由此可见,只要给定汽车总重G,以及汽车的重心位置,就能做出该车的制动力理想分配曲线。I曲线是踏板力增长到前后轮同时抱死拖滑时的前后制动器制动力的分配曲线。
一般两轴汽车的前后制动器制动力之比为一固定常值。前后制动器制动力分配为固定比值的汽车,只有在一种附着系数、即同步附着系数的路面上制动时才能使前后车轮同时抱死。具有最佳的制动效能。
地面的制动力首先取决于制动器制动力,但同时又受地面附着条件的限制。只有汽车具有足够的制动器制动力,但同时地面又能提供高的附着力时,才能获得足够的地面制动力。
地面附着系数在制动过程中虽然与地面情况有关,但并不是一个常数,它与车轮的运动状况,即滑动程度有关。汽车在制动过程中,车轮的运动可分为三种情况:起初一种是滚动状态,再后是一种边滚边滑的状态,最后是车轮被制动器抱住,在地面上做完全的拖滑。一般用滑动率来说明汽车在这个过程中滑动成分的多少。滑动率的定义如下:
S=(v-vw)/v×100%=v-r0ω/V×100%
式中:S——滑移率;
v——汽车相对地面的移动速度;
vw——车轮瞬时圆周速度;
r0——车轮的工件半径;
ω——车轮角速度。
车轮做纯滚动时,v=r0ω,滑动率s=0;在做纯滑动时,ω=0,s=100%;边滚边滑时0<s<100%。所以滑动率的数值说明了车轮运动中滑动成分所占的比例,滑动率越大,滑动的成分越多。
不同滑动率时,附着系数是不一样的。如图2所示曲线。图中除了纵向附着系数曲线外,还给出了侧向附着系数,侧向附着系数与车辆的行驶稳定性有关。
附着系数曲线OA段近似于直线,附着系数随着滑移率的增大而迅速增大,至B点达到最大值。附着系数的最大值出现在S=15%~20%。附着系数有所下降。从图也可以看出:滑移率越小,横向附着系数越大。即保持转向和防止侧滑的能力越大。所以如能使滑移率保持在10%~20%之间,便可获得较大的纵向,横向附着系数。具有一般制动器的汽车是无法做到这一点的。
3车轮防抱死制动系统(ABS)和电子制动力分配系统(EBD)的工作原理
车轮防抱死制动系统(Anti-LockBrakeSystem)简称ABS,它是汽车上的一种主动安全装置,其作用是在汽车制动时,自动调节制动力的大小,避免车轮完全抱死在路面上产生拖滑,使车轮处于边滚边滑的状态,以保证汽车车轮与地面间有最好的附着状态,缩短制动距离,提高汽车制动过程中的方向稳定性及转向操纵能力,使汽车制动更为安全有效。ABS系统可以做到我们上述所说的那样:使汽车的滑动率S=10%~20%之间,在此范围内,汽车的纵向附着系数最大,可以获得最大的制动力。同时横向附着系数也保持较大值,使汽车具有良好的抗侧滑能力及制动时的转向操纵能力,因而得到最佳的制动效果。0≤S≤Sp称为稳定区域,Sp≤S≤100%称为非稳定区域。
ABS系统由传统的普通制动系统和防止车轮抱死的电子控制系统组成。下文中所指的ABS单指电子控制系统。现代ABS一般是由传感器、电子控制器,执行器及警告灯等组成。其中传感器主要是指车轮的轮速传感器,执行器主要是指压力调节器。
在一般的制动情况下,驾驶员踩在制动踏板上的力较小,车轮不会被抱死,ABS不工作,这时就如常规的制动系统,制动力完全由驾驶员踩在制动踏板上的力来控制。在紧急制动或松滑路面制动时,ABS将工作,工作过程是:制动开始时,制动压力骤升,车轮速度迅速下降,车轮的滑移率在极短的时间内达到稳定界限SP,当轮速传感器检测到车轮的滑移率刚刚超过SP出现抱死趋势时,ABS控制器输出信号到制动压力调节器降低制动压力,减小车轮制动力矩,使车轮滑移率恢复到靠近稳定界限SP的稳定区域内,压力保持,车轮速度上升,当车轮的加速度超过某一值时,再次将制动压力提高到使车轮滑移率稍微超过稳定界限,压力保持,车轮速度又下降。ABS按上述循环反复,将车轮滑移率控制在SP附近的狭小范围内,以获得最佳的制动效能和制动时的方向稳定性和转向操控能力。ABS只有速度超过8km/h时,ABS才起作用。
现在配备了EBD系统,EBD的英文全称是“ElectricBrakeforceDistribution”,即“电子制动力分配”。在汽车行驶过程中,四个车轮的工作环境千变万化,地面附着条件也往往不一样,制动时易发生跑偏、打滑、侧倾甚至车辆侧翻的情况。另外,制动时由于惯性作用,车辆重心前移,车身重量大部分由前轮承受,出现点头动作,这时前轮与地面的摩擦力大幅增长,而后轮由于垂直于地面的压力,转移到前轮而摩擦力减弱,易出现甩尾这就太危险了。
ABS在一定程度上可以避免上述现象的发生,但由于ABS对后轮的控制始终以附着力较小的一侧(如行驶的冰雪,泥水路面的车轮)为基准调节点来进行调节,以保证两侧车轮制动力的平衡,追求的是制动稳定性。而EBD则不同,当紧急制动车轮抱死的情况下,可以在制动的瞬间经高速计算,自动调节前、后轴的制动力分配比例,并不断调整ABS液压组件,在ABS动作之前就已经平衡了每一个车轮的有效抓地力,即:使四个车轮受到的制动力与其匹配,以防止出现甩尾和侧滑,并缩短汽车制动距离。提高制动效能,配合ABS提高制动的稳定性。 EBD的另外一个特性就是它的随动性。当车辆的载重或乘员数发生变化时,EBD仍然能够根据各个车轮车速传感器采集的信号,主动、适时、合理地进行制动力的“智能”分配,从而保证制动过程中车辆的直线行驶状态和车身的稳定性,让危险夭折于萌芽状态。
同样,车轮在弯道制动时,因为弯道离心力,使外侧的车轮承受较大的车身自重及惯性载荷,这时EBD会增大外侧车轮的制动力,防止制动力突破轮胎与地面的抓地力而使车辆发生“自旋”。在紧急刹车,车轮抱死的情况下,EBD在ABS动作之前就已平衡了每一个车轮的有效抓地力,可以防止出现甩尾的侧移,并缩短汽车制动距离。
EBD实际上是ABS的辅助功能,它可以改善ABS的功效。所以在安全指标上又多了“ABS+EBD”在安全指标上EBD更胜一筹。
最为重要的是ABS与EBD可以使用同一个传感器,基本构造基本上都不变,安装也十分的方便,所以现在汽车上可以使用ABS+EBD在成本上也不会增加太多。