马拉西亚-八年级地理下册教案

ABSEDBEPSESP

汽车的制动性能是汽车的主要性能之一，重大 交通事故往往与制动距离过长、紧急制动时发
生侧滑等情况有关，所以汽车的制动性能是汽车安全行驶的 重要保障。目前ABS防抱死制
动系统已被广泛运用于汽车上。什么是ABS？了解它的优点和局限有助 于行车更安全。

ABS的原理
ABS是防抱死制动系统的英文缩写，英文的全称是Anti-lock Braking System，或者是
Anti-Skid Braking System。该系统在制动过程中可自动调节车轮制动力，防止车轮抱死以取
得最佳制动效果。
一辆汽车制动性能的好坏，主要从以下三方面进行评价：1、制动效能，即制动距离与
制动 减速度；2、制动效能的恒定性，即抗热或水衰退性能；3、制动时汽车的方向稳定性，
即制动时汽车不 发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。
通常，汽车在制动过程中存在着两种阻力：一种阻力 是制动器摩擦片与制动鼓或制动盘
之间产生的摩擦阻力，这种阻力称为制动系统的阻力，由于它提供制动 时的制动力，因此也
称为制动系制动力；另一种阻力是轮胎与道路表面之间产生的摩擦阻力，也称为轮胎 ——道
路附着力。如果制动系制动力小于轮胎—道路附着力，则汽车制动时会保持稳定状态，反之，如果制动系制动力大于轮胎——道路附着力，则汽车制动时会出现车轮抱死和滑移。如果前
轮抱死， 汽车基本上沿直线向前行驶，汽车处于稳定状态，但汽车失去转向控制能力，这样
驾驶员制动过程中躲避 障碍物、行人以及在弯道上所应采取的必要的转向操纵控制等就无法
实现。如果后轮抱死，汽车的制动稳 定性变差，在很小的侧向干扰力下，汽车就会发生甩尾，
甚至调头等危险现象。尤其是在某些恶劣路况下 ，诸如路面湿滑或有冰雪，车轮抱死将难以
保证汽车的行车安全。另外，由于制动时车轮抱死，从而导致 局部急剧摩擦，将会大大降低
轮胎的使用寿命。
ABS通过控制作用于车轮制动分泵上 的制动管路压力，使汽车在紧急刹车时车轮不会
抱死，这样就能使汽车在紧急制动时仍能保持较好的方向 稳定性。在没有装备ABS的汽车
上，如果在雪地上刹车，汽车很容易失去方向稳定性；同时驾驶员如果 想停车，必须使用液
压调节器(又称执行器)。反之，如果汽车上装备有ABS，则ABS能自动向液压 调节器发出
控制指令，因而能更迅速、准确而有效地控制制动。
ABS的优点和局限
ABS的功能是通过调节、控制制动管路压力，避免车轮在制动过程中抱死而滑移，使其处
于滑 移率15%—25%的边滚边滑的运动状态。其优点如下：1、改善汽车制动时的横向稳定
性；2、改善 汽车制动时的方向操纵性；3、改善制动效能；4、减少轮胎的局部过度磨损；5、
使用方便，工作可靠 。
同时我们应该了解，ABS系统本身也有局限性。在两种情况下，ABS系统不能提供最短的制动距离。一种是在平滑的干路上，由有经验的驾驶员直接进行制动。另一种情况是在
松散的砾 石路面、松土路面或积雪很深的路面上制动。另外，通常在干路面上，最新的ABS
系统能将滑移率控制 在5%—20%的范围内，但并不是所有的ABS都以相同的速率或相同的
程度来进行制动(或放弃制动 )。
不管一个ABS系统多么完善，它仍然摆脱不了一定的物理规律。尽管四轮防抱制动系统能使汽车在尽可能短的距离内进行制动，但如果制动进行得太迟，使之在与障碍物碰撞前
不能完全 停下来，仍不能阻止事故的发生。但是，由于四轮防抱死制动系统保留着控制转向
的能力，因此，在制动 过程中有可能绕过障碍物，避免可能发生的事故。ABS系统不能违

背物理规律的另一种 情况是当汽车在弯道上行驶时，其速度超过了物理学上所允许的速度，
在这种情况下，即使ABS系统也 不能阻止汽车在离心力作用下离开弯道。但是，ABS系统
能使汽车在此过程中降低车速和实现可靠的转 向，这样就减轻了可能发生碰撞的危险性。另
外还要考虑的是道路表面情况。没有装备ABS系统的汽车 在湿滑路面或有冰雪的路面上制
动时，制动距离较长，而且不能猛烈转向；在装备ABS系统的汽车上也 是如此，因为尽管
ABS能提供附加的制动控制和转向控制，但它不能解决这样一个客观的物理事实，那 就是
在较滑的路面上，可利用的牵引力很小。


EBD的英文全称是ElectricBrakeforceDis-tribution，中文直译为 “电子制动力分配”。汽车制
动时，如果四只轮胎附着地面的条件不同，比如，左侧轮附着在湿滑路面， 而右侧轮附着于
干燥路面，四个轮子与地面的摩擦力不同，在制动时(四个轮子的制动力相同)就容易产 生打
滑、倾斜和侧翻等现象。EBD的功能就是在汽车制动的瞬间，高速计算出四个轮胎由于附
着不同而导致的摩擦力数值，然后调整制动装置，使其按照设定的程序在运动中高速调整，
达到制动力与 摩擦力(牵引力)的匹配，以保证车辆的平稳和安全。

当紧急刹车车轮抱死的情况下， EBD在ABS动作之前就已经平衡了每一个轮的有效地
面抓地力，可以防止出现甩尾和侧移，并缩短汽 车制动距离。EBD实际上是ABS的辅助功
能，它可以改善提高ABS的功效。所以在安全指标上，汽 车的性能又多了“ABS+EBD”。目
前国内车型中广本奥德赛、派力奥、西耶那等，都在制动中说明 是“ABS+EBD”。

随着电子技术的迅速发展，电子技术在汽车上的应用范围不断扩大 。汽车转向系统已从简单
的纯机械式转向系统、液压动力转向系统（HydraulicPowerSt eering，简称HPS）、电动液压
助力转向系统（ElectricHydraulicPowe rSteering，简称EHPS）发展到如今的更为节能及操
纵性能更为优越的电动助力转向系统（ ElectricalPowerSteering，简称EPS）。EHPS和EPS
等助力系统在汽 车上的采用，改善了汽车转向力的控制特性，降低了驾驶员的转向负担，然
而汽车转向系统始终处于机械 传动阶段，由于转向传动比固定，汽车转向特性随车速变化进
行一定的操作补偿，从而控制汽车按其意愿 行驶。如果转向盘与转向轮通过控制信号连接，
即采用电子转向系统（Steering-By-Wir eSystem，简称SBWS），转向盘转角和汽车前轮转角
之间关系（汽车转向的角传递特性）的设 计就可以得到改善，从而降低驾驶员的操纵负担，
改善人—车闭环系统性能。本文综述了电子控制转向技 术的发展、原理，并探讨了该项技术
的发展趋势。
一、电子控制转向系统的发展概况
自1953年通用汽车公司在凯迪拉克和别克轿车上首次 批量使用液压动力转向系统以
来，液压动力转向系统给汽车的发展带来了巨大的变化，使驾驶员的转向操 纵力大大降低，
转向的灵敏性得到了提高。随着生产技术的发展，动力转向系统在体积、价格和所消耗的 功
率等方面都取得了惊人的进步。在20世纪80年代后期，又开发了变减速比、电控液压动
力 转向系统。但是动力转向系统的技术革新都是基于液压动力转向系统的，无法消除HPS
系统在布置、安 装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面的缺陷。直到1988
年日本铃木公司首次开发 出一种全新的电子控制式电动助力转向系统，才真正摆脱了液压动
力转向系统的束缚[1]。
此后，电动助力转向技术得到迅速发展，其应用范围已经从微型轿车向大型轿车和客车
方向发展。日本的大发汽车公司、三菱汽车公司、本田汽车公司，美国的Delphi公司，英
国的Lu eas公司，德国的ZF公司，都研制出了各自的EPS。如大发汽车公司在其Mira车上

装备了EPS，三菱汽车公司在其Minica车上装备了EPS，本田汽车公司在Accord车上装备< br>了EPS。Delphi公司已经为大众的Polo、菲亚特Punto开发出EPS[2]。本田还在其 AcuraNXS
赛车上装备了EPS[3]。
EPS的助力形式也从低速范围助 力型向全速范围助力型发展，并且其控制形式与功能也
进一步加强。日本早期开发的EPS仅仅在低速和 停车时提供助力，高速时EPS将停止工作。
新一代的EPS则不仅在低速和停车时提供助力，而且还能 在高速时提高汽车的操纵稳定性。
如日本铃木公司装备在WagonR+车上的EPS是一个负载- 路面-车速感应型助力转向系统
[4]。由Delphi公司为Funte车开发的EPS为全范围助力 型，并且设置了两个开关，其中一
个用于郊区，另一个用于市区和停车。当车速大于70kmh后，这两 种开关设置的程序则是
一样的，以保证汽车在高速时有合适的路感，这样即使汽车行驶到高速公路时驾驶 员忘记切
换开关也不会发生危险。市区型开关还与油门有关，使得在踩油门加速和松油门减速时，转向更平滑。
随着电子技术的发展，EPS技术日趋完善，并且其成本大幅度降低，为此其应用范围将
越来越大。
早在20世纪60年代末，德国Kasselmann等试图将转向盘与转向车轮之间通过导线 连
接（即电子转向系统），但由于当时电子和控制技术的制约，电子转向系统一直无法在实车
上 实现。奔驰公司于1990年开始了前轮电子转向系统的深入研发，并将其开发的电子转向
系统应用于概 念车F400Carving上。世界其他各大汽车厂家、研发机构（包括
Daimler-Chrys ler、宝马、ZF、DELPHI、TRW等）以及日本的光洋（Koyo）精工技术研究
所、日本国 立大学、本田汽车公司等也先后对汽车电子转向系统做了深入研究。目前许多汽
车公司开发了自己的电子 转向系统，一些国际著名汽车生产商已在其概念车上安装了该系
统。
日本Koyo 技术研究所根据他们自己的研究试验结果，利用电子转向系统进行主动控制
的汽车，在摩擦系数很小的坚 实雪地上进行蛇行、移线、侧向风试验中基本按照预定的轨迹
行驶，比传统转向系统在路线跟踪性能上有 较大的提高。在对开路面上进行制动试验也能基
本保证汽车的直线行驶，制动距离也大大缩短。
日本大学和本田汽车公司在汽车电子转向系统方面也做了一些理论工作和模拟器试验
研 究。他们从人—车闭环系统特性出发，设计了理想的转向系统传动比，使汽车的稳态增益
不随车速变化， 并重点研究了驾驶员角控制特性和力控制特性对汽车主动安全性的影响
宝马汽车公司的概念车BMWZ22，应用了SBWS和BBW（Brake-By-Wire）技术，转向盘的转动范围减少到了160°，使紧急转向时驾驶员的忙碌程度得到了很大程度的降低。
目前由于汽车供电系统的因素，转向电动机难以提供较大功率，现阶段电子转向系统的
研究以及近期的应 用对象主要针对轿车。要在重型载货汽车上应用，还必须采用液压执行机
构。随着蓄电池技术的发展和4 2V电子设备在汽车上的应用，全电子转向系统将应用到中
型和重型车上。目前，42V电源已经在一些 概念车上得到应用，通用的“自主魔力”和Bertone
的“FILO”都采用了42V电源。
国内动力转向器目前还处于机械—液压动力转向阶段，对于电动助力转向系统，清华大
学、北京理工大学、华南理工大学等高校开展了系统结构方案设计和系统建模及动力分析等
研究，但目前 还没有实用的电动助力转向系统和电子转向系统。
二、EPS的组成原理和分类
（一）EPS的组成
电动助力转向系统是在传统机械转向机构的基础上发 展起来的。系统通常由转矩传感
器、车速传感器、电子控制器、电动机、电磁离合器和减速机构等组成[ 5]。Alto汽车电子
控制动力转向系统的组成如图1所示。

（二）EPS的原理
电子控制动力转向系统是利用电动机作为助力源，根 据转向参数和车速等，由微机完成
助力工作的，其原理可概述如下。
不转向时，电 动机不工作；当操纵转向盘时，装在转向盘轴上的转矩传感器不断检测转
向轴上的转矩，并由此产生一个 电压信号，该信号与车速信号同时输入电子控制器，由控制
器中的微机根据这些输入信号进行运算处理， 确定助力转矩的大小和方向，即选定电动机的
电流和转向，调整转向的辅助动力。电动机的转矩由电磁离 合器通过减速机构减速增矩后，
加在汽车的转向机构上，使之得到一个与工况相适应的转向作用力。
电子控制电动助力转向控制系统的核心是一个4kBROM和256kBRAM的8位微机。
转向盘转矩信号和车速信号经过输入接口送入微机，随着车速的提高，通过微机控制相
应地降低助力电动机电流，以减少助力转矩。发动机转速信号也被送入微机，当发动机处于
怠速时，由于 供电不足，助力电动机和离合器不工作。点火开关的通断（onoff）信号经AD
转换接口送入微机， 当点火开关断开时，电动机和离合器不能工作。微机控制指令经DA
转换后送入电动机和离合器的驱动放 大电路中，控制电动机的旋转方向和离合器的结合。电
动机的电流经驱动放大回路、电流表A、AD转换 接口反馈给微机，将电动机的实际电流与
按微机指令应给的电流相比较，调节电动机的实际电流，使两者 接近一致。
（三）EPS分类
根据电动机驱动部位的不同，将电动助 力转向系统分为3类：转向轴助力式、转向器小
齿轮助力式和齿条助力式[6-10]。
图1为转向轴助力式转向系统。其转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构组成一
体，安装在转向柱 上。其特点是结构紧凑，所测取的转矩信号与控制直流电动机助力的响应
性较好。这种类型一般在轿车上 使用。
小齿轮助力式转向系统的转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构仍为一体，只 是
整体安装在转向小齿轮处，直接给小齿轮助力，可获得较大的转向力。该形式可使各部件布
置 更方便，但当转向盘与转向器之间装有万向传动装置时，转矩信号的取得与助力车轮部分
不在同一直线上 ，其助力控制特性难以保证准确。
齿条助力式转向系统的转矩传感器单独地安装在小齿轮处 ，电动机与转向助力机构一起
安装在小齿轮另一端的齿条处，用以给齿条助力。该类型又根据减速传动机 构的不同可分为
两种:一种是电动机做成中空的。齿条从中穿过，电动机的动力经一对斜齿轮和螺杆螺母 传
动副以及与螺母制成一体的铰接块传给齿条。这种结构是第一代电动助力转向系统，由于电
动 机位于齿条壳体内，结构复杂，价格高，维修也困难。另一种是电动机与齿条的壳体相互
独立。电动机动 力经另一小齿轮传给齿条，由于易于制造和维修，成本低，已取代了第一代
产品。因为齿条由一个独立的 齿轮驱动，可给系统较大的助力，主要用于重型汽车。

三、电子转向系统

电子转向系统（Steering-By-WireSystem，SBWS）由转向盘模块、 转向执行模块和主控
制器（ECU）3个主要部分以及自动防故障系统、电源等辅助模块组成，如图2所 示。转向
盘模块包括转向盘、转向盘转角传感器、转矩传感器和转向盘回正力矩电动机。其主要功能是将驾驶员的转向意图（通过测量转向盘转角）转换成数字信号并传递给主控制器;同时接
收主控制 器送来的力矩信号，产生转向盘回正力矩，以提供给驾驶员相应的路感信息。
转向执行
模块由前轮转角传感器、转向执行电动机、转向电动机控制器和前轮转向组件等组成。