汽车制动系统的研究_汽车制动系统的研究背景

汽车制动系统的研究_汽车制动系统的研究背景

       好久不见了，今天我想和大家探讨一下关于“汽车制动系统的研究”的话题。如果你对这个领域还不太了解，那么这篇文章就是为你准备的，让我们一起来学习一下吧。

1.新能源汽车再生制动控制策略有哪些？

2.关于汽车的制动系统

3.汽车的 制动系统性能是如何测试的？什么样的制动算是合格的？

4.ABS防抱死制动系统

新能源汽车再生制动控制策略有哪些？

       一、最佳制动能量回收控制策略

       制动能量回收控制的工作原理是在制动力矩足够的基础上最大限度地回收能量，以满足新能源汽车的制动安全距离和制动性能。当制动需求较小时，再生制动系统完成制动，保证制动的安全性和稳定性。当提出更大的制动需求，即地面附着力增加时，电机再生制动力不足，最大制动力只能满足部分制动需求，其他制动力由液压制动提供。再生制动和液压制动的结合使得制动力的分配更加复杂，必须在保证运行安全的基础上进行分配，会影响控制效果，容易出现制动控制不稳定和不可控的问题，效果已经达到理论水平，不能完全实现能量回收最大化，制动时可能存在安全隐患。

二、理想制动力分配控制策略

       理想制动力分配是指基于理想的动力分配曲线，在保证制动安全的前提下，对制动力进行合理的分配和控制。首先，在制动力需求较低的情况下，电机再生制动系统可以提供足够的动力，并且可以通过一个电机制动来分离。然而，随着车辆制动需求的增加，再生制动和液压制动系统相互配合，然后根据理想制动分配曲线的特点，利用路面附着力并根据实际需求进行分配，有效提高能量回收率，提高电机制动稳定性。但是，当理想的制动控制方式分布式，提高了对前、后轮轴载荷方向和制动所需制动力矩的监测要求时，必须采用动态实时监测的方式来保证数据的准确性，或者只有和前桥之间的精确控制和制动力矩才能保证制动控制策略的实施，确实很难实现。经过进一步研究，得出理想制动力分配控制下的能量回收效率和实际能量回收效率分别为53%和18%。

三、模糊控制策略

       基于模糊控制理论，模糊制动控制策略将控制经验转化为定性的模糊控制规则，具有良好的适应性和容错性。通过对新能源汽车再生制动控制系统的建模，可以清晰地表达出再生制动控制中无法准确表达的规律，也可以清晰地展示影响再生制动控制的电池。首先，研究了能量回收问题。为了尽可能提高能量回收效率，提出了一种基于改进NMPC策略的新能源汽车再生制动能量管理策略。通过建模预测制动力分布。其次，提出了基于边界约束优化的再生制动控制策略。该控制策略以保证制动的安全性和稳定性以及系统中各部件的工作效率为参考和边界约束。制动力分配得到调整。在频繁制动的情况下，制动能量回收效果突出。

关于汽车的制动系统

       　制动系统的一般工作原理是，利用与车身(或车架)相连的非旋转元件和与车轮(或传动轴)相连的旋转元件之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动的趋势。

       可用一种简单的液压制动系统示意图来说明制动系统的工作原理。一个以内圆面为工作表面的金属制动鼓固定在车轮轮毂上，随车轮一同旋转。在固定不动的制动底板上，有两个支承销，支承着两个弧形制动蹄的下端。制动蹄的外圆面上装有摩擦片。制动底板上还装有液压制动轮缸，用油管5与装在车架上的液压制动主缸相连通。主缸中的活塞3可由驾驶员通过制动踏板机构来操纵。

       当驾驶员踏下制动踏板，使活塞压缩制动液时，轮缸活塞在液压的作用下将制动蹄片压向制动鼓，使制动鼓减小转动速度，或保持不动。

       使机械运转部件停止或减速所必须施加的阻力矩称为制动力矩。制动力矩是设计、选用制动器的依据，其大小由机械的型式和工作要求决定。制动器上所用摩擦材料（制动件）的性能直接影响制动过程，而影响其性能的主要因素为工作温度和温升速度。摩擦材料应具备高而稳定的摩擦系数和良好的耐磨性。摩擦材料分金属和非金属两类。前者常用的有铸铁、钢、青铜和粉末冶金摩擦材料等，后者有皮革、橡胶、木材和石棉等。

       在了解某款车型的刹车系统时，您可能经常会听到“前盘后鼓”或“前碟后鼓”这四个字，那么，它到底是什么意思呢？最近就有读者通过电子邮件询问有关汽车制动系统的问题，比如盘式制动器和鼓式制动器的区别，通风盘和实心盘的不同之处等等。

       目前车市中很多发动机排量较小的中低档车型，其制动系统大多采用“前盘后鼓式”，即前轮采用盘式制动器，后轮采用鼓式制动器，比如常见的一汽大众捷达、长安铃木奥拓及羚羊、比亚迪福莱尔、东风悦达起亚千里马、上海通用赛欧等等。我们先来简单了解一下后轮经常采用的鼓式制动器。

       实际应用差别很明显，盘刹比鼓刹好用。刹车鼓中的石棉材料会致癌。鼓刹与盘刹各有利弊。在刹车效果上，鼓刹与盘刹的相差并不大，因为刹车时，是轮胎和地面的摩擦力让车子逐渐停止下来的。如果车身小巧，车身重量轻，后轮采用鼓刹就足以使轮胎和地面产生足够的摩擦力了。如果后轮使用盘刹，ABS和EBD系统也会自动降低其刹车力度，以保证后轮不会失去抓地力出现打滑、抱死现象。

       散热性上，盘刹要比鼓刹散热快，通风盘刹的散热效果更好；在灵敏度上，盘刹会更高些，不过在下雨天道路泥泞的情况下当刹盘沾了泥沙后刹车效果就会大打折扣，这也是盘刹的缺点；费用方面，鼓刹较盘刹更低，而且使用寿命更长，因此一些中低档车多会采用鼓刹，中高档以上的车型基本采取四轮盘刹。

       汽车设计者从经济与实用的角度出发，一般轿车采用了混合的形式，前轮盘式制动，后轮鼓式制动。四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%－80%，因此前轮制动力要比后轮大。轿车生产厂家为了节省成本，就采用前轮盘式制动，后轮鼓式制动的方式。四轮盘式制动的中高级轿车，采用前轮通风盘式制动是为了更好地散热，至于后轮采用非通风盘式同样也是成本的原因。毕竟通风盘式的制造工艺要复杂得多，价格也就相对贵了。随着材料科学的发展及成本的降低，在轿车领域中，盘式制动有逐渐取代鼓式制动的趋向。

       一般制动器都是通过其中的固定元件对旋转元件施加制动力矩，使后者的旋转角速度降低，同时依靠车轮与地面的附着作用，产生路面对车轮的制动力以使汽车减速。凡利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩的制动器都成为摩擦制动器。目前汽车所用的摩擦制动器可分为鼓式和盘式两大类。

       旋转元件固装在车轮或半轴上，即制动力矩直接分别作用于两侧车轮上的制动器称为车轮制动器。旋转元件固装在传动系的传动轴上，其制动力矩经过驱动桥再分配到两侧车轮上的制动器称为中央制动器。

汽车的 制动系统性能是如何测试的？什么样的制动算是合格的？

       关于汽车的制动系统

       关于汽车制动系统，5个必须知道的常识：

       1、仪表的ABS警示灯亮起：请尽快到4S店检查及处理，避免影响行车安全及延误行程。

       2、在起步后松开刹车：听到刹车片与刹车盘有摩擦声，这是正常现象。发动机起动后，驾驶员会踩下刹车后才进行挂档操作，档位挂入后松开刹车车辆开始行驶，此时刹车片和刹车盘已经在常温情况下进行合，但是并没有产生很大的摩擦，车辆挂档后会产生向前或向后的驱动力，此时松开刹车踏板，刹车片和刹车盘会产生类似于“咕咕”的声音。在洗车后若刹车盘沾水此声音会更加明显。

       3、手刹车使用一段时间后拉索会长：这是正常现象。手刹拉索是由多组金属丝组成的，受力后具有一定的延展性，在使用一段时间后，会比新车时的长度有一定的伸长，并不会对驻车制动产生任何影响。

       4、制动盘生锈：制动盘的主要成分是铁元素，车辆长时间不使用，盘表面会产生一定的锈迹，但是车辆在行驶中通过制动系统的工作，会消除锈迹，不影响正常使用。

       5、制动盘使用后发热：正常现象。刹车是靠制动盘与刹车片摩擦来实现的，是将动能转换成热能的过程，所以会产生热量。停车后不要用手摸制动盘，以免烫伤。

ABS防抱死制动系统

       制动性能是汽车最基本的主动安全功能，它的作用就是让汽车安全的减速停车，并且可以可靠的停放在原地不动。所有的汽车在出厂时，都必须做制动性能测试，合格之后才能出厂销售。汽车在后期的使用过程中，每年都要进行的汽车年检，其中很重要的一个项目就是汽车制动性能的检测。那么你知道汽车制动性能是如何检测的吗？我们自己可不可以检测呢？下面我们就来说一说关于汽车制动性能测试的话题。

       其实汽车的制动系统是极为复杂的，从功能上可以分为行车制动系统、驻车制动系统、紧急制动系统和辅助制动系统，从结构上可以分为盘式制动器和鼓式制动器，从制动介质上可以分为气压制动和液压制动。在普通的乘用车上，普遍采用液压制动、盘式制动器；在以载货为主的卡车上，一般采用气压制动、鼓式制动器，为了减轻行车制动器的负担以及在行车制动器失效时仍然能够让汽车可靠的减速、停驶，还会匹配不同类型的紧急制动系统和辅助制动系统。这些不同的制动系统，对它们的性能要求也略有差别。同时现在的汽车上还附加了大量的制动辅助系统，比如制动防抱死系统、车身稳定系统、制动力辅助系统、电子制动力分配系统、刹车优先系统，以及更先进的主动刹车系统，等等，它们都可以在某些方面增强制动系统的性能。

       为了能定性、定量的评价汽车制动性能的优劣，在汽车行业普遍采用三个通用的指标来评价汽车的制动性能：制动效能、制动效能的恒定性以及制动时的方向稳定性。其中制动效能是汽车最基本的制动能力，也可以简单的看做汽车制动力的大小；制动效能的恒定性主要指制动系统的热衰退性能，反映的是汽车持续制动的能力；制动时的方向稳定性反映的是汽车在制动时是否跑偏。在测试方法上，有试验台定量检测以及道路试验定性检测两种方法。在检测之前，要求汽车轮胎磨损在正常范围内，轮胎气压正常，制动系统无故障，制动控制系统与车轮制动器活动自由无卡滞，地面附着良好。

       先来说说试验台定量检测。

       汽车从生产线上组装完成，驶下生产线后，就要开上一个制动力试验台，测试汽车各车轮的制动力。还有汽车在后期使用过程中，每年都要进行一次汽车安全技术检测，其中的一个重要项目是把汽车开上检测线，检查汽车的制动性能。在制动试验台上，可以检测每一个车轮上的制动力，并由此计算出汽车的总制动力、制动力和、制动力差、制动均衡性、驻车制动力等指标，以此来判断汽车的制动性能是否合格。测试的设备通常是滚筒式制动力检测仪或滑板式制动力检测仪，现在更多的采用滚筒式。

       在国标中，汽车的制动力和不得小于汽车整备质量的60%，制动不均衡性不得大于20%，驻车制动力不得小于汽车整备质量的20%。制动力和反映的是汽车的整车制动力，如果它过小，说明汽车的车轮制动力不足，汽车的制动距离就会过长；制动不均衡性反映的是汽车各车轮制动力的反应时间以及制动力的差值，如果制动不均衡性过大，汽车就会发生制动跑偏、侧滑等现象；驻车制动力过小，汽车就无法可靠的停放在坡路上，等等。

       汽车出厂时制动性能都是合格的，但是在后期使用过程中，由于制动系统的磨损，制动效能会下降，在年检时可能就会不合格，这种情况下我们就要修理制动系统了，比如更换刹车片、刹车盘、换刹车油等。特别是大型卡车的制动系统，由于车轮较多，载重量大，制动使用频繁，在年检时很难各项指标都符合要求，在这种情况下就只能各显神通了。不过这种试验台检测无法测试制动效能的恒定性，一般制动效能的恒定性是由车轮制动器的材质、通风、冷却等因素决定的。

       再来看看在道路试验中如何检测汽车的制动性能。

       道路试验通常是汽车评测机构测试汽车制动性能的方法，它测试出来的结果可以定性的判断汽车制动性能，更符合我们日常驾驶感受，因此对我们更有实际意义。测试的指标依然是制动效能、制动效能的恒定性以及制动时的方向稳定性。

       道路测试制动效能不能测试出每个车轮的制动力，但是却可以测试出整车的制动能力。通常用百公里制动距离来表述，具体的方法是：把汽车加速到时速?一百公里之上，然后自由减速，等车速降低到100公里/小时时，驾驶员全力踩下刹车，让汽车在最短的距离内停下来。然后我们测量从踩下刹车的那一点到汽车完全停止那一点的距离，这个距离就是汽车的百公里制动距离。对于普通的乘用车来说，制动距离一般在33~48米之间，我们的判定标准为：33~37米为优秀，37~41米为良好，41~45米为合格，如果制动距离超过了45米，也不能说制动性能不合格，只能说这款车的制动性能比较差。

       不过这种测试方法还是有很大局限性和误差的，其中驾驶员的操作是最大的影响因素。因为汽车在制动过程可以分为六个阶段，分别是驾驶员反应时间、制动机构反应时间、制动力增长时间、?制动器作用时间、持续制动时间以及制动解除时间，可以看出，如果驾驶员反应时间过长，就会影响汽车的制动距离。此外，制动器的型式以及技术状况，也会也会影响制动机构反应时间和制动力增长时间，比如盘式制动器的制动机构反应时间和制动力增长时间就优于鼓式制动器，同样的车型使用盘式制动器就会缩短制动距离；还有刹车片与刹车盘（鼓）之间的间隙、摩擦面积、蹄铁轴锈蚀状态等，也会影响汽车的制动过程，进而影响制动距离。

       此外还有一点需要注意，就是在制动试验台上测试合格的车型，在道路试验中制动性能不一定就会合格。这主要是受到道路附着条件的限制。因为我们在制动试验台上测试的是车轮制动器的制动力，但是在实际驾驶中，影响汽车制动性能的是地面制动力。影响地面制动力的主要因素有地面的附着系数、轮胎的型式、气压等，比如在冰雪路面，湿滑路面，地面附着力低，汽车的制动距离就会延长；而轮胎与地面之间的附着力，会极大的影响汽车制动距离，现在的汽车受成本的限制，简配越来越严重，很多家用车都使用较低级别的轮胎，与地面的附着系数较小，汽车的制动距离就会延长，有些车型如果换一套轮胎，汽车的制动距离就会大大缩短，就是这个缘故。

       制动效能的恒定性测试就是制动系统抗热衰退的能力。一般采用短时间内连续制动的方式，来看制动效能衰退的程度。比如在短时间内连续测试汽车的百公里制动距离，如果汽车的制动距离越来越长，甚至制动失灵，就说明该车型制动效能的恒定性较差。影响制动效能恒定性的主要因素是车轮制动器的散热、通风以及刹车片与刹车盘的材质，比如现在很多车型采用的盘式制动器，抗热衰退能力就优于鼓式制动器，还有通风盘式制动器，抗热衰退效能也比较好，而一些高端车采用的陶瓷刹车片，能耐较高的温度，也有较好的抗热衰退能力。而一些经常跑山区道路的大卡车，采用给车轮制动器淋水的方式来降低刹车片的温度，也是提高制动恒定性的一种方法。

       制动时的方向稳定性其实就是指汽车在制动时是否跑偏。在制动试验台上可以根据各车轮的制动力差值，精确的分析出汽车是否存在制动跑偏。在道路测试中，通常采用把汽车在平直的道理上提高到一定的车速（比如60公里/小时），然后以各种不同的踏板力踩下刹车，看汽车是否能够保持直线行驶。如果汽车自动的向一侧偏离，就说明该车型存在制动跑偏的现象，也就是制动方向稳定性不好。影响制动方向稳定性的因素也是比较多的，有些是设计因素，有些是后期使用因素，具体的原因在此就不详聊了。

       以上就是对汽车制动性能测试方法的分析。在实际使用中，汽车的百公里制动距离可以最直观的反映汽车的制动能力。我们在选购汽车时，可以把这一项做为主要的参考指标，而其它的各种花里胡哨的制动辅助系统，在实际应用中作用并不大。

       本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

       ABS防抱死制动系统原本不是为汽车设计的

       ABS也就是防抱死制动系统，这个安全辅助系统是大家非常注重的功能之一，多年前ABS只会出现在顶配车型或是售价较高的车型里，但随着时代的进步以及提高驾驶安全性，ABS已经是几乎所有新车都会标配的安全系统之一！不过其实你知道吗？ABS防抱死制动系统竟然是飞机上的技术？

       首先，ABS真正问世的时间是何时？答案是1920年！在1920年，这个ABS系统出现在了飞机上，当时ABS系统是非常简陋的设计，还谈不上现在的智能 ABS 系统。后来，德国一位工程师就针对当时的ABS系统进行了研究以及重新优化，最终在1928年得到了ABS的专利，同时ABS的时代崛起了！

       到了1950年后，ABS防锁死刹车系统就普遍出现在大大小小的飞机上，目的是让飞机降落时，拥有更安全以及可靠的刹车力与辅助来停止，防止飞机滑出跑道，而第一款拥有ABS系统的车是Ferguson99赛车，随后Jensen FF以及Ford Zodiac也拥有ABS系统。不过当年的ABS系统依旧是机械式的设计，并不是通过电子系统来运作，可靠性还是不够高，而且成本非常高！

       一直到了1978年，奔驰与博世在德国的斯图加特发表了电子化的ABS防锁死刹车系统，而旗下的S级（W116）也成为全球首款搭载电子化ABS系统的车款！在当时，奔驰是这样解释这项系统的：ABS防抱死制动系统的操作原理其实是透过感应器以及行车电脑对车轮转动的变化进行监控。

       如果速度减慢过快（好比在湿滑的路面上踩刹车），一旦系统侦测到轮胎将会有锁死的风险，ABS就会立刻介入，以毫秒的超快速度重复地对制动系统进行释放再施加力道的动作，以防止车轮锁死，让驾驶者能够更有效地控制方向盘转向，也降低了侧滑或打转的机率。

       1992年，ABS防抱死制动系统已经成为了奔驰乘用车款的标配，许多汽车制造商都纷纷为自家的车款装入了这个ABS系统，同时也进行了优化处理，也因此ABS系统逐渐变得越来越智能与可靠，到了现今的汽车市场，ABS已经是一个不可没有的汽车安全辅助系统之一！

       非常高兴能与大家分享这些有关“汽车制动系统的研究”的信息。在今天的讨论中，我希望能帮助大家更全面地了解这个主题。感谢大家的参与和聆听，希望这些信息能对大家有所帮助。