由此可見,只要給定汽車總重G,以及汽車的重心位置,就能做出該車的制動(dòng)力理想分配曲線。I曲線是踏板力增長(zhǎng)到前后輪同時(shí)抱死拖滑時(shí)的前后制動(dòng)器制動(dòng)力的分配曲線。
一般兩軸汽車的前后制動(dòng)器制動(dòng)力之比為一固定常值。前后制動(dòng)器制動(dòng)力分配為固定比值的汽車,只有在一種附著系數(shù)、即同步附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)才能使前后車輪同時(shí)抱死。具有最佳的制動(dòng)效能。
地面的制動(dòng)力首先取決于制動(dòng)器制動(dòng)力,但同時(shí)又受地面附著條件的限制。只有汽車具有足夠的制動(dòng)器制動(dòng)力,但同時(shí)地面又能提供高的附著力時(shí),才能獲得足夠的地面制動(dòng)力。
地面附著系數(shù)在制動(dòng)過程中雖然與地面情況有關(guān),但并不是一個(gè)常數(shù),它與車輪的運(yùn)動(dòng)狀況,即滑動(dòng)程度有關(guān)。汽車在制動(dòng)過程中,車輪的運(yùn)動(dòng)可分為三種情況:起初一種是滾動(dòng)狀態(tài),再后是一種邊滾邊滑的狀態(tài),最后是車輪被制動(dòng)器抱住,在地面上做完全的拖滑。一般用滑動(dòng)率來說明汽車在這個(gè)過程中滑動(dòng)成分的多少。滑動(dòng)率的定義如下:
S=(v-vw)/v×100%=v-r0ω/V×100%
式中:S——滑移率;
v——汽車相對(duì)地面的移動(dòng)速度;
vw——車輪瞬時(shí)圓周速度;
r0——車輪的工件半徑;
ω——車輪角速度。
車輪做純滾動(dòng)時(shí),v=r0ω,滑動(dòng)率s=0;在做純滑動(dòng)時(shí),ω=0,s=100%;邊滾邊滑時(shí)0<s<100%。所以滑動(dòng)率的數(shù)值說明了車輪運(yùn)動(dòng)中滑動(dòng)成分所占的比例,滑動(dòng)率越大,滑動(dòng)的成分越多。
不同滑動(dòng)率時(shí),附著系數(shù)是不一樣的。如圖2所示曲線。圖中除了縱向附著系數(shù)曲線外,還給出了側(cè)向附著系數(shù),側(cè)向附著系數(shù)與車輛的行駛穩(wěn)定性有關(guān)。
附著系數(shù)曲線OA段近似于直線,附著系數(shù)隨著滑移率的增大而迅速增大,至B點(diǎn)達(dá)到最大值。附著系數(shù)的最大值出現(xiàn)在S=15%~20%。附著系數(shù)有所下降。從圖也可以看出:滑移率越小,橫向附著系數(shù)越大。即保持轉(zhuǎn)向和防止側(cè)滑的能力越大。所以如能使滑移率保持在10%~20%之間,便可獲得較大的縱向,橫向附著系數(shù)。具有一般制動(dòng)器的汽車是無法做到這一點(diǎn)的。
3車輪防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)和電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)(EBD)的工作原理
車輪防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(Anti-LockBrakeSystem)簡(jiǎn)稱ABS,它是汽車上的一種主動(dòng)安全裝置,其作用是在汽車制動(dòng)時(shí),自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)力的大小,避免車輪完全抱死在路面上產(chǎn)生拖滑,使車輪處于邊滾邊滑的狀態(tài),以保證汽車車輪與地面間有最好的附著狀態(tài),縮短制動(dòng)距離,提高汽車制動(dòng)過程中的方向穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)向操縱能力,使汽車制動(dòng)更為安全有效。ABS系統(tǒng)可以做到我們上述所說的那樣:使汽車的滑動(dòng)率S=10%~20%之間,在此范圍內(nèi),汽車的縱向附著系數(shù)最大,可以獲得最大的制動(dòng)力。同時(shí)橫向附著系數(shù)也保持較大值,使汽車具有良好的抗側(cè)滑能力及制動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)向操縱能力,因而得到最佳的制動(dòng)效果。0≤S≤Sp稱為穩(wěn)定區(qū)域,Sp≤S≤100%稱為非穩(wěn)定區(qū)域。
ABS系統(tǒng)由傳統(tǒng)的普通制動(dòng)系統(tǒng)和防止車輪抱死的電子控制系統(tǒng)組成。下文中所指的ABS單指電子控制系統(tǒng)?,F(xiàn)代ABS一般是由傳感器、電子控制器,執(zhí)行器及警告燈等組成。其中傳感器主要是指車輪的輪速傳感器,執(zhí)行器主要是指壓力調(diào)節(jié)器。
在一般的制動(dòng)情況下,駕駛員踩在制動(dòng)踏板上的力較小,車輪不會(huì)被抱死,ABS不工作,這時(shí)就如常規(guī)的制動(dòng)系統(tǒng),制動(dòng)力完全由駕駛員踩在制動(dòng)踏板上的力來控制。在緊急制動(dòng)或松滑路面制動(dòng)時(shí),ABS將工作,工作過程是:制動(dòng)開始時(shí),制動(dòng)壓力驟升,車輪速度迅速下降,車輪的滑移率在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定界限SP,當(dāng)輪速傳感器檢測(cè)到車輪的滑移率剛剛超過SP出現(xiàn)抱死趨勢(shì)時(shí),ABS控制器輸出信號(hào)到制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器降低制動(dòng)壓力,減小車輪制動(dòng)力矩,使車輪滑移率恢復(fù)到靠近穩(wěn)定界限SP的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi),壓力保持,車輪速度上升,當(dāng)車輪的加速度超過某一值時(shí),再次將制動(dòng)壓力提高到使車輪滑移率稍微超過穩(wěn)定界限,壓力保持,車輪速度又下降。ABS按上述循環(huán)反復(fù),將車輪滑移率控制在SP附近的狹小范圍內(nèi),以獲得最佳的制動(dòng)效能和制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操控能力。ABS只有速度超過8km/h時(shí),ABS才起作用。
現(xiàn)在配備了EBD系統(tǒng),EBD的英文全稱是“ElectricBrakeforceDistribution”,即“電子制動(dòng)力分配”。在汽車行駛過程中,四個(gè)車輪的工作環(huán)境千變?nèi)f化,地面附著條件也往往不一樣,制動(dòng)時(shí)易發(fā)生跑偏、打滑、側(cè)傾甚至車輛側(cè)翻的情況。另外,制動(dòng)時(shí)由于慣性作用,車輛重心前移,車身重量大部分由前輪承受,出現(xiàn)點(diǎn)頭動(dòng)作,這時(shí)前輪與地面的摩擦力大幅增長(zhǎng),而后輪由于垂直于地面的壓力,轉(zhuǎn)移到前輪而摩擦力減弱,易出現(xiàn)甩尾這就太危險(xiǎn)了。
ABS在一定程度上可以避免上述現(xiàn)象的發(fā)生,但由于ABS對(duì)后輪的控制始終以附著力較小的一側(cè)(如行駛的冰雪,泥水路面的車輪)為基準(zhǔn)調(diào)節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行調(diào)節(jié),以保證兩側(cè)車輪制動(dòng)力的平衡,追求的是制動(dòng)穩(wěn)定性。而EBD則不同,當(dāng)緊急制動(dòng)車輪抱死的情況下,可以在制動(dòng)的瞬間經(jīng)高速計(jì)算,自動(dòng)調(diào)節(jié)前、后軸的制動(dòng)力分配比例,并不斷調(diào)整ABS液壓組件,在ABS動(dòng)作之前就已經(jīng)平衡了每一個(gè)車輪的有效抓地力,即:使四個(gè)車輪受到的制動(dòng)力與其匹配,以防止出現(xiàn)甩尾和側(cè)滑,并縮短汽車制動(dòng)距離。提高制動(dòng)效能,配合ABS提高制動(dòng)的穩(wěn)定性。 EBD的另外一個(gè)特性就是它的隨動(dòng)性。當(dāng)車輛的載重或乘員數(shù)發(fā)生變化時(shí),EBD仍然能夠根據(jù)各個(gè)車輪車速傳感器采集的信號(hào),主動(dòng)、適時(shí)、合理地進(jìn)行制動(dòng)力的“智能”分配,從而保證制動(dòng)過程中車輛的直線行駛狀態(tài)和車身的穩(wěn)定性,讓危險(xiǎn)夭折于萌芽狀態(tài)。
同樣,車輪在彎道制動(dòng)時(shí),因?yàn)閺澋离x心力,使外側(cè)的車輪承受較大的車身自重及慣性載荷,這時(shí)EBD會(huì)增大外側(cè)車輪的制動(dòng)力,防止制動(dòng)力突破輪胎與地面的抓地力而使車輛發(fā)生“自旋”。在緊急剎車,車輪抱死的情況下,EBD在ABS動(dòng)作之前就已平衡了每一個(gè)車輪的有效抓地力,可以防止出現(xiàn)甩尾的側(cè)移,并縮短汽車制動(dòng)距離。
EBD實(shí)際上是ABS的輔助功能,它可以改善ABS的功效。所以在安全指標(biāo)上又多了“ABS+EBD”在安全指標(biāo)上EBD更勝一籌。
最為重要的是ABS與EBD可以使用同一個(gè)傳感器,基本構(gòu)造基本上都不變,安裝也十分的方便,所以現(xiàn)在汽車上可以使用ABS+EBD在成本上也不會(huì)增加太多。