依据标定好的踏板位移-系统压力曲线控制电机建压，产生车辆减速度。在纵向及横摆运动控制中，通过ABS/ESC液压调制模块对各轮轮缸压力进行调节。因此，对于IPB制动系统，踏板位移-减速度曲线是可以通过刷新标定参数进行更改的。 IPB降级模式比较复杂，不同的失效类型对应不同的降级模式，这里对助力失效(如IPB断电)进行讨论。在此种模式下，IPB进入机械backup模式，阀1，4，5关闭，2，3打开，驾驶员踩踏板建立的压力直接进入轮缸并产生车辆减速度。根据法规ECE R13-H要求，系统应产生不小于2.44m/s^2的制动减速度。 因制动踏板解耦，无需过多考虑主缸需液量对踏板位移的影响，IPB的主缸缸径可比传统brake apply系统小，机械backup模式下，相同踏板力下系统产生压力较高。2.3 ABS技术
ABS技术，又称为制动防抱死系统，顾名思义，就是指防止在汽车行车制动时车轮出现抱死的情况。所谓抱死，是指汽车车轮在制动时停止转动，以盘式刹车为例。刹车的时候，制动系统推动刹车片夹住车轮上的刹车盘，通过巨大的摩擦力使车轮停止转动，车辆就会由于轮胎和地面间的摩擦力而停下来。刹车的实质，其实就是将车辆的动能转换为刹车片与刹车盘之间，以及轮胎和路面之间发生摩擦而产生的热能。如果让车轮停止转动的制动力(刹车片与刹车盘之间的摩擦力)超过了轮胎和路面之间的静摩擦力，那么轮胎就会在路面上发生滑动，而车轮并不转动，这种现象就是车轮抱死。车轮一旦被抱死，不再滚动，那么在路面上滑行的汽车就像是在冰面上滑动的冰球，完全失去控制方向的能力，无法躲避障碍，还容易发生旋转，非常危险。当在湿滑路面上刹车时，由于轮胎与路面之间的静摩擦力很小，比较容易被制动力超过，造成抱死。而在干燥路面上大力急刹车的时候，要是制动力非常大，也会超过轮胎和地面之间的静摩擦力，同样造成抱死。 在没有ABS的年代，有经验的驾驶员会通过“点刹”来防止车轮抱死，也就是踩一点刹车后再松一点刹车，不断反复。ABS实际上就是在ECU控制下的自动点刹。在需要紧急制动的情况下，驾驶员只需要大力踩死刹车，专心控制方向。ABS会自动根据传感器获得的
高速做出交替刹车和松开刹车的动作，点刹的速度可以高达每秒十几次。ABS还可以通过控制刹车液的压力自动调整每个车轮上刹车的力度，以达到最佳的刹车效果，同时保证车轮不被抱死。
从图4可以看出，当常规制动时，ABS不起作用，但是即使在这种情况下，轮速传感器也一直监测着车轮的减速度，当轮速传感器信号表明车轮正在趋于抱死时，ECU给液压调节单元发出控制指令，激活输入阀，输入阀的动作将制动回路与主缸断开，停止制动压力继续增长，由于输出阀此时仍处于关闭状态，使压力保持不变，这就是保压状态。这种状态下，如果轮速传感器的信号表示车轮依旧减速太快，ECU就给液压调节单元发出控制指令，打开输出阀，制动液在回油泵的作用下从制动回路回到制动主缸，制动轮缸的压力减小，使车轮的制动减弱，这就是减压状态。当轮速传感器的信号表明由于制动液压力的减小车轮重新加速时，ECU停止向液压制动单元发出
，关闭输出阀，打开输入阀，此时制动液的压力又增大，又使车轮开始减速，每秒钟这一循环重复四到六次。这就达到防止车轮抱死的目的。2.4 TCS技术
牵引力控制系统简称TCS，又称驱动防滑控制系统。它能防止车辆尤其是大马力车在起步、加速时驱动轮打滑，维持汽车行驶的稳定性;本质上，TCS是ABS系统在汽车上的衍生产物。从汽车理论角度，TCS主要是通过调节驱动力矩的大小，保证该力矩不超过轮胎与路面的最大附着力，提高车辆安全性。
节气门开度调节是通过控制发动机节气门的开度角来控制进气量，从而调节发动机的输出扭矩。采用这种控制方式时，发动机工作平稳，但响应较慢。
点火参数调节是指减小点火提前角，燃油供给调节是指减小供油量或暂停供油，这两种控制方法响应较快，但可能会引起发动机的不正常工作。
发动机输出转矩调节是最早应用的牵引力控制方式，它在低附路面上或在高速时控制效果比较好。但是发动机响应较。