汽车防抱死制动系统原理解析

1.地面制动力

当汽车使用制动器制动时，由于制动鼓（制动盘）与摩擦片之间的摩擦作用，形成了摩擦力矩M_u，此力矩与车轮转动方向相反。车轮在M_u的作用下给地面一个向前的作用力，与此同时，地面给车轮一个与行驶方向相反的反作用力F_b，这个力就是地面制动力，它是迫使汽车减速或停车的外力。

2.制动器制动力

由于地面制动力是由地面提供的外力，若将汽车架离地面，地面制动力就不存在了。这时阻止车轮转动的是制动器摩擦力矩M_u。将力矩M_u传至车轮后，由于车轮与地面的附着作用，车轮即对地面作用一个向前的周缘力，并将其称为制动器制动力F_u。

3.附着力

附着力是指由地面提供的切向反作用力的最大值。其大小取决于轮胎与地面的附着系数和轮胎所受的载荷。影响附着力大小的因素有轮胎气压、花纹、运动状态、道路质量、载荷大小等。通常轮胎的气压越低、车速越慢、越野花纹、干燥水泥或柏油路面以及增加载质量等都能使附着力增大。

4.地面制动力、制动器制动力和附着力的关系

在制动过程中，车轮的运动只有减速滚动和抱死滑移两种状态。当驾驶人踩制动踏板的力较小、制动摩擦力矩较小时，车轮只进行减速滚动，并且随着摩擦力矩的增加，制动器制动力和地面制动力也随之增长，且在车轮未抱死前地面制动力始终等于制动器制动力。此时，制动器制动力可全部转化为地面制动力，但地面制动力不可能超过附着力。

当制动系统压力（制动踏板力）增大到某一值，地面制动力达到轮胎与道路的附着力值，即地面制动力达到最大值。此时，车轮即开始抱死不转而出现拖滑的现象。当再加大制动系统压力时，制动器制动力随着制动器摩擦力矩的增长仍按直线关系继续上升。但是，地面制动力已达到轮胎与地面的附着力值，因此，地面制动力不再随制动器制动力的增加而增加。

要想获得好的制动效果，必须同时具备两个条件：即汽车具有足够的制动器制动力，同时又要有附着系数较高的地面提供足够的地面制动力。

注：

1）地面制动力的大小取决于制动器制动力的大小和轮胎与地面之间的附着力。

2）制动器制动力是由制动器的结构参数决定的，并与制动踏板力成正比。

5.滑移率

汽车正常行驶时，车速ν（即车轮中心的纵向速度）与车轮速度ν_w（即车轮圆周速度）相同，可以认为车轮在路面上做滚动运动。当驾驶人踩下制动踏板时，由于地面制动力的作用，使车轮速度减小，车轮处在既滚动又滑动的状态，实际车速与车轮速度不再相等，人们将车速和车轮速度之间出现的差异称为滑移。随着制动系统压力的增加，车轮滚动成分越来越小，滑移成分越来越大。当车轮制动器抱死时，很明显地看出，车轮已不转动，汽车车轮在地面上做完全滑动。

为了表述滑移成分所占比例的多少，常用滑移率S_b表示，其定义表达式为：

S_b=（v-v_w）/v×100%=（v-rω）/v×100%(www.xing528.com)

式中 S_b——滑移率；

v——车轮中心的纵向速度；

v_w——车轮圆周速度；

r——车轮的滚动半径；

ω——车轮转动角速度。

由上式可知：当车轮在地面上纯滚动时，v=v_w，车轮滑移率S_b=0；车轮抱死时即在地面上纯滑动时，ω=0，车轮滑移率S_b=100%；车轮在地面上边滚动边滑动时，v＞v_w，则车轮滑移率0＜S_b<100%。车轮滑移率越大，说明车轮在运动中滑移成分所占的比例越大。

6.附着系数和滑移率的关系

车轮滑移率的大小对车辆与地面间附着系数有很大影响。

附着系数随地面性质不同呈大幅度变化。一般来说，干燥地面附着系数大，潮湿地面附着系数小，冰雪地面附着系数更小。

在各种地面上，附着系数都随滑移率的变化而变化。

大量的实验证明，在汽车的制动过程中，附着系数的大小随着滑移率的变化而变化。图5-86所示为附着系数与滑移率的关系曲线。在干地面或湿地面上，当滑移率在15%～30%范围内时，车轮具有最大的纵向附着系数，此时可产生的车轮制动力最大，制动距离最短，制动效果最佳。在雪路或冰路面上时，最佳滑移率在20%～50%的范围内。当滑移率为零，即车轮处于纯滚动状态时，其侧向附着系数最大，此时，汽车保持转向和防止侧滑的能力最强。随着滑移率的增加，侧向附着系数下降。当滑移率为100%，即车轮抱死滑动时，侧向附着系数变得极小，轮胎与路面之间的侧向附着力接近于零，车轮将完全丧失抵抗外界侧向力作用的能力。稍有侧向力干扰（如路面不平产生的侧向力、汽车重力的侧向分力、侧向风力等），汽车就会产生侧滑而失去稳定性。

图5-86 附着系数与滑移率的关系曲线

在汽车的制动过程中，若能将滑移率控制在最大附着系数所对应的滑移率范围，汽车将处于最佳制动状态。但如何才能控制滑移率呢？

要控制滑移率就要对作用于车轮上的力矩进行瞬时的自适应调节。防抱死制动系统（ABS）就是通过电控单元、车轮转速传感器和制动压力调节器对作用于制动轮缸内的制动液压力进行瞬时的自动控制（每秒约10次），从而控制制动车轮上的制动器压力，使制动车轮尽可能保持在最佳的滑移率范围内运动，从而使汽车的实际制动过程接近于最佳制动状态成为可能。