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第7章目录
第 7 章 汽车防滑与转向控制系统,................................................................................................................- 2 -
7.1 汽车的制动与转向特性简介,.............................................................................................................,- 2 -
7.1.1 汽车制动与侧滑,............................................................................................................................- 2 -
7.1.2 驱动与侧滑,....................................................................................................................................- 6 -
7.1.3 转向系、传动系与操纵稳定性,.....................................................................................................- 7 -
7.2 汽车防滑控制系统概述,...................................................................................................................,- 10 -
7.2.1 汽车防滑控制系统的作用,......................................................................................................,- 11 -
7.2.2 制动防抱死系统的优点,..........................................................................................................,- 11 -
7.3 汽车制动防抱死系统的结构与工作原理,........................................................................................,- 16 -
7.3.1 制动防抱死系统的组成与工作原理,........................................................................................- 16 -
7.3.2 制动防抱死系统的主要组成部件,............................................................................................- 19 -
7.3.3 制动防抱死系统的特点,...........................................................................................................- 24 -
7.4 驱动防滑系统的组成与工作原理,....................................................................................................,- 25 -
7.4.1 控制原则选择,...........................................................................................................................- 25 -
7.4.2 驱动防滑系统的组成和工作原理,............................................................................................- 25 -
7.4.3 驱动防滑系统的控制方式,.......................................................................................................- 26 -
7.5 典型汽车防滑控制系统,...................................................................................................................,- 28 -
7.5.1 博世（BOSCH）ABS 2S 制动防抱死系统,....................................................................................- 28 -
7.5.2 戴维斯 MK4 防滑控制系统,.......................................................................................................- 30 -
7.6 电控四轮驱动技术,...........................................................................................................................,- 33 -
7.6.1 功用,..............................................................................................................................................- 33 -
7.6.2 控制原理,...................................................................................................................................- 33 -
7.6.3 控制功能,...................................................................................................................................- 34 -
7.6.4 优点,...........................................................................................................................................- 35 -
7.7 汽车电子稳定程序（ESP）,...............................................................................................................,- 37 -
7.7.1 ESP 的类型,................................................................................................................................- 37 -
7.7.2 ESP 的特点,................................................................................................................................- 38 -
7.7.3 ESP 的控制原理,........................................................................................................................- 38 -
7.7.4 ESP 的应用情况,........................................................................................................................- 39 -
7.8 汽车电控转向系统,.............................................................................................................................,- 40 -
7.8.1 液压式电控动力转向系统,.........................................................................................................- 40 -
7.8.2 电动式电控动力转向系统,.........................................................................................................- 50 -
7.9 电控四轮转向系统（4WS）,...............................................................................................................,- 55 -
7.9.1 4WS 车的转向特性,....................................................................................................................- 55 -
7.9.2 转向角比例控制,.......................................................................................................................- 56 -
7.9.3 横摆角速度比例控制,..................................................................................................................- 60 -
小结,............................................................................................................................................................,- 65 -
习题,............................................................................................................................................................,- 65 -
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第 7 章 汽车防滑与转向控制系统
☆ 知识点
1．汽车制动与转向特性；
2．汽车制动防抱死系统（ABS） ；汽车驱动防滑系统（ASR） 。
3．电控四轮驱动技术（4WD） ；汽车电子稳定程序（ESP） 。
4．电控动力转向系统（EPS） ；电控四轮转向系统（4WS）
★ 要求
掌握,
1．汽车制动防抱死系统（ABS）和汽车驱动防滑系统（ASR）的特性、组成、结构和工作原理；
2．电控动力转向系统（EPS）种类、特性、组成、结构和工作原理；
了解,
1．汽车制动与转向特性；
2．电控四轮驱动技术（4WD）功能、原理和特点；
3．汽车电子稳定程序（ESP）的类型、原理；
4．电控四轮转向系统（4WS）组成、结构和工作原理。
汽车防滑与转向控制系统的内容主要包括制动防滑、驱动防滑、电控四轮驱动技术、汽车电子稳定程序（ ESP）、汽车电控转向系统、电控四轮转向系统（ 4WS 等。汽车防滑控制系统是汽车上的一种安全附属装置，可以防止汽车在制动、起步、加速和转向时出现的侧滑、跑偏、丧失转向能力和滑转等，从而起到保护乘客和车辆的作用，大大降低因制动等而引起交通事故出现的概率。转向控制系统主要有汽车电控转向系统、汽车电控四轮转向（ 4WS）等。可使转向操纵灵活、轻便，
能吸收路面对前轮产生的冲击等优点。本章着重介绍制动防抱死系统 (ABS)、驱动防滑系统 (ASR)、
汽车电子稳定程序（ ESP）的结构、工作原理和典型的控制系统以及汽车电控转向系统、汽车电控四轮转向（ 4WS）等。
7.1 汽车的制动与转向特性简介
7.1.1 汽车制动与侧滑
汽车制动防抱死系统主要由车轮转速传感器、ECU 和制动液压力调节装置三部分组成。其工作过程与汽车制动时的滑动率有密切的关系。
1．汽车制动性能的评价指标
汽车制动性能的评价指标主要有三个，即制动效能、制动效能的恒定性和制动时汽车的方向稳
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定性。
制动效能是指汽车在干燥的硬路面上,以一定初速度制动到停车的制动距离或制动时的减速度，
它是制动性能最基本的评价指标。制动效能的恒定性中，最主要的是抗热衰退性能。所谓抗热衰退性能指的是在高速时或下长坡时，因制动器连续制动而温度升高后能否保持冷态时的制动效能的评价指标。制动时汽车的方向稳定性，通常用制动时汽车按给定轨迹行驶的能力来评价。如果制动时汽车发生跑偏、侧滑或失去转向能力，则汽车将偏离原来的轨迹。
2．车轮制动时的受力分析
（1）地面制动力 地面制动力是一个与汽车的行驶方向相反的力，由地面提供，通过轮胎作用于汽车上，让汽车减速或停止。地面制动力越大，制动减速度越大，制动距离也越短。所以，地面制动力对汽车的制动性能具有决定性的影响。
图 7.1 是车轮在良好路面上制动时的受力情况。Fa 为车轴对车轮的推力，Fx 为地面制动力，Fz
为地面对车轮的法向反作用力，W 为车轮垂直载荷，Tμ为制动器的摩擦转矩，r 为车轮半径。
图7.1 车轮在制动时的受力情况
在路面附着力足够时，地面制动力与制动器摩擦转矩之间的关系为
r
T
F
x
μ
= （1-1）
（2）制动器制动力 在轮胎周缘克服制动器摩擦转矩所需的力称为制动器制动力，用 F。表示。
它相当于把汽车架离地面制动时，在轮胎周缘沿切线方向施加的使车轮转动的力。计算公式为
r
T
F
μ
μ
= （1-2）
（3）附着力 附着力 F?是指汽车轮胎和道路在接触面上无相对位移时的切向地面反作用力的极限值。在硬路面上，驱动轮反作用力的极限值 F?与法向反作用力 Fz成正比，即
Z
FF?
= （1-3）
式中 F?—轮胎道路附着力（N）；
Fz—法向反作用力（N）；
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—附着系数。
附着系数?越大，附着力 F?也越大。附着系数的大小除了与路面的情况、轮胎的结构和胎面花纹有关外，还与车轮的运动状况即运动中的滑移程度有关。
由于汽车车轮与地面在侧向和纵向的附着能力是不同的，故附着力有侧向附着力和纵向附着力之分。与轮胎平面平行的附着力为纵向附着力，用 F?x 表示；垂直于轮胎平面的附着力，称横向附着力，或称侧向附着力，用 F?y 表示。与之相对应的附着系数分别是纵向附着系数?x 和侧向附着系数?y。关系式如下
ZXx
FF?
= （1-4）
Zyy
FF?
= （1-5）
（4）地面制动力、制动器制动力与轮胎—道路附着力之间的关系 汽车在制动过程中，车轮的运动有纯滚动、抱死拖滑以及介于上述两者之间的边滚边滑三种状况。当制动踏板力较小且未达到附着极限值时，制动器摩擦转矩不大，车轮处于边滚边滑状态，地面制动力等于制动器制动力，且随踏板力（或制动液压力）的增长成正比地增长（图 7.2）。
图7.2 地面制动力、制动器制动力及轮胎—道路附着力的关系
地面制动力 Fx 的最大值不能超过附着力 F?，即
ZX
FFF?
=≤ （1-6）
或最大地面制动力 Fxmax
ZX
FF?=
max
（1-7）
假设汽车在制动过程中附着系数为一常数，则当制动踏板力或制动液压力 p 上升到某一值（图
7.2 中为 pa），且地面制动力 Fx 达到附着力 F?时，车轮即抱死不转而出现拖滑现象。当制动液压力 p>pa 时，制动器制动力 Fx，由于制动器摩擦转矩的增长而仍按直线关系继续上升。但是若作用在车轮上的法向载荷为常值，地面制动力 Fx 达到附着力 F?的值后就不再增加。所以，要想提高地面制动力以使汽车具有更大的制动效能，只有提高附着系数?。
综上所述，汽车的地面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，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，
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而提高附着力就必须提高附着系数?。
3．附着系数与滑动率的关系
汽车车轮在路面上的纵向运动可以区分为纯滚动、纯滑动和边滚边滑的滑移三种形式。
车轮滑移成分在车轮纵向运动中所占的比例可以用滑动率 s 来表示，其滑动率 s 的定义式如下
%100×
=
v
rv
s
ω
（1-8）
式中 s—车轮的滑动率；
v—车轮中心的纵向速度（m/s）；
r—车轮的自由滚动半径(m)；
ω—车轮的转动角速度（rad/s）。
当车轮纯滚动时,v=rω； s =0； 当车轮抱死纯滑动时,ω＝0,s=100%； 当车轮滑移时,0<s<100%。
由此可见，滑动率越大，滑移成分越多。
当滑动率不同时，附着系数也不一样。图 7.3 是试验所得的轮胎—道路附着系数曲线，即?—s
曲线。
如图 7.3 所示，纵向附着系数?x 随滑动率的增大而迅速增大，过 B 点后上升率变小，在 A 点达到最大值之后，随着 s的增大,?x反而减小。对于侧向附着系数，s 越小,?y 越大，即保持转向和防止侧滑的能力越强。当车轮抱死拖滑时，亦即 s=100%时，纵向附着系数?x 较小，地面制动力也较小，制动距离较长；此时侧向附着系数?y 几乎为零，能承受的侧向力很小，车轮很容易侧滑，制动的方向稳定性很差。理想状态是使滑动率保持在 10%～20%之间，这样便可获得较大的纵向、侧向附着系数，地面所能提供的纵向附着力和侧向附着力也就较大，制动效能最高。汽车制动防抱死系统
（ABS）的主要作用就是把滑动率控制在 10%～20%之间，使汽车获得较高的制动效能，且可保持对汽车方向的控制能力。
图7.3?—s 曲线
在汽车制动过程中，如果前轮先抱死，汽车将失去转向能力，也有可能跑偏，但一般不会出现
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侧滑；如果后轮先抱死，将会出现非常危险的侧滑现象。为了防止后轮先抱死，有些汽车在制动系统中加了比例阀，以调节前、后车轮的制动液压力。如果把汽车制动时的滑动率控制在 10%～20%之间，前后车轮都不抱死拖滑，则汽车制动时跑偏、侧滑和失去转向能力等现象都不会出现。
7.1.2 驱动与侧滑
1．汽车驱动分析
按照汽车驱动附着条件，当汽车在起步或急加速时，如果发动机的输出转矩过大，则传输到轮胎上的转矩会大于轮胎与路面间的附着力，此时轮胎与路面之间也会产生打滑。
汽车驱动滑转成分的大小用滑转率表示，其定义式如下
%100' ×
=
ω
ω
r
vr
s （1-9）
式中 ω—车轮的角速度；
r—为车轮的半径；
υ—汽车的速度。
当车速 υ=0时,'s = 100%，即车轮在原地打滑；当 υ=rω 时,'s = 0，表明车轮作纯滚动；当
0< 's <100%时，车轮边滚边滑。不同的滑转率，附着系数不同，图 7.4 是（φx、φy）— 's 曲线。由图可以看出，当 's =100%时，纵向附着系数 φx 和横向附着系数 φy 都较小，亦即纵向附着力较小和抵抗侧滑的能力较差，而峰值附着系数出现在 s=20%左右范围内。
图7.4 驱动时的附着系数（φ— 's 曲线）
a)利用区域 b)有侧偏角
驱动防滑控制系统（ASR，Acceleration S lip Regulation）的作用就是通过减小发动机转矩、
对汽车实施制动等措施，把滑转率控制在 5％～15%之间，从而获得较大的纵向和横向附着力。若通过降低发动机转矩来控制驱动时的车轮滑转，又称为牵引力控制（TCS）。
制动状态时用轮速传感器来计算或估计参考车速，误差很大。但在驱动状态却不存在此问题，
由于非驱动车轮近于自由滚动，根据非驱动车轮转速所确定的参考车速就可以认为是实际车速，由
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此通过计算获得的驱动车轮参考滑动率与实际滑动率就较为接近。因此，在驱动过程中确定驱动车轮的滑动率则较为方便和精确。
7.1.3 转向系、传动系与操纵稳定性
汽车运动时的车辆坐标系与运动会描述如图 7.5 所示,车辆坐标系是固连在运动着的汽车上的动坐标系。
图7.5 车辆坐标系与汽车的主要运动形式
1．轮胎的侧偏
汽车在行驶过程中，受到因路面侧向倾斜、侧向风或转弯行驶时的离心力等沿 Y 轴方向侧向力
F'y 的作用，侧向力的路面反作用力为 Fy，称为侧偏力。如果车轮具有侧向弹性，且侧偏力没有超过附着极限，侧向力和侧偏力使轮胎中心线相对于车轮平面不重合，出现偏位Δ（图 7.6a）,称为轮胎的侧偏现象。发生侧偏的车轮转动时，轮胎与地面的接触印迹沿与轮胎平面成夹角α的方向滚动（图 7.6b）,角度α称为侧偏角。侧偏角与侧偏力两者的关系如图 7.7 所示，曲线显示，在α<5
°时，两者基本成线性关系。在α=0°处的斜率为侧偏刚度，用 k 表示，则 Fy=kα。需要指出的是：
最大侧偏力受附着条件限制。
影响侧偏特性的因素有,垂直载荷、轮胎气压、切向力等。如图 7.8 所示，在一定范围内增加垂直载荷、提高轮胎气压可以提高轮胎的侧偏刚度；在有切向力（如驱动力、制动力）存在时，同样的侧偏角，侧偏力下降。
车轮外倾角的倾斜方向与侧偏力一致时，侧偏角绝对值减小；反之则增大。外倾角增加，极限侧向加速度减小，侧向附着性能下降。
2．转向系与操纵稳定性
1）汽车的三种稳态转向特性为：不足转向、中性转向和过多转向（图 7.9）,而操纵稳定性良好的车辆应具有适度的不足转向，不应具有中性转向，更不能为不足转向。
2）转向系的功能：一是操纵车轮转动来操纵汽车运动的方向；二是借方向盘的反作用力反馈
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轮胎运动、受力及整车状况（通常称为路感，Road Feeling） 。
3）汽车行驶时，受驾驶员的方向盘输入与外界侧向干扰输入的影响。方向盘输入有角输入（给方向盘一个角位移）和力输入（给方向盘一个转矩）两种形式，实际驾驶时是角输入与力输入同时加入的，但在低速时以角位移为主，而在高速时则以力输入为主。外界侧向干扰输入主要指侧向风与路面不平产生的侧向力。
4）不同工况对转向系有不同要求,
在低车速,低侧向加速度下行驶,汽车应有适度的方向盘力与总回转角,并有良好的回正性能；
在高转速、转向角小、低侧向加速度时，应具有一定的转向操纵力，如图 7.10 为转向器与操纵力的变化关系。
图7.6 轮胎的侧偏现象
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图7.7 侧偏角与侧偏力两者的关系
图7.8 影响侧偏特性的因素
a)、b)垂直载荷 c)轮胎气压 d)切向力
图7.9 汽车的三种稳态转向特性（方向盘转角
sw
δ 固定不变）
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图7.10 电控转向系统的方向盘操纵力特性
5）变形转向角。由于地面作用于车轮的回正转矩，使轮胎发生变形，转向轮出现变形转向角。
车轮的实际转向角等于理论转向角与变形转向角之差。在一定的方向盘转角范围内，前轮的变形转向角大，增加汽车的不足转向量。
3．侧倾转向
汽车在曲线行驶时，由于离心力的作用，位于悬架上方的车厢出现侧倾（侧向倾斜）,造成左右车轮上的垂直载荷重新分配。前轴左、右轮垂直载荷变动量较大，汽车趋于增加不足转向量；而后轴左、右轮垂直载荷变动量较大，汽车趋于减少不足转向量。
另外，由于离心力产生了车厢的侧倾，并引起了悬架和转向杆系的变形，产生侧倾运动干涉与变形转向。
4．传动系与操纵稳定性
以前驱动加速转弯为例说明,
1）汽车在弯道上加速，前轴垂直载荷向后轴转移，引起前轴侧偏刚度下降，后轴侧偏刚度减小。因此，汽车的不足转向量有增加趋势；
2）前轮由于前驱动力的影响，同一侧偏角下的侧偏力下降。为了提供需要的侧偏力，前轮的侧偏角必须增大。在雨雪等低附着系数路面上，反应更为明显。
3）前轮受车轴驱动转矩的影响，会产生不足变形转向，增加不足转向的趋势；
4）驱动力增加，轮胎回正转矩增大，增加了不足转向的趋势。
总的说来：转向行驶的前驱动车辆，急松节气门（或制动）,汽车有过多转向的增量，车辆的不足转向趋势减弱，大功率发动机或制动力度过大还可能出现过多转向，出现“卷入”现象。反之，
在弯道上行驶的车辆急加速，则有不足转向增量出现，易发生“驶出”现象。
7.2 汽车防滑控制系统概述
汽车防滑控制系统包括制动防抱死装置 (ABS)和驱动防滑装置 (ASR)。汽车制动防抱死装置 (Auti
— LockBrakeSystem)，简称 ABS，能够提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵能力，缩短制动距离，减轻轮胎磨损，降低交通事故发生。因此,ABS 装置在国内外受到了普遍关注。
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汽车驱动防滑装置 (Auti— Slip— Regul~ion)，简称 ASR(或 TCS)，是国际上 80 年代末发展起来的新型的汽车安全技术。它通过调节作用于驱动车轮的驱动力矩和制动力矩，充分利用轮胎与路面的附着条件，防止驱动车轮发生驱动滑转的控制系统，它是 ABS 装置的逻辑延伸。
由于汽车安装了 ASR 驱动防滑系统，可以在任何路面上能够充分利用轮胎与路面的附着力，防止驱动轮滑转。所以对提高汽车的牵引性能、行驶方向稳定性和转向操纵能力以及燃料经济性，减少事故的发生都具有重要意义。同时汽车装上 ABS／ ASR 系统后，还能在很大程度上减轻驾驶员负担。下面简要介绍汽车防滑控制系统的作用和分类。
7.2.1 汽车防滑控制系统的作用
汽车在行驶过程中，经常要用制动的方式来降低车速，或在很短的距离内停车，可是过度的制动会使车轮抱死。如果前轮先抱死，汽车将失去转向能力；如果后轮先抱死，汽车有可能出现侧滑甚至调头的危险。为了防止制动时车轮被抱死后汽车在路面上进行纯粹地滑移，提高汽车在制动过程中的转向操纵能力和方向稳定性，缩短制动距离，这种汽车防滑控制系统称为制动防抱死系统。
汽车在较低附着系数的路面上起步时，会发生车轮因打滑而空转的现象；行驶在低附着系数路面上的汽车突然加速时，车轮也会出现滑转而车速不能随之提高的现象，这两种情况都有可能引起侧滑，且降低了发动机扭矩的利用率。为了保证汽车能尽快起步、加速和行驶方向的稳定，用 ECU
自动控制发动机输出扭矩的大小和对驱动车轮适当制动，这种汽车防滑控制系统被称为驱动防滑系统，也称为牵引控制系统。
汽车防滑控制系统只是汽车上的一种安全附属装置，当其出现故障时，汽车的常规制动系统等照常可以发挥作用。
7.2.2 制动防抱死系统的优点
图 7.11 是装有制动防抱死系统的汽车与没有装制动防抱死系统的汽车在转弯制动时的情况。
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图 7.11 汽车转弯制动时对比试验
A.有制动防抱死系统 B.没有装制动防抱死系统
结果表明，装有制动防抱死系统的汽车能准确地按弯道行驶；不装制动防抱死系统的汽车未能按弯道行驶，且制动距离较长。装备了制动防抱死系统的汽车在干路面上制动时，制动距离缩短了 3.9m，
在湿路面上缩短了 7.3m。
由此可见，制动防抱死系统不但能缩短汽车的制动距离，而且能增加驾驶员在制动过程中控制方向盘、绕开障碍物的功能，并能保证汽车制动时的方向稳定性，特别是在较滑的湿路面上行驶时，
优越性尤其明显。
7.2.3 汽车制动防抱死系统的型式
在制动防抱死系统中，能够独立进行制动压力调节的制动管路称为控制通道。如果车轮的制动压力可以进行单独调节，则称该车轮为独立控制；如果两个（或两个以上）车轮的制动压力是一同进行调节的，则称该两车轮为一同控制。当两个车轮一同控制时，如果以保证附着力较大的车轮不发生制动抱死或驱动滑转为原则进行制动压力调节，这两个车轮就是按高选原则一同控制；如果以保证附着力较小的车轮不发生制动抱死或驱动滑转为原则进行制动压力调节，这两个车轮就是按低选原则一同控制。
制动防抱死系统按通道数可分四通道、三通道、双通道和单通道系统。
1．四通道制动防抱死系统
对应于双制动管路，按前后和对角两种布置形式，四通道制动防抱死系统相应地也有两种结构形式，如图 7.12 所示。在四通道系统中，为了对四个车轮进行独立控制，在每个车轮各设置一个转速传感器，并在通往各制动轮的制动管路中各设置一个制动压力调节分装置。
图7.12 四通道制动防抱死系统
1.制动压力调节分装置 2.转速传感器
四通道制动防抱死系统可以最大限度地利用每个车轮的最大附着力进行制动，而且每个车轮都具有较高的抵抗外界横向力作用的能力。当汽车左右两侧车轮的附着力相近时，两侧车轮所产生的
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制动力几乎相等，而且接近于附着力的极限。因此，汽车不仅具有良好的方向稳定性和转向操纵能力，而且能够获得最短的制动距离。但是，如果两侧车轮的附着力相差较大时（例如汽车行驶在附着系数分离的路面或两侧车轮的垂直载荷相差较大时），制动过程中两侧车轮的制动力就相差较大，
由此产生的横摆力矩会严重地影响汽车的方向稳定性，所以制动防抱死系统通常不对四个车轮进行独立的制动压力调节。
2．三通道制动防抱死系统
三通道制动防抱死系统都是对两个前轮进行独立控制，对两个后轮按低选原则进行一同控制。
各种三通道制动防抱死系统如图 7.13 所示。
图7.13 三通道制动防抱死系统
1.制动压力调节分装置 2.转速传感器
汽车在紧急制动时会发生很大的轴荷转移，使前轮的附着力比后轮的大得多，特别是前轮驱动的汽车，通常前轮的附着力约占汽车总附着力的 70％～ 80％。对前轮进行独立控制，可使两前轮在制动过程中始终保持较大的抵抗外界横向力作用的能力，使汽车保持良好的转向操纵能力，同时也充分地利用了两前轮很大的附着力产生制动力，这将有助于缩短汽车的制动距离。对两后轮按低选原则进行一同控制时，即使汽车两侧车轮附着力相差较大时，两后轮的制动力都将被限制在较小附着力的水平，使两后轮的制动力始终保持平衡，保证汽车在各种条件下进行制动时都具有良好的方向稳定性。当然，两后轮按低选原则一同控制时，可能会使附着力较大的后轮不能产生充分制动，
但由于后轮制动力在汽车总制动力中所占的比例本来就较小,所以由此造成的制动力损失并不显著。
尽管两前轮独立控制可能会导致两前轮制动力的不平衡，但由于两前轮制动力不平衡对汽车行驶方向稳定性的影响较小．而且还可以通过转向操纵对由此造成的影响进行修正，因此，四轮制动防抱死系统大都为三通道系统。
在图 7.13a 所示按对角布置的双管路制动系统中，虽然在通往四个制动轮缸的制动管路中各设置一制动压力调节分装置,但两个后制动轮缸的制动压力调节分装置却是由 ECU 按低选原则一同控制的，因此，实际上仍然是三通道制动防抱死系统。
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由于三通道制动防抱死系统对两后轮进行一同控制，对于后轮驱动的汽车就可以在传动系统中
（如主减速器或变速器中）只设置一个转速传感器（图 7.13b），用来感测两后轮的平均转速。对于按前后布置的双管路制动系统，则可以在通往两后制动轮缸的制动总管路中只设置一个制动压力调节分装置（如图 7.13c），对两后制动轮缸的制动压力一同进行调节。
3．双通道制动防抱死系统
为了减少制动压力调节分装置的数量，降低系统的成本，双通道制动防抱死系统也被采用（如本田 4WALB）。各种可能的双通道制动防抱死系统如图 7.14 所示 。
图7.14 双通道制动防抱死系统
1.制动压力调节分装置 2.转速传感器
图 7.14a 所示双通道制动防抱死系统，在按前后布置双管路制动系统的前后制动总管路中各设置一个制动压力调节分装置，分别对两前轮和两后轮进行一同控制，其中两前轮可以根据附着条件进行高选和低选转换，两后轮则按低选原则一同控制。对于后轮驱动的汽车，则可以在两个前轮和传动系统中各安置一个转速传感器。在两前轮的附着力相差较大时，两前轮按高选原则一同控制；
而在两前轮的附着力相差不大时，两前轮则转入按低选原则一同控制。
图 7.14b 所示双通道制动防抱死系统，是在按前后布置双管路制动系统的前后制动总管路中各设置一个制动压力调节分装置，在每个车轮上各安置一个转速传感器。对两前轮按高选原则一同控制，对两后轮按低选原则一同控制。
图 7.14c 所示双通道制动防抱死系统，也是在前后制动总管路中各设置一个制动压力调节分装置，而在右前和左后车轮上各设置一个转速传感器，对两前轮以不使右前轮发生制动抱死为原则进行一同控制，而对两后轮则以不使左后轮发生抱死为原则进行一同控制。
图 7.14d 所示双通道制动防抱死系统，是在按对角布置的两条制动总管路中各设置一个制动压力调节分装置，只在两个前轮上各安置一个转速传感器。左前和右后制动轮缸的制动压力将以不使左前轮发生制动抱死为原则进行一同控制，而右前和左后制动轮缸的制动压力将以不使右前轮被制动抱死为原则进行一同控制。为防止后轮在前轮趋于抱死时发生制动抱死，通常在制动管路中都要设置比例阀。
图 7,4a,b,c 所示三种双通道制动防抱死系统，在两侧车轮处于附着系数分离的路面上（其中，
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图 7.14c 所示系统的右前轮处于高附着系数一侧路面）进行紧急制动时，三种双通道系统的两前轮都将按高选原则一同控制，此时两前轮的制动力就会相差很大。为了保持汽车的行驶方向，驾驶员会通过转动方向盘使前轮发生偏转，以求用转向车轮产生的横向力与不平衡的制动力相抗衡，保持汽车行驶方向的稳定（图 7.15a）。但是，在两前轮从附着系数分离路面驶入附着系数均一路面的瞬间，以前轮处于低附着系数路面而抱死的前轮的制动力会因附着力突然增大而迅速增大，两前轮的制动力会很快达到平衡。由于驾驶员无法在该瞬间将转向车轮回正，转向车轮上仍然存在的横向力将会使汽车朝着转向车轮偏转的方向行驶 （图 7.15b）,这在高速行驶时是一种无法控制的危险状态。
图中 TR 是顺时针方向的力矩,TL 是逆时针方向的力矩。
图7.15 前轮按高选择原则一同控制时对方向稳定性的影响
a）前后车轮均处于附着系数分离路面 b）前车轮驶入附着系数均一路面的瞬间
虽然两前轮独立控制的制动防抱死系统在前后车轮均处于附着系数分离路面上的状态，与上述两前轮按高选原则一同控制的制动防抱死系统在相同路面条件下的状态基本相同，但对于两前轮独立控制的系统，当前轮从附着系数分离路面驶入附着系数均一路面时，以前处于低附着系数路面前轮的制动力会因制动压力逐渐增大而逐渐增大到与一直处于高附着系数路面前轮的制动力水平，在制动力逐渐增大的过程中，驾驶员有充足的时间将转向车轮回正，使汽车的行驶方向得到控制。图
7.16 所示的是两前轮按高选原则一同控制和两前轮独立控制情况下，前轮从附着系数分离路面驶入附着系数均一路面时，两前轮制动力随时间的变化关系。
如图 7.14c 所示的双通道制动防抱死系统，当右前轮处于低附着系数路面上，而左前轮处于高附着系数路面上时，两前轮将按低选原则一同控制。尽管这可以保证汽车的行驶方向稳定性，但汽车的制动力会明显减小，制动距离会显著增大。
如图 7.14d 所示的双通道制动防抱死系统，对于前轮驱动的汽车，如果在紧急制动时离合器没有及时分离，由发动机牵引产生的制动力矩就会作用于前轮，因此，前轮在制动压力较小时就趋于抱死，制动防抱死系统就开始进行防抱死制动压力调节，而后轮此时的制动力还远未达到其附着力的水平，这样，虽然前后车轮都不会发生制动抱死，汽车的方向稳定性和转向操纵性都较好，但汽车的制动力却会显著减小，制动距离会明显增大。对于后轮驱动的汽车，如果将比例阀调整到在正常制动情况下前轮趋于抱死时，使后轮的制动力接近其附着力，那么在紧急制动时，由于离合器往往难以及时分离，发动机的制动力矩也会作用于后轮，导致后轮发生制动抱死；如果将比例阀调整到即使在离合器没有分离的情况下进行紧急制动，后轮也不发生制动抱死时，则在通常的制动情况下，后轮的制动力就会不足，汽车的制动距离会因此而明显增大。
正是由于双通道制动防抱死系统难以在方向稳定性,转向操纵能力和制动距离各方面得到兼顾，
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所以双通道系统很少被采用。
图7.16两前轮从附着系数分离路面驶入附着系数均一路面时的制动力变化
a）两前轮按高选择原则一同控制 b）两前轮独立控制
4．单通道制动防抱死系统
单通道制动防抱死系统是在按前后部置双管路制动系统的后制动总管路中设置一个制动压力调节分装置，对于后轮驱动的汽车则只需在传动系统中设置一个转速传感器，如图 7.17 所示。
图7.17 单通道制动防抱死系统
1.制动压力调节分装置 2.转速传感器
单通道制动防抱死系统一般都是对两后轮按低选原则进行一同控制，其主要作用是提高汽车的制动方向稳定性。在附着系数分离路面上进行制动时，两后轮的制动力都将被限制在处于低附着系数路面后轮的附着力水平。由于不能使处于高附着系数路面后轮的附着力得到充分利用，制动距离会有所增大。由于前制动轮缸的制动压力未被控制，前轮仍然可能发生制动抱死，所以汽车制动时的转向操纵能力得不到保障。但由于单通道制动防抱死系统能够显著地提高汽车制动时的方向稳定性，又具有结构简单、成本低的优点，因此，单通道制动防抱死系统目前在轻型货车和轿车上得到了应用。
7.3 汽车制动防抱死系统的结构与工作原理
制动防抱死系统的主要作用就是把滑移率控制在 10%~20%之间，此时，轮胎与路面之间具有较高的纵向与侧向附着系数，使汽车获得较高的制动效能，且可保持对汽车方向的控制能力。
7.3.1 制动防抱死系统的组成与工作原理
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1．制动防抱死系统的组成
通常的制动防抱死系统都是由车轮转速传感器,ECU、制动压力调节装置和报警灯等组成。制动压力调节装置主要由调压电磁阀总成、电动泵总成和储液器组成。图 7.18 是典型的制动防抱死系统的组成图。
图7.18 典型的制动防抱死系统的组成
1.车轮轮速传感器 2.右前制动器 3.制动主缸 4,储液室 5.真空助力器 6.ECU 7,右后制动器 11.左后制动器 9.比例阀 10.ABS 报警灯11.储液器 12.调压电磁阀总成 13.电动泵总成 14.左前制动器
在该系统中，每一个车轮上都安装一个转速传感器，将关于各车轮转速的信号输入 ECU。 ECU
根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测和判定,并形成相应的控制指令。
该指令指使制动压力调节装置对各个制动轮缸的制动压力进行调节，使车轮的滑移率控制在
10%~20%之间。比例阀通过控制前后轮制动轮缸制动液压力的大小，保证汽车在常规制动时前轮先于后轮抱死，以改善制动性能。在制动防抱死系统出现故障时，装在仪表盘上的制动防抱死系统报警灯就发亮，提醒驾驶员制动防抱死系统出现了故障。
2．制动防抱死系统的工作原理
制动防抱死系统的工作过程可以分为常规制动、制动压力降低、制动压力保持和制动压力升高等四个阶段（图 7.19）。
（ 1）常规制动阶段 如图 7.19a 所示，在常规制动过程中；制动防抱死装置不起作用，制动防抱死装置的 ECU 不向电磁线圈发送电流。 三位电磁换向阀阀芯在回位弹簧推动下处在最下端的工作位置，此时 B 孔保持打开状态,C 孔保持关闭状态。当踩下制动踏板时，制动总泵中的制动液压力升高，制动液经 B 孔和 C 孔流至车轮制动分泵中，推动制动分泵中的柱塞将车轮制动盘夹紧。这时止回阀 2,5 和 11 关闭，液压泵和电动机总成不工作。当松开制动踏板时，制动分泵中的制动液一部分经 A 孔和 B 孔流回制动总泵，另一部分经 A 孔和止回阀 11 流回制动总泵。
（ 2） 制动压力降低阶段 随着压力的升高,车轮即将抱死,这时车速传感器把该信号传给 ECU，
ECU 给执行器电磁线圈输入 5A 的电流（假定是 5A），从而产生强大的磁力使三位电磁阀阀芯移动到上端。如图 7.19b 所示，这时 B 孔关闭,C 孔打开。车轮制动分泵中的部分制动液通过 A 孔和 B
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孔进入储液罐。同时 ECU 给液压泵和电动机总成发出信号，使其开始工作，将储液罐中的制动液送回制动总泵。由于止回阀 11 是关闭的，所以制动总泵中的制动液不能进入三位电磁换向阀中，车轮制动分泵中的制动液压力降低，从而达到防止车轮抱死的目的。
图7.19 制动防抱死系统的工作示意图
a）常规制动 b）制动压力降低 c）制动压力保持 d）制动压力升高
1.制动总泵 2,5,11.止回阀 3.液压泵和电动机总成 4.ECU 6.储液罐 7.前轮轮速传感器 8.盘式制动器分泵 9.回位弹簧 10.电磁线圈 11.
三位电磁换向阀
（ 3）制动压力保持阶段 当制动分泵中的制动管路压力降低（或在升压过程中压力升高），使车速达到预定值时，车速传感器给 ECU 传送相应信号,ECU 就给电磁线圈提供 2A（假定）的电流，
电磁线圈产生的磁力将相应减小，三位电磁换向阀阀芯在回位弹簧的作用下移至中间位置。如图
7.19c 所示,B 孔和 C 孔都关闭，同时止回阀 2,5 和 11 也都关闭，所以制动分泵中的制动液被封闭，
压力得以保持。
（ 4）制动压力升高阶段 只有制动分泵中的制动液压力升高时，才能产生更大的制动力，从而使车速尽快降低。 为此 ECU 停止向电磁线圈输送电流,三位电磁换向阀被回位弹簧拉下,如图 7.19d
所示。此时 B 孔打开,C 孔关闭。这样，制动总泵中的制动液经 B 孔和 A 孔流至车轮制动分泵中，
从而使制动分泵中的制动液压力升高，制动力增大。
当制动力增大到一定程度时，车轮又会出现即将抱死的状态，这时又需对制动分泵降压，从而开始下一个降压 -保压 -升压循环。由此可见，制动防抱死装置是以脉冲的形式（频率约为 4~10Hz）
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对制动压力进行调节，始终将车轮的滑移率控制在 10%~20%的范围内，防止车轮抱死滑移，最大限度地保证了制动时汽车的稳定性，缩短了制动距离。
3．制动防抱死系统的工作范围
制动防抱死系统的种类不同，其结构形式和工作过程也不完全相同，但都是通过对趋于抱死车轮的制动压力进行自适应循环调节来防止车轮发生制动抱死的，且在工作范围方面是相同的。
1）制动防抱死系统只是在汽车的速度超过一定值以后（假定是 10km/h），才会对制动过程中趋于抱死的车轮进行防抱死制动压力调节。当汽车速度被制动降低到一定值时（假定小于 10km/h），
制动防抱死系统就会自动中止防抱死制动压力调节，此后的制动过程和常规制动系统的制动过程相同，车轮仍有可能被制动抱死。为了防止后轮先抱死，在制动系统中安装了比例阀。这时车速已非常小，车轮被制动抱死对汽车的制动性能影响已经很小，而且要使汽车尽快制动停车，就必须使车轮制动抱死。
2） 在制动过程中只有当车轮趋于抱死时,制动防抱死系统才会对趋于抱死的车轮进行压力调节，
防止该车轮抱死滑移。如果在制动过程中没有车轮趋于抱死，制动过程与常规制动系统的制动过程完全相同。
3）制动防抱死系统都有自诊断功能，能够对系统的工作情况进行监测，一旦发现存在影响系统正常工作的故障时，将自动关闭防抱死系统，并点亮制动防抱死报警灯，向驾驶员发出报警信号，
汽车的制动系统仍然可以像常规制动系统一样进行制动。
7.3.2 制动防抱死系统的主要组成部件
制动防抱死系统的主要组成部件有车轮转速传感器,ECU 和制动压力调节装置等。在有些种类的制动防抱死系统中应用的是减速度传感器，本书不作介绍。
1．车轮转速传感器
图 7.20 是电磁感应式车轮转速传感器的工作原理图。
由图 7.20a 和图 7.20b 对比可知，当铁心端部对着齿圈的齿槽时，通过电磁线圈的磁力线较少；
当铁心端部对着齿圈的齿顶时，通过电磁线圈的磁力线较多。因齿圈和车轮固定在一起，随车轮一起转动，而传感器是固定不动的，所以铁心端部交替对应齿圈的齿槽和齿顶，那么穿过电磁线圈的磁力线就会由少到多，再由多到少交替变化，也就是说通过电磁线圈的磁通会发生变化，从而在电磁线圈中感应出交变的感应电压，该感应电压的频率与车轮的转速成正比。如图 7.20c 所示，实线 A
表示的是车轮高转速时的电压曲线,虚线 B 是车轮转速较低时的电压曲线。 由 A 线和 B 线相比可知，
车轮转速较高时，感应电压的频率和波幅都较高；反之感应电压的频率和波幅都较低。当感应电压的频率和波幅都变得较低时，说明车轮即将抱死，传感器通过电磁线圈末端导线把该电压信号输入
ECU，由 ECU 发出相应的降压或保压指令，防止车轮抱死；反之 ECU 将发出升压指令，以使车速尽快降低。
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常见的轮速传感器按极轴的形式分凿式、菱形式和柱式三类，其安装形式如图 7.21 所示。
图7.20 电磁感应式车轮转速传感器工作原理
a）间隙与铁心端部相对 b）齿顶与铁心端部相对 c）传感器输出电压
1.齿圈 2.铁心端部 3.电磁线圈引线 4.电磁线圈 5.永磁铁心 6.磁力线 7.电磁感应传感器 8.磁极 9.齿圈齿顶
图7.21 轮速传感器的极轴形式及其安装方式
a）凿式 b）菱式 c）柱式
2．制动防抱死系统的 ECU
制动防抱死系统 ECU 是制动防抱死系统的控制中枢。图 7.22 是制动防抱死系统的控制系统示意图。
图7.22 控制系统示意图
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1.制动踏板 2.报警灯 3.ECU 4.轮 速传感器 5.车轮 6.制动分泵 7.制动压力调节装置 8.制动总泵
ECU 的主要功能是把各车轮转速传感器传来的信号进行比较、分析和判别，再通过精确计算得出车轮制动时的滑移状况，形成相应的指令，使制动液压力调节装置及其它装置（如副节气门控制、
步进电动机等）对制动压力进行调节，使进入制动分泵中的制动液以最合适的压力值来控制各车轮的转速，将滑移率控制在 10%~20％的范围内，以达到最佳制动效果。
另外,ECU 还具有初始检测功能、故障检测功能、速度传感器检测功能和失效保障功能。
ECU 由硬件和软件两部分组成。硬件是安装在印刷电路板上的各元器件及线路，软件则是固存在只读存储器中的一系列控制程序。印刷电路板封装在金属壳体之中，形成一个独立的整体，安装在行李舱、乘员室等少尘和防潮的地方。图 7.23 是制动防抱死系统 ECU 的控制电路图。
（ 1）制动时车速控制功能 图 7.24 是车轮速度控制过程图。由图可见，当紧急制动时，每个
车轮制动分泵中的制动管路压力迅速升高，车速开始下降。如果任一轮即将抱死,ECU 就降低该车轮制动分泵中的制动管路压力。如图中 I 段所示，由于减速度很大，车轮转速急剧减小，为了不使车轮抱死,ECU 发出了减压信号，从而使制动分泵中的压力降低，三位电磁换向阀处于“压力降低”
状态；当压力降到 1 点时,ECU 发出保压信号，使三位电磁换向阀处在“压力保持”状态。这时压力较低，车轮加速度会升高，当车速升高到 II 段时，为了尽快降低车速，车轮加速度要减小,ECU
就交替发出增压和保压信号，使三位电磁换向阀交替地处在“压力升高”和“压力保持”状态。当制动分泵中的压力升高到 2 点,车轮减速度很大,车速急速降低,车轮又处于抱死的边缘。 这时 ECU
又发出减压信号，使三位电磁换向阀处于“压力降低”状态，即进入 III 段。当压力降到 3 点后,ECU
又发出保压信号，进入 IV 段后又重复 II 段的增压和保压状态。如此往复，使汽车以最佳状态制动。
（ 2）初始检测功能 每当点火开关打开时,ECU 就对每一个三位电磁换向阀、液压泵和电动机总成进行状态检测，检验其功能是否正常，以备运行制动时能发挥作用。
图7.23 电控系统电路图
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1.液压泵和电动机总成 2.右前轮电磁阀 3.左前轮电磁阀 4.右后轮电磁阀 5.左后轮电磁阀 6.执行器 7,ECU 8.减速度传感器 9.诊断接口
10.左后轮轮速传感器 11.制动灯 12.右后轮轮速传感器 13.制动灯失效传感器 14.左前轮轮速传感器 15.右前轮轮速传感器 16.制动灯开关
17.制动灯熔丝 18,26,27,28.熔断器 19.手制动开关 20.制动液面报警开关 21.制动报警灯 22.ABS 报警灯 23.维修接口 24.仪表熔丝 25.
点火开关 29.起动机继电器 30.总（主）熔断器 31.控制继电器
图7.24 车轮速度控制过程
A.汽车速度线 B.车轮转速线 C.车轮加速度线 D.ECU 控制信号线 E.制动分泵中制动压力线
（ 3）故障检测功能 制动防抱死装置的任何一部分出了故障,ECU 都会点亮制动防抱死系统报警灯；并将故障的代码储存起来，以备维修时参考。
（ 4）传感器检测功能 制动防抱死系统中用的传感器有轮速传感器和减速度传感器，减速度传感器只用在四轮驱动的汽车上。 ECU 对轮速传感器的输出电压值和输出电压的偏差值进行检测，同时还对减速度传感器的输出电压值进行检测。
（ 5）失效保障功能 如果 ECU 的信号系统出现故障，相关继电器就会断开，切断 ECU 流向执行器的电流。结果是制动防抱死系统不起作用，但常规制动系统仍可运作。
3．制动液压力调节装置
制动液压力调节装置的主要作用是用来调节制动分泵中制动液的压力，是制动防抱死装置的执行器，主要由电磁换向阀、储液罐和液压泵和电动机总成组成。图 7.25 是其外形图和结构图。
（ 1）三位电磁换向阀 三位电磁换向阀通过控制制动液的流动方向，来调节制动分泵中制动液的压力，图 7.26 是其结构图。
该阀是三位三通电磁换向阀，阀芯由衔铁充当，它有上、中、下三个工作位置；阀体上有制动总泵接口、主油路接口和车轮制动分泵接口三个接口；其阀芯（衔铁）上下移动所需的外力，除主弹簧和副弹簧的弹力外，还受线圈产生的电磁力的控制。所以，该阀称为三位三通电磁换向阀。
当 ECU 不向线圈供电时，衔铁在主、副弹簧作用下处在最下端位置，此时制动防抱死系统处在常规制动状态或制动液压力升高状态。当 ECU 向线圈供 5A 的电流时，衔铁在电磁力的作用下处在
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最上端位置，此时制动防抱死系统处在压力降低状态。当 ECU 向线圈供 2A 的电流时，衔铁在电磁力和弹簧力共同作用下处在中间工作位置，这时制动防抱死系统处在压力保持状态。
由此可见，电磁阀的工作位置受 ECU 提供电流大小的控制；而电磁阀处在不同的工作位置时，
制动分泵中制动液的压力也不相同。也就是 ECU 通过改变提供给电磁阀的电流大小，来控制制动分泵中制动液的压力。
图7.25 制动防抱死系统执行器
a)外形 b)组成
1.三位电磁换向阀 2.储液罐 3.柱塞 4.凸轮轴 5.液压泵和电动机总成
（ 2）储液罐、液压泵和电动机总成 它们是执行器的压力降低装置。在制动过程中，当压力降低时，从车轮制动分泵中流出的制动液暂时储存在储液罐中，储液罐对高压的制动液起到缓冲作用。
液压泵和电动机总成由微型电动机和柱塞式液压泵组成。微型电动机由 ECU 控制，当微型电动机起动后，柱塞泵把暂储存在储液罐中的制动液输送回制动总泵。
图7.26 三位电磁换向阀结构图
1.过滤器 2.止回阀 3.线圈 4.非磁 性支承环 5.衔铁 6.进油阀 7.排油阀 8.阀体 9.支板 10.副弹簧 11,主弹簧 12.油压调整间隙
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（ 3）执行器的布置 图 7.27 是一个典型的四轮控制的三通道系统图。
图7.27 典型的三通道控制系统图
1.三位三通电磁换向阀 2.比例阀与旁通阀 3.制动总泵 4.液压泵
5.储液罐 6.执行器 7.ABS ECU 8.右后轮制动总泵 9.左后轮制动总泵
10.右前轮制动总泵 11.左前轮制动总泵
在该系统中，执行器共有三个三位三通电磁换向阀，控制前轮的电磁阀各自单独控制左右前轮，
控制后轮的一个电磁阀同时控制左右两个后轮。两前轮和两后轮分别共用一个液压泵、电动机总成和储液罐。
7.3.3 制动防抱死系统的特点
制动防抱死系统通过调节制动分泵中制动液的压力,把车轮制动时的滑移率控制在 10%~20%之内，以防止车轮抱死滑移。其特点如下,
1）改善制动效能。制动防抱死系统可以充分利用纵向峰值附着系数和较大的侧向附着系数，使车轮和地面间产生最大的地面制动力，缩短了制动距离。
2）改善汽车制动时的方向操纵性能。汽车制动时如果前轮抱死滑移，汽车就失去了转向操纵能力，只能按惯性力的方向运行，无法避开行人和障碍物。制动防抱死系统可以防止前轮抱死滑移，
从而避免汽车丧失转向能力的现象发生。
3）改善汽车制动时的横向稳定性能。如果车轮抱死，横向附着系数（也称侧向附着系数）就非常小，汽车极易侧滑。制动防抱死系统把滑移率控制在 10%~20%之间，横向附着系数较大，有足够的抵抗横向干扰的能力。
4）减小轮胎的局部磨损。汽车抱死滑移会造成轮胎局部磨损，缩短轮胎的使用寿命，防抱死系统可以防止这种情况出现。
5）减轻了驾驶员的劳动强度，提高了乘客的乘坐舒适性和安全性。
6）使用方便，工作可靠。
制动时只要把脚踩在制动踏板上，制动防抱死装置就能自动进入工作状态，以最佳制动效果制
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动。
目前，制动防抱死装置仍需进一步完善，缺点也是明显的。例如在松散的砾石路面、松土路面或积雪很深的路面上制动时，会丧失部分发动机的转矩。
7.4 驱动防滑系统的组成与工作原理
汽车“打滑”可分两种情况：一是汽车制动时车轮的滑移，二是汽车驱动时车轮的滑转。汽车制动时车轮的滑移，在 7.2 节已经分析；所谓汽车驱动时车轮的滑转，就是当汽车起步时，尽管驱动轮不停地转动，汽车却原地不动的现象；正在行进中的汽车，突然加速时也会出现因驱动轮的滑转而使车速不能马上提高的现象。驱动轮滑转有可能引起汽车的侧滑，且损失了发动机的转矩。为了防止驱动轮的滑转，人们在制动防抱死系统的基础上研制了驱动防滑系统，提高发动机转矩的利用率。
7.4.1 控制原则选择
装备于后轮驱动汽车的驱动防滑系统，为了使汽车在低速驱动时获得尽可能大的驱动力，在高速驱动时获得良好的方向稳定性，各种驱动防滑系统通常在汽车速度较低时对两驱动车轮进行独立控制或按高选原则一同控制，而在汽车速度较高时对两驱动车轮则按低选原则一同控制。汽车在低速范围内，尽管两驱动车轮进行独立控制或按高选原则一同控制会造成两驱动轮驱动力不平衡，但驱动力不平衡对汽车行驶方向稳定性的影响并不大。可是，由于能够充分地利用两驱动车轮的附着力产生尽可能大的驱动力（特别是独立控制时），汽车的起步加速性能将会明显提高，而在高速范围内，由于两驱动车轮将按低选原则一同控制，因此两驱动车轮的驱动力处于平衡状态，提高了汽车的行驶方向稳定性，特别是当汽车处于附着系数分离的路面上时，其效果更为显著。
装备于前轮驱动汽车的驱动防滑系统，对两驱动车轮进行独立控制，这既可增大驱动力，提高汽车的加速性能，又可保证汽车的转向操纵能力，而对汽车的方向稳定性影响也不大。
装备于四轮驱动汽车的驱动防滑系统，对两前轮进行独立控制，保证两前轮具有较高抵抗外界横向力作用的能力，提高了汽车的转向操纵能力，同时也可以充分地利用两前轮的附着力，获得更大的驱动力。在汽车速度较低时，对两后轮进行独立控制或按高选原则一同控制，则可以充分利用两后轮的附着力，获得更大的牵引力，提高汽车的加速性能；在汽车速度较高时，对两后轮按低选原则一同控制，保证两后轮具有较高抵抗外界横向力作用的能力，使汽车在高速行驶时具有良好的方向稳定性。
7.4.2 驱动防滑系统的组成和工作原理
图 7.28 是一种典型的具有制动防抱死和驱动防滑功能的汽车防滑控制系统。其中，驱动防滑系统和制动防抱死系统共用车轮转速传感器和 ECU，只在通往驱动车轮制动轮缸的制动管路中增设一个驱动防滑系统制动压力调节装置，在由加速踏板控制的主节气门上方增设一个由步进电机控制的
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副节气门，并在主、副节气门外各设置一个节气门开度传感器，即可实现驱动防滑控制。
当汽车在雨雪湿滑的路面上起步或加速时,如果汽车防滑控制系统 ECU 通过四个轮速传感器的信号，判断汽车某一侧的车轮滑转率超过规定值时,ECU 便向驱动防滑系统制动执行器和制动防抱死系统执行器发出控制指令，继续对滑转的车轮施加制动。之后滑转的车轮开始减速，滑转车轮的滑转率也随之下降。当滑转率降低到规定值后，汽车防滑控制系统 ECU 即发出指令，减小或停止对滑转车轮的制动。如果这时该侧车轮又开始滑转，则汽车防滑控制系统 ECU 又重新开始下一个控制循环，直至滑转率减小到规定值而正常行驶。
图7.28 汽车防滑控制系统的典型组成
1.右前轮轮速传感器 2.比例阀和差压阀 3.制动主缸 4.驱动防滑系统制动压力调节装置 5.右后轮轮速传感器 6.左后轮轮速传感器 7.发动机与变速器 ECU 8.防滑控制系统 ECU 9.驱动防滑控制系统关闭指示灯 10.驱动防滑控制系统报警灯 11.驱动防滑控制系统选择开关 12.左前轮轮速传感器 13.主节气门开度传感器 14.副节气门开度传感器 15.副节气门驱动步进电机 16.制动防抱死系统制动压力调节装置
驱动防滑系统除了具有以上基本功能外，还有以下两种功能：一是驱动防滑系统只有在车轮滑转时才开始工作，在其余的所有时间内，驱动防滑是处于准备工作状态，而并不干预常规行驶；另一种功能是如果驱动防滑系统出现故障，则发动机和制动系统仍可以按照没有装备驱动防滑系统时那样工作，只是仪表盘上的驱动防滑系统报警灯提醒驾驶员驱动防滑系统出了故障。
7.4.3 驱动防滑系统的控制方式
为了防止车轮滑转，驱动防滑系统通常采用的控制方式有三种：调整发动机输出的扭矩、适当制动驱动轮和锁止差速器。
1．发动机转矩控制
合理控制发动机的转矩，可以使汽车通过路面获得最大驱动力。短时间中断供油可以微量调节发动机转矩；减小点火提前角可以减小发动机转矩，阻断点火脉冲、节气门开度调节和辅助空气供给等措施也可调节发动机转矩。
图 7.29 是控制发动机转矩的驱动防滑系统。该系统根据电子油门加速踏板行程的大小，电控发动机可以自动调节点火提前角和汽油喷射量，从而控制发动机输出转矩。
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图7.29 控制发动机转矩的驱动防滑系统
1.电控汽油喷射系统 2.防滑控制系统 ECU 3.电子点火装置 4.执行器
2．驱动轮制动控制
当只用节气门开度大小来调节发动机转矩时,驱动轮制动控制就成了必不可少的辅助控制方式。
如图 7.30 所示,两侧车轮所处路面附着系数不同,处于高附着系数处路面的驱动轮驱动力为 Fh，
处于低附着系数
l
路面的车轮驱动力为
l
F,为了阻止在低附着系数路面行驶的车轮滑转，应对其加一制动力 Fb，这样可使发动机转矩得到有效发挥。发动机转矩按最大驱动力
bl
FFF += 2
max
进行调节。在汽车起步时，这种控制方式还可避免车辆的起步发抖。图 7.31 是同时控制发动机转矩和制动力的驱动防滑系统图。
图7.30 施加制动力产生的差速锁止作用
图7.31 控制发动机转矩和制动力的驱动防滑系统
1.发动机ECU 2.防滑控制系统 ECU 3.防滑控制系统执行器
3．差速器锁止控制
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图 7.32 是一种由电子控制的可锁止差速器，差速器向车轮输出端的离合片上加压可以实现锁止功能。 锁止程度可以从基本锁止到完全锁止。 控制压力来自蓄压器的高压油液,压力值的大小由 ECU
控制，通过电磁阀来调节，并由压力传感器和驱动轮轮速传感器反馈给 ECU 实行反馈控制。这种控制方式使汽车在各种路面行驶和起动时具有更高的稳定性和操纵性。
图7.32 差速器锁止控制驱动防滑系统
1.压力调节器 2.电磁阀 3.压力传感器
7.5 典型汽车防滑控制系统
制动防抱死系统的种类很多，本书介绍常见的两种汽车制动防抱死系统：博世 ABS 2S 和戴维斯 MK4。
7.5.1 博世（BOSCH）ABS 2S 制动防抱死系统
图 7.33 是博世 ABS 2S 的三通道四轮制动防抱死系统。 每个车轮都有一个凿式车轮转速传感器，
把车轮转速信号输入 ECU。该装置对这些信号和接收的制动灯开关、点火开关、控制装置继电器、
电动泵继电器、电磁阀继电器等输入的信号进行综合分析，形成相应指令来控制制动压力调节装置中的三个三位三通电磁阀和电动回液泵，进行防抱死制动压力调节，并对系统的状态进行监测。当发现系统中有故障时，会关掉制动防抱死系统，并让仪表板上的报警灯发光。
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图7.33 博世 ABS 2S在雪佛莱轿车上的布置
1.制动主缸 2.真空制动助力器 3.横向加速度开关 4.制动防抱死系统 报警灯 5.控制装置继电器 6.ECU
7.制动压力调节装置 8.制动卡钳 9.齿圈 10.车轮转速传感器
图 7.34 是制动压力调节装置。它由三个三位三通电磁阁、一个电动回液泵和两个储液器组成。
其中两个三位三通电磁阀分别控制前轮制动分管路，另一个控制两个后轮制动轮缸的制动总管路。
通过控制电磁阀不同的工作位置，可以对三个控制通道的制动压力分别进行增大、保持和减小三种调节。两个储液器分别用于接收在防抱死制动压力减小阶段自两个前制动轮缸和两个后制动轮缸流出的制动液，储液器可使进入其中的制动液保持较低的压力，以缓和制动液从制动轮缸中流出时产生的脉动。电动回液泵由直流电动机和柱塞泵构成。电动机受 ECU 控制，其主要作用是将两个储液器中的制动液泵回制动主缸。
图7.34 制动压力调节装置
a)结构 b)液压系统
1.通向前制动轮缸的出液口 2.通向后制动轮缸的出液口
3.接制动主缸的出液口（在背面） 4.储液器 5.电磁阀（另一个在罩盖下） 6.接制动主缸的出液口7.电动回液泵 8,罩盖 A.进液口
B.出液口 C 1、C 2、D 1、D 2.通储液器
制动压力调节装置的两个进液口与双腔制动主缸的两个出液口相连，三个出液口分别与两个前制动轮缸和后制动轮缸连接。
制动防抱死系统没工作时，各电磁阀和电动泵均断电，各电磁阀将制动主缸至各制动轮缸的制动管路沟通，并将各制动轮缸至储液器之间的制动液通路封闭。此时，各电磁阀处于图 7.34b 所示的状态。制动时，制动液从制动主缸，经电磁阀进入制动轮缸，各制动轮缸的制动压力将随制动主缸的输出压力而变化，这一过程如图 7.35a 所示，和常规制动时一样。
如果某一车轮即将抱死,控制这一车轮的电磁阀通 5A 电流,电磁阀将处于图 7.35b 所示的位置，
将制动轮缸和制动主缸断开，和储液器沟通，部分制动液进入储液器，并由回液泵将其送入制动主缸，制动轮缸中的压力降低。
当 ECU判定需要保持某一控制轮缸的制动压力时,给电磁阀提供 2A的电流,电磁阀处于图 7.35c
所示位置，制动轮缸被封闭，压力得以保持。
当 ECU 判定需要增大某一制动轮缸的压力时，给电磁阀断电，电磁阀又处于图 7.35a 所示位置
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工作，制动轮缸和制动总泵接通，压力升高。如此循环防止车轮抱死。
博世 ABS 2S 防抱死控制系统首次采用了大规模集成电路，电子控制元件数目大大减少，反应速度快，控制精度高，工作可靠。奔驰公司和美国的一些公司大多采用了该系统。
图7.35 防抱死制动压力调节原理
a）制动压力增大阶段 b）制动压力减小阶段 c）制动压力保持阶段
1.电磁阀 2.制动主缸 3.出液止回 阀 4.电动回液泵 5.进液止回阀
6.储液器7.制动压力调节装置8.ECU 9.制动轮缸 10.车轮转速传感器
7.5.2 戴维斯 MK4 防滑控制系统
戴维斯 MK4 防滑控制系统具有制动防抱死和驱动防滑两种功能。戴维斯 MK4 在美国通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司的轿车上都有应用，欧、日汽车也有采用的。
戴维斯 MK4 主要由车轮转速传感器,ECU、制动压力调节装置、制动防滑系统开关、制动开关、
制动踏板行程传感器、主继电器、电动泵继电器等组成。戴维斯 MK4 在四个车轮上各安装一个电磁感应式车轮转速传感器，各车轮的转速信号由传感器输入 ECU。
制动防滑系统开关装在仪表板上,驾驶员可以通过制动防滑系统开关向 ECU 输入使驱动防滑系
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统工作或关闭的选择信号。制动开关固定在制动踏板上，踩下制动踏板时，制动开关闭合,ECU 将使驱动防滑系统退出驱动防滑过程。在制动过程中,ECU 通过制动踏板行程传感器对制动踏板的行程进行监控。当制动踏板的行程达到一定时,ECU 使制动压力调节装置中的电动泵通电运转，将制动液自储液器泵入制动主缸，使制动踏板回升到正常高度。
当点火开关接通时，如果制动防抱死系统处于正常状态，主继电器将处于激励状态，将蓄电池电压加在 ECU 的工作电压输入端子,制动压力调节装置中各个电磁阀电磁线圈的一端和电动泵继电器电磁线圈的一端上；如果系统因故障退出工作状态时，主继电器将处于非激励状态，不再将蓄电池电压供给系统，并使制动防抱死系统报警灯的一端接地，将制动防抱死系统报警灯点亮。电动泵继电器由 ECU 控制，向电动泵供给蓄电池电压。
ECU 通过,55”脚插头与相关的电气元件相连，通过对四个车轮转速传感器输入的车轮转速信号进行处理，对汽车运动状态进行监测，必要时通过对制动压力调节装置中相应的电磁阀进行控制，
实现制动防抱死或驱动防滑的制动压力调节。 ECU 还对系统的状态进行监测,保证系统的正常工作。
当系统存在影响其正常工作的故障时,ECU 将会关闭系统，并使制动防抱死系统报警灯点亮。 ECU
中有两个完全相同的微处理器，对相同的输入信号进行相同的处理，通过比较处理结果，判断处理结果是否正确。如果两个微处理器的处理结果不相同,ECU 就将系统关闭。
制动压力调节装置主要由八个二位二通调压电磁阀、两个二位二通隔离电磁阀、电动柱塞泵、
储液器、液位开关和电动泵运转传感器等组成，电动泵运转传感器产生的信号输入 ECU，供 ECU
监测电动泵的运转情况。制动压力调节装置组成一个整体，通过制动管路与制动主缸的各制动轮缸连接，制动液压系统如图 7.36 所示。
图7.36 制动压力系统
1.储液器 2.液位开关 3.制动主缸 4.储液室 5.压力开关
6.第一隔离电磁阀（常开） 7.进液电磁阀（常开） 8.出液电磁阀（常开）
9.第二隔离电磁阀（常开） 10.限压阀 11.柱塞泵 12.电动机
在未进行制动防抱死和驱动防滑制动力调节时，制动压力调节装置中的各个二位二通电磁阀均
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不通电，两个隔离电磁阀均处于通流状态，四个进液电磁阀也都处于通流状态，四个出液电磁阀则处于断流状态，同时，电动供液泵也不通电。制动压力调节装置处于这种状态下，踩下制动踏板进行制动时，从制动主缸输出的制动液就会通过隔离电磁阀和进液电磁阀进入各制动轮缸，各制动轮缸的制动压力将随制动主缸的输出压力而变化。而在防抱死制动压力调节过程中，当 ECU 判定需要减小某一制动轮缸的制动压力时,ECU 将使该制动轮缸的进液电磁阀和出液电磁阀都通电，使进液
电磁阀处于断流状态，而使出液电磁阀处于通流状态，该制动轮缸中的部分制动液就会通过出液电磁阀流入储液器中，该制动轮缸中的制动压力随之减小；当 ECU 判定需要保持某一制动轮缸的制动压力时,ECU 将使该制动轮缸的进液电磁阀通电并处于断流状态，而使该制动轮缸的出液电磁阀断电也处于断流状态，该制动轮缸的制动压力因其中的制动液被封闭而保持一定；当 ECU 判定需要增大某一制动轮缸的制动压力时,ECU 将使该制动轮缸的进液电磁阀和出液电磁阀都断电，使进液电磁阀处于通流状态，而使出液电磁阀处于断流状态，制动主缸输出的制动液就会通过进液电磁阀进入该制动轮缸，该制动轮缸的制动压力随之增大。在防抱死制动压力调节期间,ECU 根据四个车轮转速传感器反馈的车轮转速信号，独立地对四个制动轮缸的制动压力进行减小、保持和增大调节，
保证四个车轮不发生制动抱死。
在刚踩下制动踏板进行制动的过程中,ECU 使两个隔离电磁阀始终不通电，都处于通流状态。
当制动踏板的行程达到一定位置时,ECU 就使电动泵继电器处于激励状态，向电动机供给电压，使电动机驱动柱塞泵运转,将制动液自储液器泵入制动主缸,直到制动踏板抬升到下沉的高度后,ECU
才使电动泵继电器处于非激励状态，使电动泵断电停转。由于在制动过程中制动踏板始终保持有一定的剩余行程，使制动主缸保持提供补偿防抱死制动过程中制动压力消耗的能力。
戴维斯 MK4 的驱动防滑控制功能仅在汽车速度低于 40km/h 时才会进行驱动防滑控制，以增大汽车的驱动力，提高汽车的起步加速性能。
当汽车的速度低于 40km/h 时,ECU 通过比较驱动车轮与非驱动车轮的转速确定驱动车轮的滑移率。当驱动车轮的滑移率超过设定的控制极限值时,ECU 首先使制动压力调节装置中的两个隔离电磁阀通电并处于断流状态，将两个前制动轮缸与制动主缸和两个后制动轮缸隔离，同时 ECU 使电动泵继电器处于激励状态，使电动泵通电运转，将制动液自储液器泵入前制动轮缸，使作为驱动车轮的前轮进行制动,ECU 还通过独立控制两个前制动轮缸的进液电磁阀和出液电磁阀，分别对两个前制动轮缸的制动压力进行调节，将两个驱动车轮的滑移率控制在设定的范围之内。
在进行驱动防滑控制时，仪表板上的驱动防滑系统报警灯将会点亮，直至驱动防滑控制过程结束以后，驱动防滑系统报警灯才会熄灭。在驱动防滑控制过程中，如果汽车的速度已经达到 40km/h，
驱动防滑系统会自动退出控制过程，驱动防滑系统报警灯随之熄灭。另外，如果驱动防滑控制过程的时间超过了设定的时间限值,ECU 将暂时中止驱动防滑控制过程，以防制动器发生过热。此时驱动防滑系统报警灯也会暂时熄灭，经过预定时间使制动器进行冷却以后，驱动防滑控制过程仍会继续进行。
在点火开关开始置于,ON”位置的几秒内，制动防抱死系统报警灯和驱动防滑系统报警都会点
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亮，以检查各报警灯是否完好，同时 ECU 对系统进行自检，此时制动压力调节装置中的各个电磁阀都会短暂通电，以检查各电磁阀是否正常。经过系统自检，如果未发现系统中存在故障时，制动防抱死系统报警灯和驱动防滑系统报警灯将会熄灭，系统将处于等待工作状态。此后，当汽车速度达到 9 km/h~16km/h 时,ECU 还会使电动泵短暂通电运转，以检查电动泵是否正常。
7.6 电控四轮驱动技术
7.6.1 功用
四轮驱动（Four Wheel Drive，即 4WD）采用电子控制技术后，可充分利用整车的重力所产生的附着力，驱动力大并且能防止汽车在较差路面上行驶或爬坡时打滑，避免事故的发生，特别是在汽车高速转弯时，使 4WD 自动结合，从而提高汽车的安全性。
7.6.2 控制原理
该技术是在自动变速器或 4WD 进行全面电子控制的基础上实现的。日本富士重工汽车公司生产的 4WD-4AF四轮驱动变速器如图 7.37 所示，将前轮驱动轴布置在与曲轴垂直线的侧面，由自动变速器本体和设在后方的分动器及其油压控制机构共同组成了 4WD 系统，而通向前轮的驱动则是经过变速齿轮机构后方的减速齿轮传递。4WD 的分动器如图 7.38 所示，由液压式多片离合器（MP-T）和包括负荷电磁阀的液压控制装置构成，并安装于后轮驱动的变速器壳体内。作为 4WD 控制的基本信号之一的车速信号，是通过安装在分动器离合器毂外面的传感器和减速装置内的速度计量齿轮检测出前轮的转速。
图7.37 4WD-4AF四轮驱动变速器
1.动力输出轴中心2.前轮驱动轴 3.差速器中心4.自动助力 5.变速器中心6.制动带7.轮胎
MP－T 在主变速器部分中进行独立控制，MP－T 的油压控制系统（图 7.39）由两个调压阀和一个负荷电磁阀组成，离合器力矩通过负荷电磁阀上的 0％～100％占空比控制，形成连续变化的离合
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器工作油压。
图7.38 MP－T结构
图 7.29 油压控制系统
7.6.3 控制功能
4WD 的 ECU 如图 7.40 所示，车速传感器等信号送入 ECU 后，经其判断出行驶正常后，ECU 根据存储器中存储的随车速和节气门开度变化的负荷电磁阀占空比信号控制的三维脉谱图 （图 7.41） 发出对 MP－T力矩进行精确控制信号。此外，用于 4 WD 控制的各种传感器，也用于自动变速器的变速控制及锁止离合器控制等。电控四轮驱动装置控制内容见表 7.1。
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7.6.4 优点
图7.40 ECU 控制原理
图7.41 三维脉谱图
采用电控 4WD 之后，车辆性能明显提高。图 7.32所示为车辆在低附着系数路面上起步和加速，
在前轮开始运转阶段，通过防止侧滑的起步控制，在低速区有较高的 MP1 力矩，所以前轮不会产生侧滑。在平稳的起步过程中，MP－T 力矩随着起步后车速的增加而逐渐下降，控制循环力矩返回到正常控制区。此外，在低速区、满负荷转向且前后轮转速差超过设定值时，MP－T 力矩增加，以防
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止前轮滑移。
图7.42 车辆在低附着系数路面上起步和加速
图 7.43 所示为高附着系数路面上车辆加速，前轮轮胎和路面的附着力很大，可减少 MP－T 的力矩，但由于起步控制，相对常规 4WD，具有较优良的加速性能。采用电控 4WD 后，车辆回转性能提
图7.43 高附着系数路面上车辆加速
高，图 7.44所示为高附着系数路面上车辆稳定圆周回转加速。在正常行驶中 ECU 还能实现转弯控制和前后轮转速差控制、降低内部循环力矩。选择合适的前后轮驱动力，以得到稳定的回转性能。图
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图7.44高附着系数路面上车辆稳定圆周回转加速
7.35 所示为低附着系统路面上车辆复合回转,在进行前后轮转速差控制时,MP-T 油压出现频繁变动，
使前轮驱动力达不到界限值，保持在侧向力作用下的旋转水平，从而实现在转角界限内的稳定行驶。
此外，非电控 4WD 的 MP-T 驱动，因前后车轮的有效转动半径差异，使驱动系机械损失增加及轮胎侧滑致使油耗增加。采用电控 4WD 后，因能将内部循环转矩控制为最小，故可降低 4WD 驱动系的机械损失。
图7.45 低附着系统路面上车辆复合回转
7.7 汽车电子稳定程序（ESP）
汽车电子稳定程序的英文缩写为 ESP（Electronic St ability Program）,但车型不同，其缩写有所不同。沃尔沃称其为 DSTC，宝马称其为 DSC，丰田凌志称其为 VSC，其原理和作用基本相同。
ESP 负责恒时监控汽车的行驶状态，在紧急躲避障碍物或转弯时出现不足转向或过度转向时，使车辆避免偏离理想轨迹。
7.7.1 ESP 的类型
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ESP 能自动地向一个或多个车轮施加制动力，在某些情况下每秒可进行 150 次制动，以确保汽车行驶在选定的车道内。
目前，ESP有 3 种类型,
1）4 通道或4 轮系统。能自动地向 4个车轮独立施加制动力。
2）2 通道系统。只能对 2 个前轮独立施加制动力。
3）3 通道系统。对 2 个前轮独立施加制动力，对后轮一同施加制动力。
7.7.2 ESP 的特点
ESP 系统有以下三个特点,
实时监控：ESP 是一个实时监控系统，它每时每刻都在处理监控驾驶者的操控、路面反应、汽车运动状态，并不断向发动机和制动系统发出指令。
主动干预：ABS 等产品在起作用时，系统对驾驶者的动作起干预作用，但它不能调控发动机，
而 ESP 则是主动调控发动机的转速并可调整每个轮子的驱动力和制动力，以修正汽车的过度转向和转向不足。
事先提醒：ESP 还有一个实时警示功能，当驾驶者操作不当和路面异常时，它会用警告灯警示驾驶者。在三个系统的共同作用下，最大限度地保证汽车不跑偏、不甩尾、不侧翻和方向盘在任何状态下能操纵自如。
7.7.3 ESP 的控制原理
ESP 主要通过设置在车身的传感器获得信号，并由微处理器进行再处理后反馈给控制系统。ESP
传感器还向控制装置提供汽车在任何瞬间的运行状态信息，主要传感器及其功能如表 7.1 所示。
表 7.1 ESP 传感器及其功能
传感器 功能
转向传感器 监测转向盘旋转角度，帮助确定汽车行驶方向是否正确
轮速传感器 监测每个车轮速度，确定车轮是否打滑
偏行率传感器 记录汽车绕垂直轴线的运动，确定汽车是否在打滑
横向加速度传感器 检测汽车转弯时产生的离心力，确定汽车通过弯道时是否打滑
ESP 是一套电脑程序，通过从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，进而向 ABS 和 ASR
发出纠偏指令，帮助车辆维持动态平衡。工作时，ESP 不需要驾驶员对其操作，而是根据实际情况
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作出反应，从而不再（盲目服从驾驶员，使汽车行驶安全性大大提高。最重要的信息由偏航率传感器提供，负责测定汽车围绕纵轴的旋转运动（偏航率）,其他传感器负责记录偏航角速度和横向加速度。ESP 电脑计算出保持车身稳定的理论值，与偏航率传感器和横向加速度传感器测得的数据进行比较，发出平衡纠偏指令。转向不足产生向理想轨迹曲线外侧的偏离倾向，过度转向产生向理想轨迹曲线内侧的偏离倾向。ESP 自动纠正驾驶员的不足转向和过度转向，如图 7.46 所示。
车辆行驶在路滑的左弯道上，当过度转向使车辆向右甩尾时，ESP 传感器测得车轮滑动，信息迅速送入 ECU，通过 ASR牵制发动机动力输出，通过 ABS 对各个车轮进行有目的的制动，重新分配力矩，使汽车产生顺时针方向的力矩，而将汽车保持在原来的行驶轨道内。
在同样弯路中行驶，由于转向不足、车速较快，使前轮驶离路面而丧失地面附着力时，对于 4
通道的 ESP，左后轮制动，由此产生逆时针方向的力矩，使汽车回到正确的轨道上；对于 2 通道ESP，
使左前轮制动。
ESP 对过度转向和不足转向的灵敏度，可超过世界上最优秀的赛车手。
图 7.46 ESP对不足转向和过度转向的纠偏
7.7.4 ESP 的应用情况
ESP系统自1995年问世以来,以其出色的便捷性和安全性赢得了无数重要奖项。 ESP赢得了1995
年汽车工程学会（SAE）的“亨利福特二世汽车技术卓越奖” ；在 1999 年，它赢得了维也纳大学的“保时捷奖” ；由于它对道路安全的积极作用，2004 年 ESP 系统被评为“英国迈克尔王子驾驶道路安全奖” 。2005年 ESP 还获得了安联保险授予的“安全奖” 。
今天，在德国，已有超过 70%的新注册车辆都配备了 ESP。来自博世的研究表明，就整个欧洲而言，2005 年大约 40%的新注册车辆配备了 ESP。在高档车上，ESP 已经成为标准配置，在中档车上的装配率也迅速提高，在紧凑型车上装配率稍低。在美国和日本，ESP 的装配率也迅速提高。在我们
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国家，ESP 的装配率还比较低，目前，仅在高档豪华车上比较常见，而中高档的几款销量领先的车型，如雅阁、帕萨特、马自达 6 都没有 ESP 的配置，甚至连宝马 3 系、5 系、奥迪 A4、A6 也并没有将 ESP 作为全系车型的标准配置。东风雪铁龙新上市的中高档轿车凯旋，其三款车型，包括最低配置的尊贵型手动档也把 ESP 作为了标准配置。作为国内Ｂ级车中唯一把 ESP 作为标准配置的车型，
它填补了这一级别车型 ESP 配置的空白，更确立了中高档轿车主动安全领域的新里程碑。
东风雪铁龙凯旋采用的是博世最新一代（第八 代）ESP 8.0 系统。目前，这一具有世界领先技术的博世 ESP8.0 系统已经实现了中国国产化。相比博世 ESP 5.7,其重量从 5.6 kg 降低到 2.3kg，
幅度达到 60％，结构也更紧凑，并增强了踏板感觉。ESP8.0 系统结合ABS、TCS、EBD、BA 等安全配置，大大保证了车辆各个方向上的行驶稳定性，使凯旋成为中高档车型中安全性能最出色的车型。
7.8 汽车电控转向系统
动力转向系统可使转向操纵灵活、轻便，能吸收路面对前轮产生的冲击等优点，因此动力转向系统被很多国家采用。按控制方式的不同，可分为传统动力转向系统和电子控制动力转向系统。
电子控制动力转向系统（简称 EPS 一一 Electronic Control Power Steering）,根据动力源不同又可分为液压式电子控制动力转向系统 （液压式 EPS） 和电动式电子控制动力转向系统 （电动式 EPS） 。
液压式 EPS 是在传统的液压动力转向系统的基础上增设了控制液体流量的电磁阀。车速传感器和电子控制单元等，电子控制单元根据检测到的车速信号控制电磁阀，使转向动力放大倍率实现连续可调，从而满足高、低速时的转向助力要求。电动式 EPS 是利用直流电动机作为动力源，电子控制单元根据转向参数和车速等信号，控制电动机扭矩的大小和方向。电动机的扭矩由电磁离合器通过减速机构减速增大后，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。通过电子控制动力转向系统可使驾驶员在汽车低速行驶时操纵转向轻便、灵活；而在中、高速行驶时又可以增加转向操纵力，使驾驶员的手感增强，从而可获得良好的转向路感和提高转向操纵的稳定性。
7.8.1 液压式电控动力转向系统
液压式电子控制动力转向系统，是在传统的液压动力转向系统的基础上，增设电子控制装置而构成的。根据控制方式的不同，液压式电子控制动力转向系统又可分为流量控制式。反力控制式和阀灵敏度控制式三种形式。
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1、流量控制式 EPS
这是一种根据车速传感器信号调解动力转向装置供应的压力油液，改变油液的输入输出流量，
以控制转向力的方法。优点是，在原来动力转向功能上再增加压力油液流量控制功能即可，可以降低价格，简化结构。缺点是，当流向动力转向机构的压力油液降低到极限值时，将改变转向控制部分的刚度，使其下降到接近转向刚性。这样，在低供给油量区域内，对于快速转向会产生压力油量不足，降低了响应性。
（ 1）丰田凌志轿车电子控制动力转向系统
图 7.47 所示为凌志轿车采用的流量控制式动力转向系统。该系统主要由车速传感器。电磁阀、
整体式动力转向控制阀、动力转向液压泵和电子控制单元等组成。电磁阀安装在通向转向动力缸活塞两侧油室的油道之间，当电磁阀的阀针完全开启时，两油道就被电磁阀旁通。流量控制式动力转向系统就是根据车速传感器的信号，控制电磁阀阀针的开启程度，从而控制转向动力缸活塞两侧油室的旁路液压油流量，来改变转向盘上的转向力。车速越高，流过电磁阀电磁线圈的平均电流值越大，电磁阀阀针的开启程度越大，旁路液压油流量越大，而液压助力作用越小，使转动转向盘的力也随之增加。
图7.47 凌志轿车的流量控制式动力转向系统
l.动力转向液压泵 2.电磁阀 3.动力 转向控制阀 4.ECU 5.车速传感器
图 7.48 所示为该系统电磁阀的结构。图 7.49 为电磁阀的驱动信号。由图可以看出，驱动电磁阀电磁线圈的脉冲电流信号频率基本不变，但随着车速增大，脉冲电流信号的占空比将逐渐增大，使流过电磁线圈的平均电流值随车速的升高而增大。图 7.50 所示为凌志轿车电子控制动力转向系统的电路图。
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图7.48 电磁阀的结构
图7.49 电磁阀的驱动信号
（ 2）日产蓝鸟轿车电子控制动力转向系统
图 7.51 所示为曾在日产蓝鸟轿车上使用的流量控制式动力转向系统。它的特点是在一般液压动力转向系统上再增加旁通流量控制阀、车速传感器、转向角速度传感器、电子控制单元和控制开关等。在转向液压泵与转向机体之间设有旁通管路，在旁通管路中又设有旁通油量控制阀。根据车速传感器、转向角速度传感器和控制开关等信号，电子控制单元向旁通流量控制阀，按照汽车的行驶状态发出控制信号，控制旁通流量，从而调整向转向器供油的流量。
图7.50凌志轿车的电子控制动力转向系统电路图
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图7.51 日本蓝鸟牌轿车的电子控制动力转向装置
a) 结构b）系统原理示意图
l.加油箱2.转向往3.转向角速度传感器4.EPS 控制器5.转向角速度传感器
连接器6.旁通流量控制阀6.EPS 控制线圈8.转向传动机构9.机油泵
图7.52 三种不同的转向力特性曲线
当向转向器供油流量减少时，动力转向控制阀灵敏度下降，转向助力作用降低，转向力增加。
在这一系统中，利用仪表板上的转换开关，驾驶员可以选择三种适应不同行驶条件的转向力特性曲线，如图 7.52 所示。另外，电子控制单元还可根据转向角速度传感器输出信号的大小，在汽车急转弯时，按照图 7.53 所示的转向力特性实施最优控制。
图7.53 汽车急转弯时的转向力特性
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图 7.54 所示为该系统旁通流量控制阀的结构示意图。在阀体内装有主滑阀 2 和稳压滑阀 7，在主滑阀的右端与电磁线圈柱塞 3 连接，主滑阀与电磁线圈的推力成正比移动，从而改变主滑阀左端流量主孔 1 的开口面积。调整调节螺钉 4 可以调节旁通流量的大小。稳压滑阀的作用保持流量主孔前后压差的稳定，以使旁通流量与流量主孔的开口面积成正比。当因转向负荷变化而使流量主孔前后压差偏离设定值时，稳压滑阀阀心将在其左侧弹簧张力和右侧高压油压力的作用下发生滑移。如果压差大于设定值，则阀心左移，使节流孔开口面积减小，流入到阀内的液压油量减少，前后压差减小；如果压差小于设定值，则阀心右移，使节流孔开口面积增大，流入到阀内的液压油量增多，
前后压差增大。流量主孔前后压差的稳定，保证了旁通流量的大小只与主滑阀控制的流量主孔的开口面积有关。
图7.54旁通流量控制阀结构
1.流量主孔 2.主滑阀 3.电磁线圈柱塞 4.调节螺钉 5.电磁线圈 6.节流孔7.稳压滑阀
图 7.55 为日产蓝鸟轿车流量控制式动力转向系统电路图。系统中电子控制单元的基本功能是接收车速传感器、转向角速度传感器及变换开关的信号，以控制旁通流量控制阀的电流，并具有故障自诊断功能。
当控制单元、传感器、开关等电气系统发生故障时，安全保险装置能够确保与一般动力转向装置的功能相同。
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图7.55 蓝鸟轿车电子控制动力转向系统电路图
2、反力控制式 EPS
反力控制式动力转向系统是一种根据车速大小，控制反力室油压，从而改变输入、输出增益幅度以控制转向力。其优点表现在，具有较大的选择转向力的自由度，转向刚度大，驾驶员能感受到路面情况，可以获得稳定的操作手感等。其缺点是结构复杂，且价格较高。
（ 1）系统组成与工作原理
图 7.56 所示为反力控制式动力转向系统的工作原理图。该系统主要由转向控制阀、分流阀、电磁阀、转向动力缸、转向液压泵、储油箱、车速传感器（图中未画出）及电子控制单元等组成。转向控制阀是在传统的整体转阀式动力转向控制阀的基础上增设了油压反力室而构成。扭力杆的上端通过销子与转阀阀杆相连，下端与小齿轮轴用销子连接。小齿轮轴的上端通过销子与控制阀阀体相连。转向时，转向盘上的转向力通过扭力杆传递给小齿轮轴。当转向力增大，扭力杆发生扭转变形时，控制阀体和转阀阀杆之间将发生相对转动，于是就改变了阀体和阀杆之间油道的通、断和工作油液的流动方向，从而实现转向助力作用。
分流阀的作用，把来自转向液压泵的液压油向控制阀一侧和电磁阀一侧进行分流。按照车速和转向要求，改变控制阀一侧与电磁间一侧的油压，确保电磁阀一侧具有稳定的液压油流量。固定小孔的作用是把供给转向控制阀的一部分流量分配到油压反力室一侧。
电磁阀的作用是根据需要，将油压反力室一侧的液压油流回储油箱。
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图 7.56 反力控制式动力转向系统的工作原理图
l.转向盘 2.扭杆 3.储油箱 4.接口 5.销钉 6.控制阀轴 7.回转阀 8.小齿轮轴 9.左室 10.右室 11.动力油缸 12.活塞 13.齿条 14.小齿轮 15.转向齿轮箱 16.柱塞 17.油压反力室 18.电磁阀 19.油泵 20.分流阀 21.小节流孔
电子控制单元（ ECU）根据车速的高低线性控制电磁阀的开口面积。当车辆停驶或速度较低时，
ECU 使电磁线圈的通电电流增大，电磁阀开口面积增大，经分流阀分流的液压油。通过电磁阀重新回流到储油箱中，所以作用于柱塞的背压（油压反力室压力）降低。于是柱塞推动控制阀转阀阀杆的力（反力）较小，因此只需要较小的转向力就可使扭力杆扭转变形，使阀体与阀杆产生相对转动而实现转向助力作用。
当车辆在中、高速区域转向时,ECU 使电磁线圈的通电电流减小，电磁阀开口面积减小，所以油压反力室的油压升高，作用于柱塞的背压增大，于是柱塞推动转阀阀杆的力增大。此时需要较大的转向力才能使阀体与阀杆之间作相对转动（相当于增加了扭力杆的扭转刚度）而实现转向助力作用，所以在中、高速时可使驾驶员获得良好的转向手感和转向特性。
（ 2）反力控制式动力转向系统实例
图 7.57 为丰田汽车公司“马克 II” 型车用反力控制式动力转向系统结构图。图 7.58 转向控制阀（增设了反力油压控制阀和油压反力室）的结构。
图 7.59 为电磁阀的结构及其特性。输入到电磁阀中的信号是通、断脉冲信号，改变信号占空比
（信号导通时间所占的比例）就可以控制流过电磁阀线圈平均电流值的大小。
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图7.57马克II电子控制动力转向系统结构
图7.58 反力控制式动力转向控制阀结构
l.扭杆 2.回转阀 3.油压反力室 4.柱塞 5.控制阀轴
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图7.59 电磁阀的结构及其特性
3、阀灵敏度控制式 EPS
阀灵敏度控制式 EPS 是根据车速控制电磁阀,直接改变动力转向控制阀的油压增益 （阀灵敏度）
来控制油压的。这种转向系统结构简单、部件少、价格便宜，而且具有较大的选择转向力的自由度，
与反力控制式转向相比，转向刚性差，但可以最大限度提高原来的弹性刚度来加以克服，从而获得自然的转向手感和良好的转向特性。图 7.60 所示为 89 型地平线牌轿车所采用的阀灵敏度可变控制式动力转向系统。该系统对转向控制阀的转子阀作了局部改进，并增加了电磁阀、车速传感器和电子控制单元等。
图7.60 阀灵敏度可变控制式动力转向装置
a)系统示意图 b) 转子阀
（ 1）转子阀
一般在圆周上形成 6 条或 8 条沟槽，各沟槽利用阀部外体，与泵、动力缸、电磁阀及油箱连接。
图 7.61 所示为实际的转子阀结构剖面图。
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图7.61 转 子阀及电磁阀断面图
1.动力缸 2.电磁阀 3.油箱 4.泵
图 7.62 所示为阀部的等效液压回路图，转子阀的可变小孔分为低速专用小孔（ 1R,1L,2R、
2L）和高速专用小孔（ 3R,3L）两种，在高速专用可变孔的下边设有旁通电磁阀回路，其工作过程如下,
图7.62阀部的等效液压回路图
当车辆停止时，电磁阀完全关闭，如果此时向右转动转向盘，则高灵敏度低速专用小孔 1R 及 2
R 在较小的转向扭矩作用下即可关闭。转向液压泵的高压油液经 1L 流向转向动力缸右腔室，其左腔室的油液经 3L,2L 流回储油箱，所以此时具有轻便的转向特性。而且施加在转向盘上的转向力矩越大，可变小孔 1L,2L 的开口面积越大，节流作用就越小，转向助力作用越明显。
随着车辆行驶速度的提高，在电子控制单元的作用下，电磁阀的开度也线性增加，如果向右转动转向盘，则转向液压泵的高压油液经 1L,3R 旁通电磁阀流回储油箱。此时，转向动力缸右腔室的转向助力油压就取决于旁通电磁阀和灵敏度低的高速专用可变孔 3R 的开度。车速越高，在电子控制单元的控制下，电磁阀的开度越大，旁路流量越大，转向助力作用越小；在车速不变的情况下，
施加在转向盘上的转向力越小，高速专用小孔 3R 的开度越大，转向助力作用也越小。当转向力增大时,3R 的开度逐渐减小，转向助力作用也随之增大。由此可见，阀灵敏度控制式动力转向系统可使驾驶员获得非常自然的转向手感和良好的速度转向特性。所以具有多工况的转向特性如图 7.61c 从低速到高速的过渡区间，由于电磁阀的作用，按照车速控制可变小孔的油量，因而可以按顺序改变特性。
（ 2）电磁阀
电磁阀结构见图 7.61，该阀设有接控制上下流量的旁通油道，是可变的节流阀。在低速时向电磁线圈通以最大的电流，使可变孔关闭，随着车速升高，依次减小通电电流，可变孔开启；在高速时，开启面积达到最大值。该阀在左右转向时，油液流动的方向可以逆转，所以在上下流动方向中，
可变小孔必须具有相同的特性。为了确保高压时流体有效作用于阀，必须提供稳定的油压控制。
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（ 3）电子控制单元
接受来自车速传感器的信号，控制向电磁阀和电磁线圈输出电流。如图 7.63 所示为控制系统的电路图。
图7.63 控制系统电路图
7.8.2 电动式电控动力转向系统
电动式动力转向系统（ EPS）是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的电动助力式转向系
统。该系统仅需要控制电机电流的方向和幅值，不需要复杂的控制机构。另外，该系统由于
利用微机控制，为转向系统提供了较高的自由度，同时还降低了成本和重量。
电动式动力转向系统主要特点如下,
1）电动机、减速机、转向柱和转向齿轮箱可以制成一个整体，管道、油泵等不需单独
占据空间，易于装车。
2）基本上只增加电动机和减速机，没有了液压管道等部件，使整个系统趋于小型轻量化。
3）仅在必要时用来使电动机运转，故可以节能。
4）因为零件数目少，不需要加油和抽空气，所以在生产线上的装配性好。由此，从发
展的角度看，电动式动力转向系统将成为标准件装备在汽车上。
1、电动式电控动力转向系统的结构与工作原理
电动式动力转向系统基本上是由扭矩传感器、车速传感器、控制元件、电动机和减速机组成的，
如图 7.64 所示。
在操纵转向盘时，转矩传感器根据输入力的大小产生相应的电压信号，由此检测出操纵力的大小，同时根据车速传感器产生的脉冲信号又可测出车速，再控制电动机的电流，形成适当的转向助
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力。
图7.64 电动式EPS的组成
1.转向盘2.输入轴3.电控单元4.电动机 5,电磁离合器6.转向齿条7.横拉杆8.转向轮
9.转向器,10.扭杆 1 1.转向齿轮 12.转矩传感器
（ 1）扭矩传感器
转矩传感器的作用是测量转向盘与转向器之间的相对转矩，以作为电动助力的依据之一。
图 7.65 所示为无触点式转矩传感器的结构及工作原理图。 在输出轴的极靴上分别绕有 A,B,C、
D 四个线圈，转向盘处于中间位置（直驶）时，扭力杆的纵向对称面正好处于图示输出轴极靴 AC、
BD 的对称面上。当在 U,T 两端加上连续的输入脉冲电压信号 U
i
时由于通过每个极靴的磁通量相等，所以在 V,W 两端检测到的输出电压信号 U
0
＝ 0，转向时，由于扭力杆和输出轴极靴之间发生相对扭转变形，极靴 A,D 之间的磁阻增加,B,C 之间的磁阻减少，各个极靴的磁通量发生变化，
于是在 V,W 之间就出现了电位差。其电位差与扭力杆的扭转角和输入电压 U
i
成正比。
图7.65无触点式转矩传感器
所以，通过测量 V,W 两端的电位差就可以测量出扭力杆的扭转角，于是也就知道转向盘施加的转矩。
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图 7.66 所示为滑动可变电阻式转矩传感器的结构。它是将负载力矩引起的扭力杆角位移转换为电位器电阻的变化，并经滑环传递出来作为转矩信号。
（ 2）电动机、离合器、减速机
EPS 上所采用的电动机是在一般汽车用电动机基础上加以改进后得到的。为了改善操纵感、降低噪声和减少振动，有的电动机转子外圆表面开有斜槽，有的则改变定子磁铁的中心处或底部的厚度。电动机的特性如图 7.67 所示。
图 7.56 滑动可变电阻式转矩传感器结构
l.小齿轮2.滑环3.轴 4.扭杆 5.输出端 6.外壳 7.电位器
图 7.57 电动机的特性
转向助力用直流电动机需要正反转控制，图 7.68 所示为一种比较简单适用的控制电路。 a
1
,a
2
为触发信号端。当 a
1
端得到输入信号时，晶体管 VT
3
导通,VT
2
得到基极电流而导通，电流经 VT
2
、
电动机 VT,VT
3
搭铁而构成回路，于是电动机正转，当内端得到输入信号时，电流则经 VT
l
,VT、
VT
4
搭铁面构成回路，电动机则因电流方向相反而反转。控制触发信号端电流的大小，就可以控制通过电动机电流的大小。
电动机的工作范围限定在某一速度区域内，如果超过规定速度，则离合器使电动机停转，且离合器分离，不再起传递动力的作用。在不加助力的情况下，离合器可以清除电动机惯性的影响。同
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时，在系统发生故障时，因离合器分离，可以恢复手动控制转向。
图7.68 电动机正反转控制电路
为了减少加与不加助力时驾驶车辆感觉的差别，设法使离合器具有滞后输出特性，同时还使其具有半离合状态区域。
图 7.69 为单片干式电磁离合器的工作原理图。当电流通过滑环进入电磁离合器线圈时，主动轮产生电磁吸力，带花键的压板被吸引与主动轮压紧，于是电动机的动力经过轴、主动轮、压板、花键、从动轴传递给执行机构。
减速机构（见图 7.70）是把电动机的输出放大后，再传给转向齿轮箱的主要部件。目前已实用的有多种组合方式，如两级行星齿轮与传动齿轮驱动组合式，涡轮涡杆与转向轴驱动组合式等。为了抑制噪声和提高耐久性，减速机构上采用了部分树脂材料及特殊齿形。
图7.69 电磁离合器工作原理
l.滑环 2.线圈 3.压 板 4.花键 5.从动轴6.主动轮7.滚动轴承
2、电动式电控动力转向系统的控制
（ 1）控制电路
控制电路方框图见图 7.71。控制电路的中心是 8 位的单片微型计算机，内装 256 字节的 RAM，
4K 位的 ROM 和 8 位的 A／ D 变换器。
主传感器和辅助传感器的转矩及电动机的信号及电动机的电流信号，通过 A／ D 变换器输入到
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微型计算机中，而车速信号、发动机转速、蓄电池电压和起动机开关的通断状态、交流发电机的 L
端子电压则通过接口电路输入到微型计算机中。
图7.70 减速机构
l.电动机传动齿轮 2.传动齿轮 3.太阳轮 4.齿圈 5.太阳轮 6.传动齿轮 7.齿圈 8.传动齿9.齿条
图7.71 控制电路的框图
转矩信号通过 A／ D 变换器输入到计算机后，计算机根据车速范围按照规定的转矩一一电动机电流变换值，确定出电动机的电流指令值，把电流指令值输入到 D／ A 变换成模拟信号，之后输入到电流控制电路中去；同时，计算机还输出电动机的旋转方向指示信号，这个信号输入电动机的驱动电路后，便决定了电动机的旋转方向。
电流控制电路把上述的已成为模拟信号的电流指令与电动机的实际电流相比较后，产生二者幅度相同的斩波信号。驱动电路收到斩波信号与旋转方向指令信号之后，则输出指令，驱动功率
MOS-FET 电路，控制电动机的电流，使其按规定的方向旋转。
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当超过规定的车速时，离合器的驱动信号被切断，电动机与减速机构分离，同时电动机也停止工作。
（ 2）故障诊断与安全保护
控制元件具有故障自我诊断功能，当发生电气系统故障时，能自动停止助力。同时，计
算机可以记忆故障内容，并使故障指示灯点亮。维修时可读取故障码，找出故障原因。
出现电气故障后，控制电路停止向电动机供电，在装有离合器的 EPS 上，离合器脱开，恢复到手动控制转向。
7.9 电控四轮转向系统（4WS）
7.9.1 4WS 车的转向特性
1．4WS 车低速时的转向特性
汽车在低速转向的情况下，可以认为车辆的前进方向和车的朝向是大体一致的，所以各车轮上几乎不产生转向力。 4 轮的前进方向的垂线在一点相交，而车辆以此交点（转向中心）为中心进行转向。
图 7.62 所示为低速转向时的行驶轨迹，可知 2 WS 车（前轮转向操纵）的情况是后轮不转向，
所以转向中心大致在后轴的延长线上。 4 WS 车的情况是对后轮进行逆向转向操纵，转向中心就比 2
WS 车的超前并在靠近车体处。在低速转向时，若前轮转向角相同，则 4WS 车的转向半径更小，内轮差也能小，所以转向性好。对小轿车而言，如果后轮逆向转向 5°则可减少最小转弯半径约 0.5m，
内轮差约 0.1 m 。
图7.72 低速转向时的行驶轨迹
a)2WS 车 b) 4WS 车
2．4 WS 车中高速时的转向特性
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直行汽车的转向是有下列两个运动的合成，即车辆的质心点绕改变前进方向的转向中心的公转和绕质心点的自转运动。
图7.73 2WS 车高速转向的车辆动态
图 7.73 为 2WS 车高速转向时车辆的运动状态。前轮转向时，前轮产生侧偏角 a 并产生旋转向心力使车体开始自转。当车体出现偏向时，后轮也出现侧偏角儿 且也产生旋转向心力。 4 轮分担自转和公转的力，一边平衡一边转向。但是，车速愈高，离心力就愈大。所以必须给前轮更大的侧偏角，使它产生更大的旋转向心力。而且，为了使后轮也产生与此相对应的侧偏角，使车体有更大的自转运动。但是，车速愈高，车体的自转运动就愈不稳定，容易引起车辆的旋转或侧滑。
理想的高速转向的运动状态是尽可能使车体的倾向和前进方向一致，以防多余的自转运动，使前后轮产生足够的旋转向心力。 在 4WS 的车上通过对后轮的同相转向操纵,使后轮也产生侧偏角 a，
使它与前轮的旋转向心力相平衡，从而抑制自转运动。这样有可能得到车体方向与车辆前进方向相一致的稳定转向状态，如图 7.74 所示。
7.9.2 转向角比例控制
所谓转向角比例控制就是与转向盘转向角度成比例地对后轮进行转向操纵控制，而这种控制在低速区是逆相的，在中高速区是同相的。在中高速区的转向操纵应使前后轮平衡稳定并处于恒定转向状态，车的前进方向和车体的朝向就能一致，并能得到稳定的转向性能。转向初期的过渡状态，
从一开始就是使前后轮同时产生旋转向心力。所以，车体的公转先于自转，车体就有朝向转向外侧
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的倾向。但是，与 2WS 车的转向相比能够做到转向方向的偏离足够小。
图7.74 高速转向时的2WS车与4WS车同相转向操纵的比较
a）2WS车 b）4WS车
1．系统组成
图 7.75 所示为 4WS 转向角成比例控制的系统图。前后的转向机构是以机械方式连接。转向盘的旋转传递到前转向齿轮箱（齿条和小齿轮） 由齿条带动转向横拉杆左右运动，使前轮转向。同时，
小齿轮的旋转输出，通过连接轴传给后转向齿轮箱。
图7.75 转向角比例控制4WS 系统图
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图7.76 转向枢轴
a）结构b）偏心轴和枢轴的运动 c）枢轴的旋转角与连杆移动量之间的关系
（ 1）转向枢轴 如图 7.76 所示，后转向齿轮箱的转向枢轴是一个大的轴承。其外圈与扇形齿轮成为一体，围绕枢轴可左右转动；内圈与连杆突出的偏心轴相连接，连杆通过 4 WS 转换器的电机连杆以旋转中心作正反旋转。偏心轴在转向枢轴机构内可上下回转约 55°。
通过连接轴的输入使小齿轮向左或向右旋转时，旋转力就传递到扇形齿轮，再由转向枢轴通过偏心轴使连杆向左右方向移动。连杆带动后转向横拉杆和后转向节臂实现后轮的转向。图 7.76b 所示为由于枢轴与偏心轴的运动，形成后轮的同相位和逆相位的转向原理图。偏心轴的前端与枢轴左右旋转中心重合时，即使转向枢轴左右转动，连杆也完全不动，后轮就在中立状态。随着偏心轴前端位置与枢轴的旋转中心上下方向的偏离，枢轴左右转动时的连杆的移动量就变大。偏心轴与后轮转向之间的动态关系是偏心轴前端位置在转向枢轴的上侧时为逆相位，而下侧时为同相位。图 7.76c。
所示为转向枢轴旋转角度与连杆的旋转角度和左右移动量的关系。
（ 2） 4WS 转换器 图 7.77 所示为 4WS 转换器部分的结构。转换器是由主电动机和副电动机的驱动部分、行星齿轮的减速部分以及旋转连杆的蜗杆组成的。通常主电动机转动，而副电动机就处
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于停止状态。副电动机的输出轴与行星齿轮的中心齿轮相连，齿圈就是 4WS 转换器的输出轴。通常中心齿轮固定不动，而与主电动机相连的小齿轮旋转。因此，小齿轮围绕着中心轮进行公转和自转，
以此带动 4WS 转换器的输出齿圈。
主电动机不工作时，小齿轮就变成空转齿轮，并将副电动机旋转传递到齿圈，使连杆同相位方向旋转。
2．控制逻辑
图7.77 4WS转换器部分的结构
图 7.78 所示为 ECU 控制流程框图。通过转向角传感器、车速传感器等输入信号，进行以下控制,
图7.78 转向角比例控制4WS 控制流程方框图
（ 1）转向角控制 按照图 7.79 所示的转向角比控制图，由主电动机进行控制。驾驶员通过 4WS
方式转换开关，可选择常规模式 (NORMAL)和运动模式 (SPORT)。
车速主要由车速表的传感器提供,作为辅助信号用 ABS 车速传感器中的前轮的一个传感器输入信号。转向角传感器是检测后转向齿轮箱内的连杆的旋转角度，根据滑动阻力相应于旋转角的模拟电压输入到 ECU。
（ 2） 2WS 选择功能 2WS 开关为 ON 且变速器为倒挡状态时，因与车速无关，故将后轮的转向操纵量设定为零。对 2WS 车倒退转向操纵已习惯的人，若对 4WS 车倒退转向操纵有失调感时，
可使用此开关。
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图 7.69 转向角比控制
a）转向角控制b）转向角比传感器的特性
（ 3）安全性控制 系统出现异常时，在进行下列工作的同时点亮,4WS 警告灯”通知驾驶员，
而且 ECU 记忆异常部位。
1）主电动机异常时，驱动副电动机只在同相方向上，以常规模式（ NORMAL）按照车速进行转向角比控制。
2）车速传感器异常时，在 SP1 和 SP2 的任何一个输出中，用车速高的值通过主电动机只对同相方向进行转向角控制。
3）转向角比传感器异常时，通过副电动机驱动到同相方向最大值时停止控制。此时，若是副电动机异常，则用主电动机进行同样的控制。
4） ECU 异常时，通过副电动机驱动到相同方向最大值为止，然后停止控制。此时，能避免出现逆相位状态。
7.9.3 横摆角速度比例控制
在中高速区为发挥恒定转向时 4WS 的控制功能,并为了改善从转向初期到恒定转向的过渡状态中“转向内侧车体滞后现象”,已进行了各种各样控制方法的研究。如前轮转向动作比后轮的转向动作稍晚点进行，从而增加自转的方法（一次滞后控制） 。又如中断转向操纵时，由于转向的角速度和角加速度引起的转向时的车体朝向与前进方向偏离，转向初期的瞬间，将对后轮进行逆相位转向，
再返回同相位转向的方法（位相反转控制） 。
横摆角速度比例控制是通过检测横摆角速度以控制后轮转向操纵量的。通过横摆角速度能够直接检测自转运动的增减，所以按照它再增减后轮的转向角，则就能取得合适的自转和公转时间，从转向初期起就能使车体朝向与前进方向之间的偏离很小。另外，直接看着车辆的自转运动，所以即使是转向操纵以外而产生的力，例如，在有横向风的情况下，以瞬时的感觉也能向抑制自转的方向操纵后轮的转向。
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1．系统组成
图 7.80 所示为 4WS 的横摆角速度比例控制系统的组成。使后轮产生转向角的工作原理就是转换后转向机构的控制阀油路，使阀心左右移动。在前轮有转向运动时控制阀将后轮的最大转向角控制到 5° (大转向角控制 )而与前轮转向无关时将后轮的转向角最大控制到 1°（小转向角控制）,前者属于依靠传动绳索的机械式转向，而后者是依靠脉冲电机的电子式转向，后轮的转向角是由上述两者合成的。
图7.80 横摆角速度比例控制4WS系统的组成图
（ 1）前轮转向操纵机构 图 7.81 所示为前轮转向操纵机构的结构。转向盘的旋转运动传递到转向器的小齿轮和齿条，并随着齿条的左右移动带动小齿轮旋转。此时与小齿轮成为一体的前带轮就做正反旋转。前带轮的旋转通过转向角传动缆绳传递到后轮转向操纵机构的后带轮上。控制齿条上有长为 l 的自由行程（盲区）而相应的转向盘的转动范围大约为 250°，所以不能进行与前轮转向角连动的后轮转向操纵。高速行驶时，后轮不能进行这样大的转向角的转向操纵。因此高速行驶时，
后轮只是通过脉冲电机进行电子式转向控制。
（ 2）后轮转向操纵机构 图 7.82 所示为后轮转向操纵机构的结构。机械式转向操纵机构的情况是通过缆绳将转动传递到后带轮并带动控制凸轮，而凸轮推杆仿照凸轮外形运动带动阀套筒左右移动。转向盘向左转动时，后带轮向右旋转。此时随着旋转，凸轮曲率半径变小，凸轮推杆被拉出，
阀套筒就向左移动。转向盘右转时，则相反。随着凸轮曲率半径变大，凸轮推杆被推进，阀套筒就
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向右移动。由于阀套筒和阀心的相对位移，使来自液压泵的工作压力油路被切换。转向盘向左转时，
阀套筒就向左移，使油液进入液压缸的右室，动力活塞向左移动。此时与活塞一体的拉杆向左移动，
将后轮向右转。相反，当前轮向右转时，动力活塞向右移动，后轮就向左转。无论何种情况，总是逆相位转向操纵。
图7.81 前轮转向操纵机构
图7.82 后轮转向操纵机构
2．控制状态
按照前轮的转向量，后轮的转向控制状态有大转向角控制和小转向角控制两种状态。
（ 1）大转向角控制（机械式控制）当前轮转向角处在与后轮转向无关的转向齿条自由行程范围内时，阀心与阀套筒之间的相对位置处于中立状态。因而，来自油泵的工作油液被排出，且返回到副油箱。动力油缸的左右室都成为中立的低油压，活塞杆在复位弹簧的作用下停止在中立位置。
当前轮向左转向时，阀套筒向左方向移动，并与阀心之间产生相对位移。图 7.83 中的 a 部位以及 b 部位被节流，高压作用于动力油缸的右室，推动活塞杆向左移动，而后轮就向右转向。当活塞杆向左移动时，因为脉冲电机不工作阀控制杆就以支点 A 为中心回转，并将阀心从 B 点移到左方的
B′点。因此，打开处于节流状态的阀。部分以及 b 部分，降低动力油缸右室的压力，如图 7.83 所示。
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结果是当活塞杆移动到规定位置时,a 部分以及 b 部分的节流压力与来自车轮的外力相平衡，后轮就不能进行更多的转向。
图7.83 大转向角控制（逆相位）
外力产生变化时，活塞杆将有微小的变化，但阀控制杆立即将变化反馈给阀心并改变节流量。
这个过程直到动力活塞的压力与外力相平衡为止，从而保持稳定。
（ 2）小转向角控制（电子式控制）为了将脉冲电动机的旋转运动变为阀心的直线运动，采用螺旋齿轮和曲柄组合机构。脉冲电动机的旋转通过蜗轮机构传递到从动齿轮，借助曲柄使阀控制杆移动，如图 7.84a。所示。当从动齿轮向左旋转时，阀控制杆的上端支点 A 就以从动齿轮中心 O 点为回转中心移动到 A′点。脉冲电机刚起动的瞬间，后转向轴还没有运动。所以，阀控制杆就以 C 点为回转中心向左运动，杆中央的 B 点成为 B′点，使阀心向左移动。缆绳不动时，阀套筒固定不动，
与阀套筒产生相对位移，图 7.84 中阀的 a 部分以及 b 部分被节流，高压油进入油缸左室。
当活塞杆向右移动时，如图 7.84b 所示，反馈杆以支点 A 为中心回转，使阀套筒向右移动到 B
′点为止。结果打开 a 部分和 b 部分，能减少节流使压力下降。而后以与机械式转向操纵相同的方法保持平衡。
3．摔制逻辑
图 7.85 所示为前轮转向角与后轮转向角之间的关系，后轮转向角是机械式转向与电子式转向特性的合成。当转向盘的转向角约为 250°左右以上的逆相区时，实际上是在低速大转向情况下或停车时所表现出来的状态。中高速时是不能进行机械转向的，只能是在电子转向范围内的后轮转向控制。 ECU 中存储车速、转向角和横摆角速度等各传感器输入信号，并进行相应运算，从而确定相应与车辆状态所规定的后轮转向角，以及根据其结果驱动脉冲电动机。
- 64 -
图7.84 小转向角控制（同相位）
a)反馈杆的工作原理 b)整体工作原理
图7.85 前轮转向角与后轮转向角之间的关系
（ 1）车体侧滑角的零控制 车体侧滑角零控制是在转向初期的过渡过程中,4 WS 以特有的抑制转向时车体向转向内侧滞后的转向角比例现象，使转向时车体的方向与前进方向相一致，从而确保稳定转向的一种控制。根据下式所示的控制规则，它通过逆相位转向角比例控制与横摆角速度反馈控制的组合来实现，如图 7.86 所示。
图7.86 控制比例系数
YYfsr
KK ωνθνθ )()( +=
式中，
r
θ 是后轮转向角；
f
θ 是前轮转向角；
Y
ω 是横摆角速度； ν 是车速；
s
K 是转向角比例系数；
- 65 -
Y
K 是横摆角速度比例系数。
在转向初期的瞬间，对后轮进行逆相控制使它产生自转并抑制公转，从而能防止车体朝转向外侧倾斜。与此同时，横摆角速度传感器能检测自转运动的增大状态并进行反馈控制，同时附加同相位成分以取得自转与公转运动的平衡。从转向开始至转向结束，一直进行使车体侧滑角成为零的控制。
（ 2）受侧向风干扰时的控制 由于突然的侧向风力的作用，车辆就要偏向行驶。横摆角速度传感器能立即检测出它的偏向，并对后轮进行转向控制以消除产生的偏向行驶。由于后轮产生的力矩，
横向侧风力引起的自转运动会减小，并能使车的行驶方向偏差最小。
（ 3） ABS 工作时的控制 通常为了提高中低速范围的转向操纵的响应性，正如横摆角速度比例系数
Y
K 特性中见到的那样，角速度增益低于高速区域。但是 ABS 工作时，与转向操纵响应性相比将更加重视车辆的稳定性,而且将 ABS 开始工作的瞬间的横摆角速度增益 （
Y
K 值） 一直保持到 ABS
的工作结束。
小结
本章主要介绍了制动防抱死系统、驱动防滑系统、电控四轮驱动技术、汽车电子稳定程序、汽车电子转向系统和电控四轮转向系统。制动防抱死系统、驱动防滑系统主要介绍了它的功能、类型、
组成、结构和工作原理，并介绍了博世（ BOSCH） ABS 2S 制动防抱死系统和戴维斯 MK4 防滑控制系统两个典型系统；电控四轮驱动技术主要介绍了它的功能、工作原理和优点；汽车电子稳定程序主要介绍了其类型、控制原理及应用；汽车电子转向系统主要介绍了液压式电控动力转向系统和电动式电控动力转向系统的结构和工作原理。还介绍了电控四轮转向系统的特性、组成、结构和工作原理。
习题
7,1 汽车制动性能的评价指标有哪些？
7,2 什么是滑移率？附着系数和滑移率有什么关系？
7,3 什么是滑转率？附着系数和滑转率有什么关系？
7,4 影响轮胎侧偏的因素有哪些？汽车的三种稳态转向特性是什么？
7,5 汽车在不同工况下对转向系要求有什么不同？
- 66 -
7,6 汽车防滑控制系统包括哪两种装置，分别起什么作用？
7,7 制动防抱死系统有什么优点？
7,8 制动防抱死系统按照通道数多少不同有哪些布置形式？各有何优缺点？
7,9 制动防抱死系统有哪些零部件组成？
7,10 简要说明制动防抱死系统的工作原理？
7,11 简要说明电磁感应式车轮转速传感的工作原理？
7,12 驱动防滑的控制方式有哪些？
7,13 简要分析戴维斯 MK4 防滑控制系统的工作过程。
7,14 电控四轮驱动技术有什么功用和优点？
7,15 简要说明汽车电子稳定程序的功能和原理。
7,16 液压式电子控制动力转向系统有哪些形式？
7,17 丰田凌志轿车采用的流量控制式动力转向系统有哪些零部件组成，简要说明该系统的工作过程？
7,18 简要说明反力控制式动力转向系统的组成、工作原理和优缺点。
7,19 简要说明阀灵敏度控制式动力转向系统的组成、工作原理和优缺点。
7,20 电动式电控动力转向系统有哪些特点？
7,21 电动式电控动力转向系统有哪些零部件组成？
7,22 简要说明电动式电控动力转向系统的工作原理。
7,23 四轮转向控制系统有何转向特性？
7,24 什么是转向角比例控制？简要说明转向角比例控制系统的工作情况。
7,25 什么是横摆角速度比例控制？简要说明横摆角速度比例控制系统的工作情况。 。
第7章目录
第 7 章 汽车防滑与转向控制系统,................................................................................................................- 2 -
7.1 汽车的制动与转向特性简介,.............................................................................................................,- 2 -
7.1.1 汽车制动与侧滑,............................................................................................................................- 2 -
7.1.2 驱动与侧滑,....................................................................................................................................- 6 -
7.1.3 转向系、传动系与操纵稳定性,.....................................................................................................- 7 -
7.2 汽车防滑控制系统概述,...................................................................................................................,- 10 -
7.2.1 汽车防滑控制系统的作用,......................................................................................................,- 11 -
7.2.2 制动防抱死系统的优点,..........................................................................................................,- 11 -
7.3 汽车制动防抱死系统的结构与工作原理,........................................................................................,- 16 -
7.3.1 制动防抱死系统的组成与工作原理,........................................................................................- 16 -
7.3.2 制动防抱死系统的主要组成部件,............................................................................................- 19 -
7.3.3 制动防抱死系统的特点,...........................................................................................................- 24 -
7.4 驱动防滑系统的组成与工作原理,....................................................................................................,- 25 -
7.4.1 控制原则选择,...........................................................................................................................- 25 -
7.4.2 驱动防滑系统的组成和工作原理,............................................................................................- 25 -
7.4.3 驱动防滑系统的控制方式,.......................................................................................................- 26 -
7.5 典型汽车防滑控制系统,...................................................................................................................,- 28 -
7.5.1 博世（BOSCH）ABS 2S 制动防抱死系统,....................................................................................- 28 -
7.5.2 戴维斯 MK4 防滑控制系统,.......................................................................................................- 30 -
7.6 电控四轮驱动技术,...........................................................................................................................,- 33 -
7.6.1 功用,..............................................................................................................................................- 33 -
7.6.2 控制原理,...................................................................................................................................- 33 -
7.6.3 控制功能,...................................................................................................................................- 34 -
7.6.4 优点,...........................................................................................................................................- 35 -
7.7 汽车电子稳定程序（ESP）,...............................................................................................................,- 37 -
7.7.1 ESP 的类型,................................................................................................................................- 37 -
7.7.2 ESP 的特点,................................................................................................................................- 38 -
7.7.3 ESP 的控制原理,........................................................................................................................- 38 -
7.7.4 ESP 的应用情况,........................................................................................................................- 39 -
7.8 汽车电控转向系统,.............................................................................................................................,- 40 -
7.8.1 液压式电控动力转向系统,.........................................................................................................- 40 -
7.8.2 电动式电控动力转向系统,.........................................................................................................- 50 -
7.9 电控四轮转向系统（4WS）,...............................................................................................................,- 55 -
7.9.1 4WS 车的转向特性,....................................................................................................................- 55 -
7.9.2 转向角比例控制,.......................................................................................................................- 56 -
7.9.3 横摆角速度比例控制,..................................................................................................................- 60 -
小结,............................................................................................................................................................,- 65 -
习题,............................................................................................................................................................,- 65 -
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第 7 章 汽车防滑与转向控制系统
☆ 知识点
1．汽车制动与转向特性；
2．汽车制动防抱死系统（ABS） ；汽车驱动防滑系统（ASR） 。
3．电控四轮驱动技术（4WD） ；汽车电子稳定程序（ESP） 。
4．电控动力转向系统（EPS） ；电控四轮转向系统（4WS）
★ 要求
掌握,
1．汽车制动防抱死系统（ABS）和汽车驱动防滑系统（ASR）的特性、组成、结构和工作原理；
2．电控动力转向系统（EPS）种类、特性、组成、结构和工作原理；
了解,
1．汽车制动与转向特性；
2．电控四轮驱动技术（4WD）功能、原理和特点；
3．汽车电子稳定程序（ESP）的类型、原理；
4．电控四轮转向系统（4WS）组成、结构和工作原理。
汽车防滑与转向控制系统的内容主要包括制动防滑、驱动防滑、电控四轮驱动技术、汽车电子稳定程序（ ESP）、汽车电控转向系统、电控四轮转向系统（ 4WS 等。汽车防滑控制系统是汽车上的一种安全附属装置，可以防止汽车在制动、起步、加速和转向时出现的侧滑、跑偏、丧失转向能力和滑转等，从而起到保护乘客和车辆的作用，大大降低因制动等而引起交通事故出现的概率。转向控制系统主要有汽车电控转向系统、汽车电控四轮转向（ 4WS）等。可使转向操纵灵活、轻便，
能吸收路面对前轮产生的冲击等优点。本章着重介绍制动防抱死系统 (ABS)、驱动防滑系统 (ASR)、
汽车电子稳定程序（ ESP）的结构、工作原理和典型的控制系统以及汽车电控转向系统、汽车电控四轮转向（ 4WS）等。
7.1 汽车的制动与转向特性简介
7.1.1 汽车制动与侧滑
汽车制动防抱死系统主要由车轮转速传感器、ECU 和制动液压力调节装置三部分组成。其工作过程与汽车制动时的滑动率有密切的关系。
1．汽车制动性能的评价指标
汽车制动性能的评价指标主要有三个，即制动效能、制动效能的恒定性和制动时汽车的方向稳
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定性。
制动效能是指汽车在干燥的硬路面上,以一定初速度制动到停车的制动距离或制动时的减速度，
它是制动性能最基本的评价指标。制动效能的恒定性中，最主要的是抗热衰退性能。所谓抗热衰退性能指的是在高速时或下长坡时，因制动器连续制动而温度升高后能否保持冷态时的制动效能的评价指标。制动时汽车的方向稳定性，通常用制动时汽车按给定轨迹行驶的能力来评价。如果制动时汽车发生跑偏、侧滑或失去转向能力，则汽车将偏离原来的轨迹。
2．车轮制动时的受力分析
（1）地面制动力 地面制动力是一个与汽车的行驶方向相反的力，由地面提供，通过轮胎作用于汽车上，让汽车减速或停止。地面制动力越大，制动减速度越大，制动距离也越短。所以，地面制动力对汽车的制动性能具有决定性的影响。
图 7.1 是车轮在良好路面上制动时的受力情况。Fa 为车轴对车轮的推力，Fx 为地面制动力，Fz
为地面对车轮的法向反作用力，W 为车轮垂直载荷，Tμ为制动器的摩擦转矩，r 为车轮半径。
图7.1 车轮在制动时的受力情况
在路面附着力足够时，地面制动力与制动器摩擦转矩之间的关系为
r
T
F
x
μ
= （1-1）
（2）制动器制动力 在轮胎周缘克服制动器摩擦转矩所需的力称为制动器制动力，用 F。表示。
它相当于把汽车架离地面制动时，在轮胎周缘沿切线方向施加的使车轮转动的力。计算公式为
r
T
F
μ
μ
= （1-2）
（3）附着力 附着力 F?是指汽车轮胎和道路在接触面上无相对位移时的切向地面反作用力的极限值。在硬路面上，驱动轮反作用力的极限值 F?与法向反作用力 Fz成正比，即
Z
FF?
= （1-3）
式中 F?—轮胎道路附着力（N）；
Fz—法向反作用力（N）；
- 4 -
—附着系数。
附着系数?越大，附着力 F?也越大。附着系数的大小除了与路面的情况、轮胎的结构和胎面花纹有关外，还与车轮的运动状况即运动中的滑移程度有关。
由于汽车车轮与地面在侧向和纵向的附着能力是不同的，故附着力有侧向附着力和纵向附着力之分。与轮胎平面平行的附着力为纵向附着力，用 F?x 表示；垂直于轮胎平面的附着力，称横向附着力，或称侧向附着力，用 F?y 表示。与之相对应的附着系数分别是纵向附着系数?x 和侧向附着系数?y。关系式如下
ZXx
FF?
= （1-4）
Zyy
FF?
= （1-5）
（4）地面制动力、制动器制动力与轮胎—道路附着力之间的关系 汽车在制动过程中，车轮的运动有纯滚动、抱死拖滑以及介于上述两者之间的边滚边滑三种状况。当制动踏板力较小且未达到附着极限值时，制动器摩擦转矩不大，车轮处于边滚边滑状态，地面制动力等于制动器制动力，且随踏板力（或制动液压力）的增长成正比地增长（图 7.2）。
图7.2 地面制动力、制动器制动力及轮胎—道路附着力的关系
地面制动力 Fx 的最大值不能超过附着力 F?，即
ZX
FFF?
=≤ （1-6）
或最大地面制动力 Fxmax
ZX
FF?=
max
（1-7）
假设汽车在制动过程中附着系数为一常数，则当制动踏板力或制动液压力 p 上升到某一值（图
7.2 中为 pa），且地面制动力 Fx 达到附着力 F?时，车轮即抱死不转而出现拖滑现象。当制动液压力 p>pa 时，制动器制动力 Fx，由于制动器摩擦转矩的增长而仍按直线关系继续上升。但是若作用在车轮上的法向载荷为常值，地面制动力 Fx 达到附着力 F?的值后就不再增加。所以，要想提高地面制动力以使汽车具有更大的制动效能，只有提高附着系数?。
综上所述，汽车的地面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，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，
- 5 -
而提高附着力就必须提高附着系数?。
3．附着系数与滑动率的关系
汽车车轮在路面上的纵向运动可以区分为纯滚动、纯滑动和边滚边滑的滑移三种形式。
车轮滑移成分在车轮纵向运动中所占的比例可以用滑动率 s 来表示，其滑动率 s 的定义式如下
%100×
=
v
rv
s
ω
（1-8）
式中 s—车轮的滑动率；
v—车轮中心的纵向速度（m/s）；
r—车轮的自由滚动半径(m)；
ω—车轮的转动角速度（rad/s）。
当车轮纯滚动时,v=rω； s =0； 当车轮抱死纯滑动时,ω＝0,s=100%； 当车轮滑移时,0<s<100%。
由此可见，滑动率越大，滑移成分越多。
当滑动率不同时，附着系数也不一样。图 7.3 是试验所得的轮胎—道路附着系数曲线，即?—s
曲线。
如图 7.3 所示，纵向附着系数?x 随滑动率的增大而迅速增大，过 B 点后上升率变小，在 A 点达到最大值之后，随着 s的增大,?x反而减小。对于侧向附着系数，s 越小,?y 越大，即保持转向和防止侧滑的能力越强。当车轮抱死拖滑时，亦即 s=100%时，纵向附着系数?x 较小，地面制动力也较小，制动距离较长；此时侧向附着系数?y 几乎为零，能承受的侧向力很小，车轮很容易侧滑，制动的方向稳定性很差。理想状态是使滑动率保持在 10%～20%之间，这样便可获得较大的纵向、侧向附着系数，地面所能提供的纵向附着力和侧向附着力也就较大，制动效能最高。汽车制动防抱死系统
（ABS）的主要作用就是把滑动率控制在 10%～20%之间，使汽车获得较高的制动效能，且可保持对汽车方向的控制能力。
图7.3?—s 曲线
在汽车制动过程中，如果前轮先抱死，汽车将失去转向能力，也有可能跑偏，但一般不会出现
- 6 -
侧滑；如果后轮先抱死，将会出现非常危险的侧滑现象。为了防止后轮先抱死，有些汽车在制动系统中加了比例阀，以调节前、后车轮的制动液压力。如果把汽车制动时的滑动率控制在 10%～20%之间，前后车轮都不抱死拖滑，则汽车制动时跑偏、侧滑和失去转向能力等现象都不会出现。
7.1.2 驱动与侧滑
1．汽车驱动分析
按照汽车驱动附着条件，当汽车在起步或急加速时，如果发动机的输出转矩过大，则传输到轮胎上的转矩会大于轮胎与路面间的附着力，此时轮胎与路面之间也会产生打滑。
汽车驱动滑转成分的大小用滑转率表示，其定义式如下
%100' ×
=
ω
ω
r
vr
s （1-9）
式中 ω—车轮的角速度；
r—为车轮的半径；
υ—汽车的速度。
当车速 υ=0时,'s = 100%，即车轮在原地打滑；当 υ=rω 时,'s = 0，表明车轮作纯滚动；当
0< 's <100%时，车轮边滚边滑。不同的滑转率，附着系数不同，图 7.4 是（φx、φy）— 's 曲线。由图可以看出，当 's =100%时，纵向附着系数 φx 和横向附着系数 φy 都较小，亦即纵向附着力较小和抵抗侧滑的能力较差，而峰值附着系数出现在 s=20%左右范围内。
图7.4 驱动时的附着系数（φ— 's 曲线）
a)利用区域 b)有侧偏角
驱动防滑控制系统（ASR，Acceleration S lip Regulation）的作用就是通过减小发动机转矩、
对汽车实施制动等措施，把滑转率控制在 5％～15%之间，从而获得较大的纵向和横向附着力。若通过降低发动机转矩来控制驱动时的车轮滑转，又称为牵引力控制（TCS）。
制动状态时用轮速传感器来计算或估计参考车速，误差很大。但在驱动状态却不存在此问题，
由于非驱动车轮近于自由滚动，根据非驱动车轮转速所确定的参考车速就可以认为是实际车速，由
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此通过计算获得的驱动车轮参考滑动率与实际滑动率就较为接近。因此，在驱动过程中确定驱动车轮的滑动率则较为方便和精确。
7.1.3 转向系、传动系与操纵稳定性
汽车运动时的车辆坐标系与运动会描述如图 7.5 所示,车辆坐标系是固连在运动着的汽车上的动坐标系。
图7.5 车辆坐标系与汽车的主要运动形式
1．轮胎的侧偏
汽车在行驶过程中，受到因路面侧向倾斜、侧向风或转弯行驶时的离心力等沿 Y 轴方向侧向力
F'y 的作用，侧向力的路面反作用力为 Fy，称为侧偏力。如果车轮具有侧向弹性，且侧偏力没有超过附着极限，侧向力和侧偏力使轮胎中心线相对于车轮平面不重合，出现偏位Δ（图 7.6a）,称为轮胎的侧偏现象。发生侧偏的车轮转动时，轮胎与地面的接触印迹沿与轮胎平面成夹角α的方向滚动（图 7.6b）,角度α称为侧偏角。侧偏角与侧偏力两者的关系如图 7.7 所示，曲线显示，在α<5
°时，两者基本成线性关系。在α=0°处的斜率为侧偏刚度，用 k 表示，则 Fy=kα。需要指出的是：
最大侧偏力受附着条件限制。
影响侧偏特性的因素有,垂直载荷、轮胎气压、切向力等。如图 7.8 所示，在一定范围内增加垂直载荷、提高轮胎气压可以提高轮胎的侧偏刚度；在有切向力（如驱动力、制动力）存在时，同样的侧偏角，侧偏力下降。
车轮外倾角的倾斜方向与侧偏力一致时，侧偏角绝对值减小；反之则增大。外倾角增加，极限侧向加速度减小，侧向附着性能下降。
2．转向系与操纵稳定性
1）汽车的三种稳态转向特性为：不足转向、中性转向和过多转向（图 7.9）,而操纵稳定性良好的车辆应具有适度的不足转向，不应具有中性转向，更不能为不足转向。
2）转向系的功能：一是操纵车轮转动来操纵汽车运动的方向；二是借方向盘的反作用力反馈
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轮胎运动、受力及整车状况（通常称为路感，Road Feeling） 。
3）汽车行驶时，受驾驶员的方向盘输入与外界侧向干扰输入的影响。方向盘输入有角输入（给方向盘一个角位移）和力输入（给方向盘一个转矩）两种形式，实际驾驶时是角输入与力输入同时加入的，但在低速时以角位移为主，而在高速时则以力输入为主。外界侧向干扰输入主要指侧向风与路面不平产生的侧向力。
4）不同工况对转向系有不同要求,
在低车速,低侧向加速度下行驶,汽车应有适度的方向盘力与总回转角,并有良好的回正性能；
在高转速、转向角小、低侧向加速度时，应具有一定的转向操纵力，如图 7.10 为转向器与操纵力的变化关系。
图7.6 轮胎的侧偏现象
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图7.7 侧偏角与侧偏力两者的关系
图7.8 影响侧偏特性的因素
a)、b)垂直载荷 c)轮胎气压 d)切向力
图7.9 汽车的三种稳态转向特性（方向盘转角
sw
δ 固定不变）
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图7.10 电控转向系统的方向盘操纵力特性
5）变形转向角。由于地面作用于车轮的回正转矩，使轮胎发生变形，转向轮出现变形转向角。
车轮的实际转向角等于理论转向角与变形转向角之差。在一定的方向盘转角范围内，前轮的变形转向角大，增加汽车的不足转向量。
3．侧倾转向
汽车在曲线行驶时，由于离心力的作用，位于悬架上方的车厢出现侧倾（侧向倾斜）,造成左右车轮上的垂直载荷重新分配。前轴左、右轮垂直载荷变动量较大，汽车趋于增加不足转向量；而后轴左、右轮垂直载荷变动量较大，汽车趋于减少不足转向量。
另外，由于离心力产生了车厢的侧倾，并引起了悬架和转向杆系的变形，产生侧倾运动干涉与变形转向。
4．传动系与操纵稳定性
以前驱动加速转弯为例说明,
1）汽车在弯道上加速，前轴垂直载荷向后轴转移，引起前轴侧偏刚度下降，后轴侧偏刚度减小。因此，汽车的不足转向量有增加趋势；
2）前轮由于前驱动力的影响，同一侧偏角下的侧偏力下降。为了提供需要的侧偏力，前轮的侧偏角必须增大。在雨雪等低附着系数路面上，反应更为明显。
3）前轮受车轴驱动转矩的影响，会产生不足变形转向，增加不足转向的趋势；
4）驱动力增加，轮胎回正转矩增大，增加了不足转向的趋势。
总的说来：转向行驶的前驱动车辆，急松节气门（或制动）,汽车有过多转向的增量，车辆的不足转向趋势减弱，大功率发动机或制动力度过大还可能出现过多转向，出现“卷入”现象。反之，
在弯道上行驶的车辆急加速，则有不足转向增量出现，易发生“驶出”现象。
7.2 汽车防滑控制系统概述
汽车防滑控制系统包括制动防抱死装置 (ABS)和驱动防滑装置 (ASR)。汽车制动防抱死装置 (Auti
— LockBrakeSystem)，简称 ABS，能够提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵能力，缩短制动距离，减轻轮胎磨损，降低交通事故发生。因此,ABS 装置在国内外受到了普遍关注。
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汽车驱动防滑装置 (Auti— Slip— Regul~ion)，简称 ASR(或 TCS)，是国际上 80 年代末发展起来的新型的汽车安全技术。它通过调节作用于驱动车轮的驱动力矩和制动力矩，充分利用轮胎与路面的附着条件，防止驱动车轮发生驱动滑转的控制系统，它是 ABS 装置的逻辑延伸。
由于汽车安装了 ASR 驱动防滑系统，可以在任何路面上能够充分利用轮胎与路面的附着力，防止驱动轮滑转。所以对提高汽车的牵引性能、行驶方向稳定性和转向操纵能力以及燃料经济性，减少事故的发生都具有重要意义。同时汽车装上 ABS／ ASR 系统后，还能在很大程度上减轻驾驶员负担。下面简要介绍汽车防滑控制系统的作用和分类。
7.2.1 汽车防滑控制系统的作用
汽车在行驶过程中，经常要用制动的方式来降低车速，或在很短的距离内停车，可是过度的制动会使车轮抱死。如果前轮先抱死，汽车将失去转向能力；如果后轮先抱死，汽车有可能出现侧滑甚至调头的危险。为了防止制动时车轮被抱死后汽车在路面上进行纯粹地滑移，提高汽车在制动过程中的转向操纵能力和方向稳定性，缩短制动距离，这种汽车防滑控制系统称为制动防抱死系统。
汽车在较低附着系数的路面上起步时，会发生车轮因打滑而空转的现象；行驶在低附着系数路面上的汽车突然加速时，车轮也会出现滑转而车速不能随之提高的现象，这两种情况都有可能引起侧滑，且降低了发动机扭矩的利用率。为了保证汽车能尽快起步、加速和行驶方向的稳定，用 ECU
自动控制发动机输出扭矩的大小和对驱动车轮适当制动，这种汽车防滑控制系统被称为驱动防滑系统，也称为牵引控制系统。
汽车防滑控制系统只是汽车上的一种安全附属装置，当其出现故障时，汽车的常规制动系统等照常可以发挥作用。
7.2.2 制动防抱死系统的优点
图 7.11 是装有制动防抱死系统的汽车与没有装制动防抱死系统的汽车在转弯制动时的情况。
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图 7.11 汽车转弯制动时对比试验
A.有制动防抱死系统 B.没有装制动防抱死系统
结果表明，装有制动防抱死系统的汽车能准确地按弯道行驶；不装制动防抱死系统的汽车未能按弯道行驶，且制动距离较长。装备了制动防抱死系统的汽车在干路面上制动时，制动距离缩短了 3.9m，
在湿路面上缩短了 7.3m。
由此可见，制动防抱死系统不但能缩短汽车的制动距离，而且能增加驾驶员在制动过程中控制方向盘、绕开障碍物的功能，并能保证汽车制动时的方向稳定性，特别是在较滑的湿路面上行驶时，
优越性尤其明显。
7.2.3 汽车制动防抱死系统的型式
在制动防抱死系统中，能够独立进行制动压力调节的制动管路称为控制通道。如果车轮的制动压力可以进行单独调节，则称该车轮为独立控制；如果两个（或两个以上）车轮的制动压力是一同进行调节的，则称该两车轮为一同控制。当两个车轮一同控制时，如果以保证附着力较大的车轮不发生制动抱死或驱动滑转为原则进行制动压力调节，这两个车轮就是按高选原则一同控制；如果以保证附着力较小的车轮不发生制动抱死或驱动滑转为原则进行制动压力调节，这两个车轮就是按低选原则一同控制。
制动防抱死系统按通道数可分四通道、三通道、双通道和单通道系统。
1．四通道制动防抱死系统
对应于双制动管路，按前后和对角两种布置形式，四通道制动防抱死系统相应地也有两种结构形式，如图 7.12 所示。在四通道系统中，为了对四个车轮进行独立控制，在每个车轮各设置一个转速传感器，并在通往各制动轮的制动管路中各设置一个制动压力调节分装置。
图7.12 四通道制动防抱死系统
1.制动压力调节分装置 2.转速传感器
四通道制动防抱死系统可以最大限度地利用每个车轮的最大附着力进行制动，而且每个车轮都具有较高的抵抗外界横向力作用的能力。当汽车左右两侧车轮的附着力相近时，两侧车轮所产生的
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制动力几乎相等，而且接近于附着力的极限。因此，汽车不仅具有良好的方向稳定性和转向操纵能力，而且能够获得最短的制动距离。但是，如果两侧车轮的附着力相差较大时（例如汽车行驶在附着系数分离的路面或两侧车轮的垂直载荷相差较大时），制动过程中两侧车轮的制动力就相差较大，
由此产生的横摆力矩会严重地影响汽车的方向稳定性，所以制动防抱死系统通常不对四个车轮进行独立的制动压力调节。
2．三通道制动防抱死系统
三通道制动防抱死系统都是对两个前轮进行独立控制，对两个后轮按低选原则进行一同控制。
各种三通道制动防抱死系统如图 7.13 所示。
图7.13 三通道制动防抱死系统
1.制动压力调节分装置 2.转速传感器
汽车在紧急制动时会发生很大的轴荷转移，使前轮的附着力比后轮的大得多，特别是前轮驱动的汽车，通常前轮的附着力约占汽车总附着力的 70％～ 80％。对前轮进行独立控制，可使两前轮在制动过程中始终保持较大的抵抗外界横向力作用的能力，使汽车保持良好的转向操纵能力，同时也充分地利用了两前轮很大的附着力产生制动力，这将有助于缩短汽车的制动距离。对两后轮按低选原则进行一同控制时，即使汽车两侧车轮附着力相差较大时，两后轮的制动力都将被限制在较小附着力的水平，使两后轮的制动力始终保持平衡，保证汽车在各种条件下进行制动时都具有良好的方向稳定性。当然，两后轮按低选原则一同控制时，可能会使附着力较大的后轮不能产生充分制动，
但由于后轮制动力在汽车总制动力中所占的比例本来就较小,所以由此造成的制动力损失并不显著。
尽管两前轮独立控制可能会导致两前轮制动力的不平衡，但由于两前轮制动力不平衡对汽车行驶方向稳定性的影响较小．而且还可以通过转向操纵对由此造成的影响进行修正，因此，四轮制动防抱死系统大都为三通道系统。
在图 7.13a 所示按对角布置的双管路制动系统中，虽然在通往四个制动轮缸的制动管路中各设置一制动压力调节分装置,但两个后制动轮缸的制动压力调节分装置却是由 ECU 按低选原则一同控制的，因此，实际上仍然是三通道制动防抱死系统。
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由于三通道制动防抱死系统对两后轮进行一同控制，对于后轮驱动的汽车就可以在传动系统中
（如主减速器或变速器中）只设置一个转速传感器（图 7.13b），用来感测两后轮的平均转速。对于按前后布置的双管路制动系统，则可以在通往两后制动轮缸的制动总管路中只设置一个制动压力调节分装置（如图 7.13c），对两后制动轮缸的制动压力一同进行调节。
3．双通道制动防抱死系统
为了减少制动压力调节分装置的数量，降低系统的成本，双通道制动防抱死系统也被采用（如本田 4WALB）。各种可能的双通道制动防抱死系统如图 7.14 所示 。
图7.14 双通道制动防抱死系统
1.制动压力调节分装置 2.转速传感器
图 7.14a 所示双通道制动防抱死系统，在按前后布置双管路制动系统的前后制动总管路中各设置一个制动压力调节分装置，分别对两前轮和两后轮进行一同控制，其中两前轮可以根据附着条件进行高选和低选转换，两后轮则按低选原则一同控制。对于后轮驱动的汽车，则可以在两个前轮和传动系统中各安置一个转速传感器。在两前轮的附着力相差较大时，两前轮按高选原则一同控制；
而在两前轮的附着力相差不大时，两前轮则转入按低选原则一同控制。
图 7.14b 所示双通道制动防抱死系统，是在按前后布置双管路制动系统的前后制动总管路中各设置一个制动压力调节分装置，在每个车轮上各安置一个转速传感器。对两前轮按高选原则一同控制，对两后轮按低选原则一同控制。
图 7.14c 所示双通道制动防抱死系统，也是在前后制动总管路中各设置一个制动压力调节分装置，而在右前和左后车轮上各设置一个转速传感器，对两前轮以不使右前轮发生制动抱死为原则进行一同控制，而对两后轮则以不使左后轮发生抱死为原则进行一同控制。
图 7.14d 所示双通道制动防抱死系统，是在按对角布置的两条制动总管路中各设置一个制动压力调节分装置，只在两个前轮上各安置一个转速传感器。左前和右后制动轮缸的制动压力将以不使左前轮发生制动抱死为原则进行一同控制，而右前和左后制动轮缸的制动压力将以不使右前轮被制动抱死为原则进行一同控制。为防止后轮在前轮趋于抱死时发生制动抱死，通常在制动管路中都要设置比例阀。
图 7,4a,b,c 所示三种双通道制动防抱死系统，在两侧车轮处于附着系数分离的路面上（其中，
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图 7.14c 所示系统的右前轮处于高附着系数一侧路面）进行紧急制动时，三种双通道系统的两前轮都将按高选原则一同控制，此时两前轮的制动力就会相差很大。为了保持汽车的行驶方向，驾驶员会通过转动方向盘使前轮发生偏转，以求用转向车轮产生的横向力与不平衡的制动力相抗衡，保持汽车行驶方向的稳定（图 7.15a）。但是，在两前轮从附着系数分离路面驶入附着系数均一路面的瞬间，以前轮处于低附着系数路面而抱死的前轮的制动力会因附着力突然增大而迅速增大，两前轮的制动力会很快达到平衡。由于驾驶员无法在该瞬间将转向车轮回正，转向车轮上仍然存在的横向力将会使汽车朝着转向车轮偏转的方向行驶 （图 7.15b）,这在高速行驶时是一种无法控制的危险状态。
图中 TR 是顺时针方向的力矩,TL 是逆时针方向的力矩。
图7.15 前轮按高选择原则一同控制时对方向稳定性的影响
a）前后车轮均处于附着系数分离路面 b）前车轮驶入附着系数均一路面的瞬间
虽然两前轮独立控制的制动防抱死系统在前后车轮均处于附着系数分离路面上的状态，与上述两前轮按高选原则一同控制的制动防抱死系统在相同路面条件下的状态基本相同，但对于两前轮独立控制的系统，当前轮从附着系数分离路面驶入附着系数均一路面时，以前处于低附着系数路面前轮的制动力会因制动压力逐渐增大而逐渐增大到与一直处于高附着系数路面前轮的制动力水平，在制动力逐渐增大的过程中，驾驶员有充足的时间将转向车轮回正，使汽车的行驶方向得到控制。图
7.16 所示的是两前轮按高选原则一同控制和两前轮独立控制情况下，前轮从附着系数分离路面驶入附着系数均一路面时，两前轮制动力随时间的变化关系。
如图 7.14c 所示的双通道制动防抱死系统，当右前轮处于低附着系数路面上，而左前轮处于高附着系数路面上时，两前轮将按低选原则一同控制。尽管这可以保证汽车的行驶方向稳定性，但汽车的制动力会明显减小，制动距离会显著增大。
如图 7.14d 所示的双通道制动防抱死系统，对于前轮驱动的汽车，如果在紧急制动时离合器没有及时分离，由发动机牵引产生的制动力矩就会作用于前轮，因此，前轮在制动压力较小时就趋于抱死，制动防抱死系统就开始进行防抱死制动压力调节，而后轮此时的制动力还远未达到其附着力的水平，这样，虽然前后车轮都不会发生制动抱死，汽车的方向稳定性和转向操纵性都较好，但汽车的制动力却会显著减小，制动距离会明显增大。对于后轮驱动的汽车，如果将比例阀调整到在正常制动情况下前轮趋于抱死时，使后轮的制动力接近其附着力，那么在紧急制动时，由于离合器往往难以及时分离，发动机的制动力矩也会作用于后轮，导致后轮发生制动抱死；如果将比例阀调整到即使在离合器没有分离的情况下进行紧急制动，后轮也不发生制动抱死时，则在通常的制动情况下，后轮的制动力就会不足，汽车的制动距离会因此而明显增大。
正是由于双通道制动防抱死系统难以在方向稳定性,转向操纵能力和制动距离各方面得到兼顾，
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所以双通道系统很少被采用。
图7.16两前轮从附着系数分离路面驶入附着系数均一路面时的制动力变化
a）两前轮按高选择原则一同控制 b）两前轮独立控制
4．单通道制动防抱死系统
单通道制动防抱死系统是在按前后部置双管路制动系统的后制动总管路中设置一个制动压力调节分装置，对于后轮驱动的汽车则只需在传动系统中设置一个转速传感器，如图 7.17 所示。
图7.17 单通道制动防抱死系统
1.制动压力调节分装置 2.转速传感器
单通道制动防抱死系统一般都是对两后轮按低选原则进行一同控制，其主要作用是提高汽车的制动方向稳定性。在附着系数分离路面上进行制动时，两后轮的制动力都将被限制在处于低附着系数路面后轮的附着力水平。由于不能使处于高附着系数路面后轮的附着力得到充分利用，制动距离会有所增大。由于前制动轮缸的制动压力未被控制，前轮仍然可能发生制动抱死，所以汽车制动时的转向操纵能力得不到保障。但由于单通道制动防抱死系统能够显著地提高汽车制动时的方向稳定性，又具有结构简单、成本低的优点，因此，单通道制动防抱死系统目前在轻型货车和轿车上得到了应用。
7.3 汽车制动防抱死系统的结构与工作原理
制动防抱死系统的主要作用就是把滑移率控制在 10%~20%之间，此时，轮胎与路面之间具有较高的纵向与侧向附着系数，使汽车获得较高的制动效能，且可保持对汽车方向的控制能力。
7.3.1 制动防抱死系统的组成与工作原理
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1．制动防抱死系统的组成
通常的制动防抱死系统都是由车轮转速传感器,ECU、制动压力调节装置和报警灯等组成。制动压力调节装置主要由调压电磁阀总成、电动泵总成和储液器组成。图 7.18 是典型的制动防抱死系统的组成图。
图7.18 典型的制动防抱死系统的组成
1.车轮轮速传感器 2.右前制动器 3.制动主缸 4,储液室 5.真空助力器 6.ECU 7,右后制动器 11.左后制动器 9.比例阀 10.ABS 报警灯11.储液器 12.调压电磁阀总成 13.电动泵总成 14.左前制动器
在该系统中，每一个车轮上都安装一个转速传感器，将关于各车轮转速的信号输入 ECU。 ECU
根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测和判定,并形成相应的控制指令。
该指令指使制动压力调节装置对各个制动轮缸的制动压力进行调节，使车轮的滑移率控制在
10%~20%之间。比例阀通过控制前后轮制动轮缸制动液压力的大小，保证汽车在常规制动时前轮先于后轮抱死，以改善制动性能。在制动防抱死系统出现故障时，装在仪表盘上的制动防抱死系统报警灯就发亮，提醒驾驶员制动防抱死系统出现了故障。
2．制动防抱死系统的工作原理
制动防抱死系统的工作过程可以分为常规制动、制动压力降低、制动压力保持和制动压力升高等四个阶段（图 7.19）。
（ 1）常规制动阶段 如图 7.19a 所示，在常规制动过程中；制动防抱死装置不起作用，制动防抱死装置的 ECU 不向电磁线圈发送电流。 三位电磁换向阀阀芯在回位弹簧推动下处在最下端的工作位置，此时 B 孔保持打开状态,C 孔保持关闭状态。当踩下制动踏板时，制动总泵中的制动液压力升高，制动液经 B 孔和 C 孔流至车轮制动分泵中，推动制动分泵中的柱塞将车轮制动盘夹紧。这时止回阀 2,5 和 11 关闭，液压泵和电动机总成不工作。当松开制动踏板时，制动分泵中的制动液一部分经 A 孔和 B 孔流回制动总泵，另一部分经 A 孔和止回阀 11 流回制动总泵。
（ 2） 制动压力降低阶段 随着压力的升高,车轮即将抱死,这时车速传感器把该信号传给 ECU，
ECU 给执行器电磁线圈输入 5A 的电流（假定是 5A），从而产生强大的磁力使三位电磁阀阀芯移动到上端。如图 7.19b 所示，这时 B 孔关闭,C 孔打开。车轮制动分泵中的部分制动液通过 A 孔和 B
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孔进入储液罐。同时 ECU 给液压泵和电动机总成发出信号，使其开始工作，将储液罐中的制动液送回制动总泵。由于止回阀 11 是关闭的，所以制动总泵中的制动液不能进入三位电磁换向阀中，车轮制动分泵中的制动液压力降低，从而达到防止车轮抱死的目的。
图7.19 制动防抱死系统的工作示意图
a）常规制动 b）制动压力降低 c）制动压力保持 d）制动压力升高
1.制动总泵 2,5,11.止回阀 3.液压泵和电动机总成 4.ECU 6.储液罐 7.前轮轮速传感器 8.盘式制动器分泵 9.回位弹簧 10.电磁线圈 11.
三位电磁换向阀
（ 3）制动压力保持阶段 当制动分泵中的制动管路压力降低（或在升压过程中压力升高），使车速达到预定值时，车速传感器给 ECU 传送相应信号,ECU 就给电磁线圈提供 2A（假定）的电流，
电磁线圈产生的磁力将相应减小，三位电磁换向阀阀芯在回位弹簧的作用下移至中间位置。如图
7.19c 所示,B 孔和 C 孔都关闭，同时止回阀 2,5 和 11 也都关闭，所以制动分泵中的制动液被封闭，
压力得以保持。
（ 4）制动压力升高阶段 只有制动分泵中的制动液压力升高时，才能产生更大的制动力，从而使车速尽快降低。 为此 ECU 停止向电磁线圈输送电流,三位电磁换向阀被回位弹簧拉下,如图 7.19d
所示。此时 B 孔打开,C 孔关闭。这样，制动总泵中的制动液经 B 孔和 A 孔流至车轮制动分泵中，
从而使制动分泵中的制动液压力升高，制动力增大。
当制动力增大到一定程度时，车轮又会出现即将抱死的状态，这时又需对制动分泵降压，从而开始下一个降压 -保压 -升压循环。由此可见，制动防抱死装置是以脉冲的形式（频率约为 4~10Hz）
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对制动压力进行调节，始终将车轮的滑移率控制在 10%~20%的范围内，防止车轮抱死滑移，最大限度地保证了制动时汽车的稳定性，缩短了制动距离。
3．制动防抱死系统的工作范围
制动防抱死系统的种类不同，其结构形式和工作过程也不完全相同，但都是通过对趋于抱死车轮的制动压力进行自适应循环调节来防止车轮发生制动抱死的，且在工作范围方面是相同的。
1）制动防抱死系统只是在汽车的速度超过一定值以后（假定是 10km/h），才会对制动过程中趋于抱死的车轮进行防抱死制动压力调节。当汽车速度被制动降低到一定值时（假定小于 10km/h），
制动防抱死系统就会自动中止防抱死制动压力调节，此后的制动过程和常规制动系统的制动过程相同，车轮仍有可能被制动抱死。为了防止后轮先抱死，在制动系统中安装了比例阀。这时车速已非常小，车轮被制动抱死对汽车的制动性能影响已经很小，而且要使汽车尽快制动停车，就必须使车轮制动抱死。
2） 在制动过程中只有当车轮趋于抱死时,制动防抱死系统才会对趋于抱死的车轮进行压力调节，
防止该车轮抱死滑移。如果在制动过程中没有车轮趋于抱死，制动过程与常规制动系统的制动过程完全相同。
3）制动防抱死系统都有自诊断功能，能够对系统的工作情况进行监测，一旦发现存在影响系统正常工作的故障时，将自动关闭防抱死系统，并点亮制动防抱死报警灯，向驾驶员发出报警信号，
汽车的制动系统仍然可以像常规制动系统一样进行制动。
7.3.2 制动防抱死系统的主要组成部件
制动防抱死系统的主要组成部件有车轮转速传感器,ECU 和制动压力调节装置等。在有些种类的制动防抱死系统中应用的是减速度传感器，本书不作介绍。
1．车轮转速传感器
图 7.20 是电磁感应式车轮转速传感器的工作原理图。
由图 7.20a 和图 7.20b 对比可知，当铁心端部对着齿圈的齿槽时，通过电磁线圈的磁力线较少；
当铁心端部对着齿圈的齿顶时，通过电磁线圈的磁力线较多。因齿圈和车轮固定在一起，随车轮一起转动，而传感器是固定不动的，所以铁心端部交替对应齿圈的齿槽和齿顶，那么穿过电磁线圈的磁力线就会由少到多，再由多到少交替变化，也就是说通过电磁线圈的磁通会发生变化，从而在电磁线圈中感应出交变的感应电压，该感应电压的频率与车轮的转速成正比。如图 7.20c 所示，实线 A
表示的是车轮高转速时的电压曲线,虚线 B 是车轮转速较低时的电压曲线。 由 A 线和 B 线相比可知，
车轮转速较高时，感应电压的频率和波幅都较高；反之感应电压的频率和波幅都较低。当感应电压的频率和波幅都变得较低时，说明车轮即将抱死，传感器通过电磁线圈末端导线把该电压信号输入
ECU，由 ECU 发出相应的降压或保压指令，防止车轮抱死；反之 ECU 将发出升压指令，以使车速尽快降低。
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常见的轮速传感器按极轴的形式分凿式、菱形式和柱式三类，其安装形式如图 7.21 所示。
图7.20 电磁感应式车轮转速传感器工作原理
a）间隙与铁心端部相对 b）齿顶与铁心端部相对 c）传感器输出电压
1.齿圈 2.铁心端部 3.电磁线圈引线 4.电磁线圈 5.永磁铁心 6.磁力线 7.电磁感应传感器 8.磁极 9.齿圈齿顶
图7.21 轮速传感器的极轴形式及其安装方式
a）凿式 b）菱式 c）柱式
2．制动防抱死系统的 ECU
制动防抱死系统 ECU 是制动防抱死系统的控制中枢。图 7.22 是制动防抱死系统的控制系统示意图。
图7.22 控制系统示意图
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1.制动踏板 2.报警灯 3.ECU 4.轮 速传感器 5.车轮 6.制动分泵 7.制动压力调节装置 8.制动总泵
ECU 的主要功能是把各车轮转速传感器传来的信号进行比较、分析和判别，再通过精确计算得出车轮制动时的滑移状况，形成相应的指令，使制动液压力调节装置及其它装置（如副节气门控制、
步进电动机等）对制动压力进行调节，使进入制动分泵中的制动液以最合适的压力值来控制各车轮的转速，将滑移率控制在 10%~20％的范围内，以达到最佳制动效果。
另外,ECU 还具有初始检测功能、故障检测功能、速度传感器检测功能和失效保障功能。
ECU 由硬件和软件两部分组成。硬件是安装在印刷电路板上的各元器件及线路，软件则是固存在只读存储器中的一系列控制程序。印刷电路板封装在金属壳体之中，形成一个独立的整体，安装在行李舱、乘员室等少尘和防潮的地方。图 7.23 是制动防抱死系统 ECU 的控制电路图。
（ 1）制动时车速控制功能 图 7.24 是车轮速度控制过程图。由图可见，当紧急制动时，每个
车轮制动分泵中的制动管路压力迅速升高，车速开始下降。如果任一轮即将抱死,ECU 就降低该车轮制动分泵中的制动管路压力。如图中 I 段所示，由于减速度很大，车轮转速急剧减小，为了不使车轮抱死,ECU 发出了减压信号，从而使制动分泵中的压力降低，三位电磁换向阀处于“压力降低”
状态；当压力降到 1 点时,ECU 发出保压信号，使三位电磁换向阀处在“压力保持”状态。这时压力较低，车轮加速度会升高，当车速升高到 II 段时，为了尽快降低车速，车轮加速度要减小,ECU
就交替发出增压和保压信号，使三位电磁换向阀交替地处在“压力升高”和“压力保持”状态。当制动分泵中的压力升高到 2 点,车轮减速度很大,车速急速降低,车轮又处于抱死的边缘。 这时 ECU
又发出减压信号，使三位电磁换向阀处于“压力降低”状态，即进入 III 段。当压力降到 3 点后,ECU
又发出保压信号，进入 IV 段后又重复 II 段的增压和保压状态。如此往复，使汽车以最佳状态制动。
（ 2）初始检测功能 每当点火开关打开时,ECU 就对每一个三位电磁换向阀、液压泵和电动机总成进行状态检测，检验其功能是否正常，以备运行制动时能发挥作用。
图7.23 电控系统电路图
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1.液压泵和电动机总成 2.右前轮电磁阀 3.左前轮电磁阀 4.右后轮电磁阀 5.左后轮电磁阀 6.执行器 7,ECU 8.减速度传感器 9.诊断接口
10.左后轮轮速传感器 11.制动灯 12.右后轮轮速传感器 13.制动灯失效传感器 14.左前轮轮速传感器 15.右前轮轮速传感器 16.制动灯开关
17.制动灯熔丝 18,26,27,28.熔断器 19.手制动开关 20.制动液面报警开关 21.制动报警灯 22.ABS 报警灯 23.维修接口 24.仪表熔丝 25.
点火开关 29.起动机继电器 30.总（主）熔断器 31.控制继电器
图7.24 车轮速度控制过程
A.汽车速度线 B.车轮转速线 C.车轮加速度线 D.ECU 控制信号线 E.制动分泵中制动压力线
（ 3）故障检测功能 制动防抱死装置的任何一部分出了故障,ECU 都会点亮制动防抱死系统报警灯；并将故障的代码储存起来，以备维修时参考。
（ 4）传感器检测功能 制动防抱死系统中用的传感器有轮速传感器和减速度传感器，减速度传感器只用在四轮驱动的汽车上。 ECU 对轮速传感器的输出电压值和输出电压的偏差值进行检测，同时还对减速度传感器的输出电压值进行检测。
（ 5）失效保障功能 如果 ECU 的信号系统出现故障，相关继电器就会断开，切断 ECU 流向执行器的电流。结果是制动防抱死系统不起作用，但常规制动系统仍可运作。
3．制动液压力调节装置
制动液压力调节装置的主要作用是用来调节制动分泵中制动液的压力，是制动防抱死装置的执行器，主要由电磁换向阀、储液罐和液压泵和电动机总成组成。图 7.25 是其外形图和结构图。
（ 1）三位电磁换向阀 三位电磁换向阀通过控制制动液的流动方向，来调节制动分泵中制动液的压力，图 7.26 是其结构图。
该阀是三位三通电磁换向阀，阀芯由衔铁充当，它有上、中、下三个工作位置；阀体上有制动总泵接口、主油路接口和车轮制动分泵接口三个接口；其阀芯（衔铁）上下移动所需的外力，除主弹簧和副弹簧的弹力外，还受线圈产生的电磁力的控制。所以，该阀称为三位三通电磁换向阀。
当 ECU 不向线圈供电时，衔铁在主、副弹簧作用下处在最下端位置，此时制动防抱死系统处在常规制动状态或制动液压力升高状态。当 ECU 向线圈供 5A 的电流时，衔铁在电磁力的作用下处在
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最上端位置，此时制动防抱死系统处在压力降低状态。当 ECU 向线圈供 2A 的电流时，衔铁在电磁力和弹簧力共同作用下处在中间工作位置，这时制动防抱死系统处在压力保持状态。
由此可见，电磁阀的工作位置受 ECU 提供电流大小的控制；而电磁阀处在不同的工作位置时，
制动分泵中制动液的压力也不相同。也就是 ECU 通过改变提供给电磁阀的电流大小，来控制制动分泵中制动液的压力。
图7.25 制动防抱死系统执行器
a)外形 b)组成
1.三位电磁换向阀 2.储液罐 3.柱塞 4.凸轮轴 5.液压泵和电动机总成
（ 2）储液罐、液压泵和电动机总成 它们是执行器的压力降低装置。在制动过程中，当压力降低时，从车轮制动分泵中流出的制动液暂时储存在储液罐中，储液罐对高压的制动液起到缓冲作用。
液压泵和电动机总成由微型电动机和柱塞式液压泵组成。微型电动机由 ECU 控制，当微型电动机起动后，柱塞泵把暂储存在储液罐中的制动液输送回制动总泵。
图7.26 三位电磁换向阀结构图
1.过滤器 2.止回阀 3.线圈 4.非磁 性支承环 5.衔铁 6.进油阀 7.排油阀 8.阀体 9.支板 10.副弹簧 11,主弹簧 12.油压调整间隙
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（ 3）执行器的布置 图 7.27 是一个典型的四轮控制的三通道系统图。
图7.27 典型的三通道控制系统图
1.三位三通电磁换向阀 2.比例阀与旁通阀 3.制动总泵 4.液压泵
5.储液罐 6.执行器 7.ABS ECU 8.右后轮制动总泵 9.左后轮制动总泵
10.右前轮制动总泵 11.左前轮制动总泵
在该系统中，执行器共有三个三位三通电磁换向阀，控制前轮的电磁阀各自单独控制左右前轮，
控制后轮的一个电磁阀同时控制左右两个后轮。两前轮和两后轮分别共用一个液压泵、电动机总成和储液罐。
7.3.3 制动防抱死系统的特点
制动防抱死系统通过调节制动分泵中制动液的压力,把车轮制动时的滑移率控制在 10%~20%之内，以防止车轮抱死滑移。其特点如下,
1）改善制动效能。制动防抱死系统可以充分利用纵向峰值附着系数和较大的侧向附着系数，使车轮和地面间产生最大的地面制动力，缩短了制动距离。
2）改善汽车制动时的方向操纵性能。汽车制动时如果前轮抱死滑移，汽车就失去了转向操纵能力，只能按惯性力的方向运行，无法避开行人和障碍物。制动防抱死系统可以防止前轮抱死滑移，
从而避免汽车丧失转向能力的现象发生。
3）改善汽车制动时的横向稳定性能。如果车轮抱死，横向附着系数（也称侧向附着系数）就非常小，汽车极易侧滑。制动防抱死系统把滑移率控制在 10%~20%之间，横向附着系数较大，有足够的抵抗横向干扰的能力。
4）减小轮胎的局部磨损。汽车抱死滑移会造成轮胎局部磨损，缩短轮胎的使用寿命，防抱死系统可以防止这种情况出现。
5）减轻了驾驶员的劳动强度，提高了乘客的乘坐舒适性和安全性。
6）使用方便，工作可靠。
制动时只要把脚踩在制动踏板上，制动防抱死装置就能自动进入工作状态，以最佳制动效果制
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动。
目前，制动防抱死装置仍需进一步完善，缺点也是明显的。例如在松散的砾石路面、松土路面或积雪很深的路面上制动时，会丧失部分发动机的转矩。
7.4 驱动防滑系统的组成与工作原理
汽车“打滑”可分两种情况：一是汽车制动时车轮的滑移，二是汽车驱动时车轮的滑转。汽车制动时车轮的滑移，在 7.2 节已经分析；所谓汽车驱动时车轮的滑转，就是当汽车起步时，尽管驱动轮不停地转动，汽车却原地不动的现象；正在行进中的汽车，突然加速时也会出现因驱动轮的滑转而使车速不能马上提高的现象。驱动轮滑转有可能引起汽车的侧滑，且损失了发动机的转矩。为了防止驱动轮的滑转，人们在制动防抱死系统的基础上研制了驱动防滑系统，提高发动机转矩的利用率。
7.4.1 控制原则选择
装备于后轮驱动汽车的驱动防滑系统，为了使汽车在低速驱动时获得尽可能大的驱动力，在高速驱动时获得良好的方向稳定性，各种驱动防滑系统通常在汽车速度较低时对两驱动车轮进行独立控制或按高选原则一同控制，而在汽车速度较高时对两驱动车轮则按低选原则一同控制。汽车在低速范围内，尽管两驱动车轮进行独立控制或按高选原则一同控制会造成两驱动轮驱动力不平衡，但驱动力不平衡对汽车行驶方向稳定性的影响并不大。可是，由于能够充分地利用两驱动车轮的附着力产生尽可能大的驱动力（特别是独立控制时），汽车的起步加速性能将会明显提高，而在高速范围内，由于两驱动车轮将按低选原则一同控制，因此两驱动车轮的驱动力处于平衡状态，提高了汽车的行驶方向稳定性，特别是当汽车处于附着系数分离的路面上时，其效果更为显著。
装备于前轮驱动汽车的驱动防滑系统，对两驱动车轮进行独立控制，这既可增大驱动力，提高汽车的加速性能，又可保证汽车的转向操纵能力，而对汽车的方向稳定性影响也不大。
装备于四轮驱动汽车的驱动防滑系统，对两前轮进行独立控制，保证两前轮具有较高抵抗外界横向力作用的能力，提高了汽车的转向操纵能力，同时也可以充分地利用两前轮的附着力，获得更大的驱动力。在汽车速度较低时，对两后轮进行独立控制或按高选原则一同控制，则可以充分利用两后轮的附着力，获得更大的牵引力，提高汽车的加速性能；在汽车速度较高时，对两后轮按低选原则一同控制，保证两后轮具有较高抵抗外界横向力作用的能力，使汽车在高速行驶时具有良好的方向稳定性。
7.4.2 驱动防滑系统的组成和工作原理
图 7.28 是一种典型的具有制动防抱死和驱动防滑功能的汽车防滑控制系统。其中，驱动防滑系统和制动防抱死系统共用车轮转速传感器和 ECU，只在通往驱动车轮制动轮缸的制动管路中增设一个驱动防滑系统制动压力调节装置，在由加速踏板控制的主节气门上方增设一个由步进电机控制的
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副节气门，并在主、副节气门外各设置一个节气门开度传感器，即可实现驱动防滑控制。
当汽车在雨雪湿滑的路面上起步或加速时,如果汽车防滑控制系统 ECU 通过四个轮速传感器的信号，判断汽车某一侧的车轮滑转率超过规定值时,ECU 便向驱动防滑系统制动执行器和制动防抱死系统执行器发出控制指令，继续对滑转的车轮施加制动。之后滑转的车轮开始减速，滑转车轮的滑转率也随之下降。当滑转率降低到规定值后，汽车防滑控制系统 ECU 即发出指令，减小或停止对滑转车轮的制动。如果这时该侧车轮又开始滑转，则汽车防滑控制系统 ECU 又重新开始下一个控制循环，直至滑转率减小到规定值而正常行驶。
图7.28 汽车防滑控制系统的典型组成
1.右前轮轮速传感器 2.比例阀和差压阀 3.制动主缸 4.驱动防滑系统制动压力调节装置 5.右后轮轮速传感器 6.左后轮轮速传感器 7.发动机与变速器 ECU 8.防滑控制系统 ECU 9.驱动防滑控制系统关闭指示灯 10.驱动防滑控制系统报警灯 11.驱动防滑控制系统选择开关 12.左前轮轮速传感器 13.主节气门开度传感器 14.副节气门开度传感器 15.副节气门驱动步进电机 16.制动防抱死系统制动压力调节装置
驱动防滑系统除了具有以上基本功能外，还有以下两种功能：一是驱动防滑系统只有在车轮滑转时才开始工作，在其余的所有时间内，驱动防滑是处于准备工作状态，而并不干预常规行驶；另一种功能是如果驱动防滑系统出现故障，则发动机和制动系统仍可以按照没有装备驱动防滑系统时那样工作，只是仪表盘上的驱动防滑系统报警灯提醒驾驶员驱动防滑系统出了故障。
7.4.3 驱动防滑系统的控制方式
为了防止车轮滑转，驱动防滑系统通常采用的控制方式有三种：调整发动机输出的扭矩、适当制动驱动轮和锁止差速器。
1．发动机转矩控制
合理控制发动机的转矩，可以使汽车通过路面获得最大驱动力。短时间中断供油可以微量调节发动机转矩；减小点火提前角可以减小发动机转矩，阻断点火脉冲、节气门开度调节和辅助空气供给等措施也可调节发动机转矩。
图 7.29 是控制发动机转矩的驱动防滑系统。该系统根据电子油门加速踏板行程的大小，电控发动机可以自动调节点火提前角和汽油喷射量，从而控制发动机输出转矩。
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图7.29 控制发动机转矩的驱动防滑系统
1.电控汽油喷射系统 2.防滑控制系统 ECU 3.电子点火装置 4.执行器
2．驱动轮制动控制
当只用节气门开度大小来调节发动机转矩时,驱动轮制动控制就成了必不可少的辅助控制方式。
如图 7.30 所示,两侧车轮所处路面附着系数不同,处于高附着系数处路面的驱动轮驱动力为 Fh，
处于低附着系数
l
路面的车轮驱动力为
l
F,为了阻止在低附着系数路面行驶的车轮滑转，应对其加一制动力 Fb，这样可使发动机转矩得到有效发挥。发动机转矩按最大驱动力
bl
FFF += 2
max
进行调节。在汽车起步时，这种控制方式还可避免车辆的起步发抖。图 7.31 是同时控制发动机转矩和制动力的驱动防滑系统图。
图7.30 施加制动力产生的差速锁止作用
图7.31 控制发动机转矩和制动力的驱动防滑系统
1.发动机ECU 2.防滑控制系统 ECU 3.防滑控制系统执行器
3．差速器锁止控制
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图 7.32 是一种由电子控制的可锁止差速器，差速器向车轮输出端的离合片上加压可以实现锁止功能。 锁止程度可以从基本锁止到完全锁止。 控制压力来自蓄压器的高压油液,压力值的大小由 ECU
控制，通过电磁阀来调节，并由压力传感器和驱动轮轮速传感器反馈给 ECU 实行反馈控制。这种控制方式使汽车在各种路面行驶和起动时具有更高的稳定性和操纵性。
图7.32 差速器锁止控制驱动防滑系统
1.压力调节器 2.电磁阀 3.压力传感器
7.5 典型汽车防滑控制系统
制动防抱死系统的种类很多，本书介绍常见的两种汽车制动防抱死系统：博世 ABS 2S 和戴维斯 MK4。
7.5.1 博世（BOSCH）ABS 2S 制动防抱死系统
图 7.33 是博世 ABS 2S 的三通道四轮制动防抱死系统。 每个车轮都有一个凿式车轮转速传感器，
把车轮转速信号输入 ECU。该装置对这些信号和接收的制动灯开关、点火开关、控制装置继电器、
电动泵继电器、电磁阀继电器等输入的信号进行综合分析，形成相应指令来控制制动压力调节装置中的三个三位三通电磁阀和电动回液泵，进行防抱死制动压力调节，并对系统的状态进行监测。当发现系统中有故障时，会关掉制动防抱死系统，并让仪表板上的报警灯发光。
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图7.33 博世 ABS 2S在雪佛莱轿车上的布置
1.制动主缸 2.真空制动助力器 3.横向加速度开关 4.制动防抱死系统 报警灯 5.控制装置继电器 6.ECU
7.制动压力调节装置 8.制动卡钳 9.齿圈 10.车轮转速传感器
图 7.34 是制动压力调节装置。它由三个三位三通电磁阁、一个电动回液泵和两个储液器组成。
其中两个三位三通电磁阀分别控制前轮制动分管路，另一个控制两个后轮制动轮缸的制动总管路。
通过控制电磁阀不同的工作位置，可以对三个控制通道的制动压力分别进行增大、保持和减小三种调节。两个储液器分别用于接收在防抱死制动压力减小阶段自两个前制动轮缸和两个后制动轮缸流出的制动液，储液器可使进入其中的制动液保持较低的压力，以缓和制动液从制动轮缸中流出时产生的脉动。电动回液泵由直流电动机和柱塞泵构成。电动机受 ECU 控制，其主要作用是将两个储液器中的制动液泵回制动主缸。
图7.34 制动压力调节装置
a)结构 b)液压系统
1.通向前制动轮缸的出液口 2.通向后制动轮缸的出液口
3.接制动主缸的出液口（在背面） 4.储液器 5.电磁阀（另一个在罩盖下） 6.接制动主缸的出液口7.电动回液泵 8,罩盖 A.进液口
B.出液口 C 1、C 2、D 1、D 2.通储液器
制动压力调节装置的两个进液口与双腔制动主缸的两个出液口相连，三个出液口分别与两个前制动轮缸和后制动轮缸连接。
制动防抱死系统没工作时，各电磁阀和电动泵均断电，各电磁阀将制动主缸至各制动轮缸的制动管路沟通，并将各制动轮缸至储液器之间的制动液通路封闭。此时，各电磁阀处于图 7.34b 所示的状态。制动时，制动液从制动主缸，经电磁阀进入制动轮缸，各制动轮缸的制动压力将随制动主缸的输出压力而变化，这一过程如图 7.35a 所示，和常规制动时一样。
如果某一车轮即将抱死,控制这一车轮的电磁阀通 5A 电流,电磁阀将处于图 7.35b 所示的位置，
将制动轮缸和制动主缸断开，和储液器沟通，部分制动液进入储液器，并由回液泵将其送入制动主缸，制动轮缸中的压力降低。
当 ECU判定需要保持某一控制轮缸的制动压力时,给电磁阀提供 2A的电流,电磁阀处于图 7.35c
所示位置，制动轮缸被封闭，压力得以保持。
当 ECU 判定需要增大某一制动轮缸的压力时，给电磁阀断电，电磁阀又处于图 7.35a 所示位置
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工作，制动轮缸和制动总泵接通，压力升高。如此循环防止车轮抱死。
博世 ABS 2S 防抱死控制系统首次采用了大规模集成电路，电子控制元件数目大大减少，反应速度快，控制精度高，工作可靠。奔驰公司和美国的一些公司大多采用了该系统。
图7.35 防抱死制动压力调节原理
a）制动压力增大阶段 b）制动压力减小阶段 c）制动压力保持阶段
1.电磁阀 2.制动主缸 3.出液止回 阀 4.电动回液泵 5.进液止回阀
6.储液器7.制动压力调节装置8.ECU 9.制动轮缸 10.车轮转速传感器
7.5.2 戴维斯 MK4 防滑控制系统
戴维斯 MK4 防滑控制系统具有制动防抱死和驱动防滑两种功能。戴维斯 MK4 在美国通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司的轿车上都有应用，欧、日汽车也有采用的。
戴维斯 MK4 主要由车轮转速传感器,ECU、制动压力调节装置、制动防滑系统开关、制动开关、
制动踏板行程传感器、主继电器、电动泵继电器等组成。戴维斯 MK4 在四个车轮上各安装一个电磁感应式车轮转速传感器，各车轮的转速信号由传感器输入 ECU。
制动防滑系统开关装在仪表板上,驾驶员可以通过制动防滑系统开关向 ECU 输入使驱动防滑系
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统工作或关闭的选择信号。制动开关固定在制动踏板上，踩下制动踏板时，制动开关闭合,ECU 将使驱动防滑系统退出驱动防滑过程。在制动过程中,ECU 通过制动踏板行程传感器对制动踏板的行程进行监控。当制动踏板的行程达到一定时,ECU 使制动压力调节装置中的电动泵通电运转，将制动液自储液器泵入制动主缸，使制动踏板回升到正常高度。
当点火开关接通时，如果制动防抱死系统处于正常状态，主继电器将处于激励状态，将蓄电池电压加在 ECU 的工作电压输入端子,制动压力调节装置中各个电磁阀电磁线圈的一端和电动泵继电器电磁线圈的一端上；如果系统因故障退出工作状态时，主继电器将处于非激励状态，不再将蓄电池电压供给系统，并使制动防抱死系统报警灯的一端接地，将制动防抱死系统报警灯点亮。电动泵继电器由 ECU 控制，向电动泵供给蓄电池电压。
ECU 通过,55”脚插头与相关的电气元件相连，通过对四个车轮转速传感器输入的车轮转速信号进行处理，对汽车运动状态进行监测，必要时通过对制动压力调节装置中相应的电磁阀进行控制，
实现制动防抱死或驱动防滑的制动压力调节。 ECU 还对系统的状态进行监测,保证系统的正常工作。
当系统存在影响其正常工作的故障时,ECU 将会关闭系统，并使制动防抱死系统报警灯点亮。 ECU
中有两个完全相同的微处理器，对相同的输入信号进行相同的处理，通过比较处理结果，判断处理结果是否正确。如果两个微处理器的处理结果不相同,ECU 就将系统关闭。
制动压力调节装置主要由八个二位二通调压电磁阀、两个二位二通隔离电磁阀、电动柱塞泵、
储液器、液位开关和电动泵运转传感器等组成，电动泵运转传感器产生的信号输入 ECU，供 ECU
监测电动泵的运转情况。制动压力调节装置组成一个整体，通过制动管路与制动主缸的各制动轮缸连接，制动液压系统如图 7.36 所示。
图7.36 制动压力系统
1.储液器 2.液位开关 3.制动主缸 4.储液室 5.压力开关
6.第一隔离电磁阀（常开） 7.进液电磁阀（常开） 8.出液电磁阀（常开）
9.第二隔离电磁阀（常开） 10.限压阀 11.柱塞泵 12.电动机
在未进行制动防抱死和驱动防滑制动力调节时，制动压力调节装置中的各个二位二通电磁阀均
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不通电，两个隔离电磁阀均处于通流状态，四个进液电磁阀也都处于通流状态，四个出液电磁阀则处于断流状态，同时，电动供液泵也不通电。制动压力调节装置处于这种状态下，踩下制动踏板进行制动时，从制动主缸输出的制动液就会通过隔离电磁阀和进液电磁阀进入各制动轮缸，各制动轮缸的制动压力将随制动主缸的输出压力而变化。而在防抱死制动压力调节过程中，当 ECU 判定需要减小某一制动轮缸的制动压力时,ECU 将使该制动轮缸的进液电磁阀和出液电磁阀都通电，使进液
电磁阀处于断流状态，而使出液电磁阀处于通流状态，该制动轮缸中的部分制动液就会通过出液电磁阀流入储液器中，该制动轮缸中的制动压力随之减小；当 ECU 判定需要保持某一制动轮缸的制动压力时,ECU 将使该制动轮缸的进液电磁阀通电并处于断流状态，而使该制动轮缸的出液电磁阀断电也处于断流状态，该制动轮缸的制动压力因其中的制动液被封闭而保持一定；当 ECU 判定需要增大某一制动轮缸的制动压力时,ECU 将使该制动轮缸的进液电磁阀和出液电磁阀都断电，使进液电磁阀处于通流状态，而使出液电磁阀处于断流状态，制动主缸输出的制动液就会通过进液电磁阀进入该制动轮缸，该制动轮缸的制动压力随之增大。在防抱死制动压力调节期间,ECU 根据四个车轮转速传感器反馈的车轮转速信号，独立地对四个制动轮缸的制动压力进行减小、保持和增大调节，
保证四个车轮不发生制动抱死。
在刚踩下制动踏板进行制动的过程中,ECU 使两个隔离电磁阀始终不通电，都处于通流状态。
当制动踏板的行程达到一定位置时,ECU 就使电动泵继电器处于激励状态，向电动机供给电压，使电动机驱动柱塞泵运转,将制动液自储液器泵入制动主缸,直到制动踏板抬升到下沉的高度后,ECU
才使电动泵继电器处于非激励状态，使电动泵断电停转。由于在制动过程中制动踏板始终保持有一定的剩余行程，使制动主缸保持提供补偿防抱死制动过程中制动压力消耗的能力。
戴维斯 MK4 的驱动防滑控制功能仅在汽车速度低于 40km/h 时才会进行驱动防滑控制，以增大汽车的驱动力，提高汽车的起步加速性能。
当汽车的速度低于 40km/h 时,ECU 通过比较驱动车轮与非驱动车轮的转速确定驱动车轮的滑移率。当驱动车轮的滑移率超过设定的控制极限值时,ECU 首先使制动压力调节装置中的两个隔离电磁阀通电并处于断流状态，将两个前制动轮缸与制动主缸和两个后制动轮缸隔离，同时 ECU 使电动泵继电器处于激励状态，使电动泵通电运转，将制动液自储液器泵入前制动轮缸，使作为驱动车轮的前轮进行制动,ECU 还通过独立控制两个前制动轮缸的进液电磁阀和出液电磁阀，分别对两个前制动轮缸的制动压力进行调节，将两个驱动车轮的滑移率控制在设定的范围之内。
在进行驱动防滑控制时，仪表板上的驱动防滑系统报警灯将会点亮，直至驱动防滑控制过程结束以后，驱动防滑系统报警灯才会熄灭。在驱动防滑控制过程中，如果汽车的速度已经达到 40km/h，
驱动防滑系统会自动退出控制过程，驱动防滑系统报警灯随之熄灭。另外，如果驱动防滑控制过程的时间超过了设定的时间限值,ECU 将暂时中止驱动防滑控制过程，以防制动器发生过热。此时驱动防滑系统报警灯也会暂时熄灭，经过预定时间使制动器进行冷却以后，驱动防滑控制过程仍会继续进行。
在点火开关开始置于,ON”位置的几秒内，制动防抱死系统报警灯和驱动防滑系统报警都会点
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亮，以检查各报警灯是否完好，同时 ECU 对系统进行自检，此时制动压力调节装置中的各个电磁阀都会短暂通电，以检查各电磁阀是否正常。经过系统自检，如果未发现系统中存在故障时，制动防抱死系统报警灯和驱动防滑系统报警灯将会熄灭，系统将处于等待工作状态。此后，当汽车速度达到 9 km/h~16km/h 时,ECU 还会使电动泵短暂通电运转，以检查电动泵是否正常。
7.6 电控四轮驱动技术
7.6.1 功用
四轮驱动（Four Wheel Drive，即 4WD）采用电子控制技术后，可充分利用整车的重力所产生的附着力，驱动力大并且能防止汽车在较差路面上行驶或爬坡时打滑，避免事故的发生，特别是在汽车高速转弯时，使 4WD 自动结合，从而提高汽车的安全性。
7.6.2 控制原理
该技术是在自动变速器或 4WD 进行全面电子控制的基础上实现的。日本富士重工汽车公司生产的 4WD-4AF四轮驱动变速器如图 7.37 所示，将前轮驱动轴布置在与曲轴垂直线的侧面，由自动变速器本体和设在后方的分动器及其油压控制机构共同组成了 4WD 系统，而通向前轮的驱动则是经过变速齿轮机构后方的减速齿轮传递。4WD 的分动器如图 7.38 所示，由液压式多片离合器（MP-T）和包括负荷电磁阀的液压控制装置构成，并安装于后轮驱动的变速器壳体内。作为 4WD 控制的基本信号之一的车速信号，是通过安装在分动器离合器毂外面的传感器和减速装置内的速度计量齿轮检测出前轮的转速。
图7.37 4WD-4AF四轮驱动变速器
1.动力输出轴中心2.前轮驱动轴 3.差速器中心4.自动助力 5.变速器中心6.制动带7.轮胎
MP－T 在主变速器部分中进行独立控制，MP－T 的油压控制系统（图 7.39）由两个调压阀和一个负荷电磁阀组成，离合器力矩通过负荷电磁阀上的 0％～100％占空比控制，形成连续变化的离合
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器工作油压。
图7.38 MP－T结构
图 7.29 油压控制系统
7.6.3 控制功能
4WD 的 ECU 如图 7.40 所示，车速传感器等信号送入 ECU 后，经其判断出行驶正常后，ECU 根据存储器中存储的随车速和节气门开度变化的负荷电磁阀占空比信号控制的三维脉谱图 （图 7.41） 发出对 MP－T力矩进行精确控制信号。此外，用于 4 WD 控制的各种传感器，也用于自动变速器的变速控制及锁止离合器控制等。电控四轮驱动装置控制内容见表 7.1。
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7.6.4 优点
图7.40 ECU 控制原理
图7.41 三维脉谱图
采用电控 4WD 之后，车辆性能明显提高。图 7.32所示为车辆在低附着系数路面上起步和加速，
在前轮开始运转阶段，通过防止侧滑的起步控制，在低速区有较高的 MP1 力矩，所以前轮不会产生侧滑。在平稳的起步过程中，MP－T 力矩随着起步后车速的增加而逐渐下降，控制循环力矩返回到正常控制区。此外，在低速区、满负荷转向且前后轮转速差超过设定值时，MP－T 力矩增加，以防
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止前轮滑移。
图7.42 车辆在低附着系数路面上起步和加速
图 7.43 所示为高附着系数路面上车辆加速，前轮轮胎和路面的附着力很大，可减少 MP－T 的力矩，但由于起步控制，相对常规 4WD，具有较优良的加速性能。采用电控 4WD 后，车辆回转性能提
图7.43 高附着系数路面上车辆加速
高，图 7.44所示为高附着系数路面上车辆稳定圆周回转加速。在正常行驶中 ECU 还能实现转弯控制和前后轮转速差控制、降低内部循环力矩。选择合适的前后轮驱动力，以得到稳定的回转性能。图
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图7.44高附着系数路面上车辆稳定圆周回转加速
7.35 所示为低附着系统路面上车辆复合回转,在进行前后轮转速差控制时,MP-T 油压出现频繁变动，
使前轮驱动力达不到界限值，保持在侧向力作用下的旋转水平，从而实现在转角界限内的稳定行驶。
此外，非电控 4WD 的 MP-T 驱动，因前后车轮的有效转动半径差异，使驱动系机械损失增加及轮胎侧滑致使油耗增加。采用电控 4WD 后，因能将内部循环转矩控制为最小，故可降低 4WD 驱动系的机械损失。
图7.45 低附着系统路面上车辆复合回转
7.7 汽车电子稳定程序（ESP）
汽车电子稳定程序的英文缩写为 ESP（Electronic St ability Program）,但车型不同，其缩写有所不同。沃尔沃称其为 DSTC，宝马称其为 DSC，丰田凌志称其为 VSC，其原理和作用基本相同。
ESP 负责恒时监控汽车的行驶状态，在紧急躲避障碍物或转弯时出现不足转向或过度转向时，使车辆避免偏离理想轨迹。
7.7.1 ESP 的类型
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ESP 能自动地向一个或多个车轮施加制动力，在某些情况下每秒可进行 150 次制动，以确保汽车行驶在选定的车道内。
目前，ESP有 3 种类型,
1）4 通道或4 轮系统。能自动地向 4个车轮独立施加制动力。
2）2 通道系统。只能对 2 个前轮独立施加制动力。
3）3 通道系统。对 2 个前轮独立施加制动力，对后轮一同施加制动力。
7.7.2 ESP 的特点
ESP 系统有以下三个特点,
实时监控：ESP 是一个实时监控系统，它每时每刻都在处理监控驾驶者的操控、路面反应、汽车运动状态，并不断向发动机和制动系统发出指令。
主动干预：ABS 等产品在起作用时，系统对驾驶者的动作起干预作用，但它不能调控发动机，
而 ESP 则是主动调控发动机的转速并可调整每个轮子的驱动力和制动力，以修正汽车的过度转向和转向不足。
事先提醒：ESP 还有一个实时警示功能，当驾驶者操作不当和路面异常时，它会用警告灯警示驾驶者。在三个系统的共同作用下，最大限度地保证汽车不跑偏、不甩尾、不侧翻和方向盘在任何状态下能操纵自如。
7.7.3 ESP 的控制原理
ESP 主要通过设置在车身的传感器获得信号，并由微处理器进行再处理后反馈给控制系统。ESP
传感器还向控制装置提供汽车在任何瞬间的运行状态信息，主要传感器及其功能如表 7.1 所示。
表 7.1 ESP 传感器及其功能
传感器 功能
转向传感器 监测转向盘旋转角度，帮助确定汽车行驶方向是否正确
轮速传感器 监测每个车轮速度，确定车轮是否打滑
偏行率传感器 记录汽车绕垂直轴线的运动，确定汽车是否在打滑
横向加速度传感器 检测汽车转弯时产生的离心力，确定汽车通过弯道时是否打滑
ESP 是一套电脑程序，通过从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，进而向 ABS 和 ASR
发出纠偏指令，帮助车辆维持动态平衡。工作时，ESP 不需要驾驶员对其操作，而是根据实际情况
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作出反应，从而不再（盲目服从驾驶员，使汽车行驶安全性大大提高。最重要的信息由偏航率传感器提供，负责测定汽车围绕纵轴的旋转运动（偏航率）,其他传感器负责记录偏航角速度和横向加速度。ESP 电脑计算出保持车身稳定的理论值，与偏航率传感器和横向加速度传感器测得的数据进行比较，发出平衡纠偏指令。转向不足产生向理想轨迹曲线外侧的偏离倾向，过度转向产生向理想轨迹曲线内侧的偏离倾向。ESP 自动纠正驾驶员的不足转向和过度转向，如图 7.46 所示。
车辆行驶在路滑的左弯道上，当过度转向使车辆向右甩尾时，ESP 传感器测得车轮滑动，信息迅速送入 ECU，通过 ASR牵制发动机动力输出，通过 ABS 对各个车轮进行有目的的制动，重新分配力矩，使汽车产生顺时针方向的力矩，而将汽车保持在原来的行驶轨道内。
在同样弯路中行驶，由于转向不足、车速较快，使前轮驶离路面而丧失地面附着力时，对于 4
通道的 ESP，左后轮制动，由此产生逆时针方向的力矩，使汽车回到正确的轨道上；对于 2 通道ESP，
使左前轮制动。
ESP 对过度转向和不足转向的灵敏度，可超过世界上最优秀的赛车手。
图 7.46 ESP对不足转向和过度转向的纠偏
7.7.4 ESP 的应用情况
ESP系统自1995年问世以来,以其出色的便捷性和安全性赢得了无数重要奖项。 ESP赢得了1995
年汽车工程学会（SAE）的“亨利福特二世汽车技术卓越奖” ；在 1999 年，它赢得了维也纳大学的“保时捷奖” ；由于它对道路安全的积极作用，2004 年 ESP 系统被评为“英国迈克尔王子驾驶道路安全奖” 。2005年 ESP 还获得了安联保险授予的“安全奖” 。
今天，在德国，已有超过 70%的新注册车辆都配备了 ESP。来自博世的研究表明，就整个欧洲而言，2005 年大约 40%的新注册车辆配备了 ESP。在高档车上，ESP 已经成为标准配置，在中档车上的装配率也迅速提高，在紧凑型车上装配率稍低。在美国和日本，ESP 的装配率也迅速提高。在我们
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国家，ESP 的装配率还比较低，目前，仅在高档豪华车上比较常见，而中高档的几款销量领先的车型，如雅阁、帕萨特、马自达 6 都没有 ESP 的配置，甚至连宝马 3 系、5 系、奥迪 A4、A6 也并没有将 ESP 作为全系车型的标准配置。东风雪铁龙新上市的中高档轿车凯旋，其三款车型，包括最低配置的尊贵型手动档也把 ESP 作为了标准配置。作为国内Ｂ级车中唯一把 ESP 作为标准配置的车型，
它填补了这一级别车型 ESP 配置的空白，更确立了中高档轿车主动安全领域的新里程碑。
东风雪铁龙凯旋采用的是博世最新一代（第八 代）ESP 8.0 系统。目前，这一具有世界领先技术的博世 ESP8.0 系统已经实现了中国国产化。相比博世 ESP 5.7,其重量从 5.6 kg 降低到 2.3kg，
幅度达到 60％，结构也更紧凑，并增强了踏板感觉。ESP8.0 系统结合ABS、TCS、EBD、BA 等安全配置，大大保证了车辆各个方向上的行驶稳定性，使凯旋成为中高档车型中安全性能最出色的车型。
7.8 汽车电控转向系统
动力转向系统可使转向操纵灵活、轻便，能吸收路面对前轮产生的冲击等优点，因此动力转向系统被很多国家采用。按控制方式的不同，可分为传统动力转向系统和电子控制动力转向系统。
电子控制动力转向系统（简称 EPS 一一 Electronic Control Power Steering）,根据动力源不同又可分为液压式电子控制动力转向系统 （液压式 EPS） 和电动式电子控制动力转向系统 （电动式 EPS） 。
液压式 EPS 是在传统的液压动力转向系统的基础上增设了控制液体流量的电磁阀。车速传感器和电子控制单元等，电子控制单元根据检测到的车速信号控制电磁阀，使转向动力放大倍率实现连续可调，从而满足高、低速时的转向助力要求。电动式 EPS 是利用直流电动机作为动力源，电子控制单元根据转向参数和车速等信号，控制电动机扭矩的大小和方向。电动机的扭矩由电磁离合器通过减速机构减速增大后，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。通过电子控制动力转向系统可使驾驶员在汽车低速行驶时操纵转向轻便、灵活；而在中、高速行驶时又可以增加转向操纵力，使驾驶员的手感增强，从而可获得良好的转向路感和提高转向操纵的稳定性。
7.8.1 液压式电控动力转向系统
液压式电子控制动力转向系统，是在传统的液压动力转向系统的基础上，增设电子控制装置而构成的。根据控制方式的不同，液压式电子控制动力转向系统又可分为流量控制式。反力控制式和阀灵敏度控制式三种形式。
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1、流量控制式 EPS
这是一种根据车速传感器信号调解动力转向装置供应的压力油液，改变油液的输入输出流量，
以控制转向力的方法。优点是，在原来动力转向功能上再增加压力油液流量控制功能即可，可以降低价格，简化结构。缺点是，当流向动力转向机构的压力油液降低到极限值时，将改变转向控制部分的刚度，使其下降到接近转向刚性。这样，在低供给油量区域内，对于快速转向会产生压力油量不足，降低了响应性。
（ 1）丰田凌志轿车电子控制动力转向系统
图 7.47 所示为凌志轿车采用的流量控制式动力转向系统。该系统主要由车速传感器。电磁阀、
整体式动力转向控制阀、动力转向液压泵和电子控制单元等组成。电磁阀安装在通向转向动力缸活塞两侧油室的油道之间，当电磁阀的阀针完全开启时，两油道就被电磁阀旁通。流量控制式动力转向系统就是根据车速传感器的信号，控制电磁阀阀针的开启程度，从而控制转向动力缸活塞两侧油室的旁路液压油流量，来改变转向盘上的转向力。车速越高，流过电磁阀电磁线圈的平均电流值越大，电磁阀阀针的开启程度越大，旁路液压油流量越大，而液压助力作用越小，使转动转向盘的力也随之增加。
图7.47 凌志轿车的流量控制式动力转向系统
l.动力转向液压泵 2.电磁阀 3.动力 转向控制阀 4.ECU 5.车速传感器
图 7.48 所示为该系统电磁阀的结构。图 7.49 为电磁阀的驱动信号。由图可以看出，驱动电磁阀电磁线圈的脉冲电流信号频率基本不变，但随着车速增大，脉冲电流信号的占空比将逐渐增大，使流过电磁线圈的平均电流值随车速的升高而增大。图 7.50 所示为凌志轿车电子控制动力转向系统的电路图。
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图7.48 电磁阀的结构
图7.49 电磁阀的驱动信号
（ 2）日产蓝鸟轿车电子控制动力转向系统
图 7.51 所示为曾在日产蓝鸟轿车上使用的流量控制式动力转向系统。它的特点是在一般液压动力转向系统上再增加旁通流量控制阀、车速传感器、转向角速度传感器、电子控制单元和控制开关等。在转向液压泵与转向机体之间设有旁通管路，在旁通管路中又设有旁通油量控制阀。根据车速传感器、转向角速度传感器和控制开关等信号，电子控制单元向旁通流量控制阀，按照汽车的行驶状态发出控制信号，控制旁通流量，从而调整向转向器供油的流量。
图7.50凌志轿车的电子控制动力转向系统电路图
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图7.51 日本蓝鸟牌轿车的电子控制动力转向装置
a) 结构b）系统原理示意图
l.加油箱2.转向往3.转向角速度传感器4.EPS 控制器5.转向角速度传感器
连接器6.旁通流量控制阀6.EPS 控制线圈8.转向传动机构9.机油泵
图7.52 三种不同的转向力特性曲线
当向转向器供油流量减少时，动力转向控制阀灵敏度下降，转向助力作用降低，转向力增加。
在这一系统中，利用仪表板上的转换开关，驾驶员可以选择三种适应不同行驶条件的转向力特性曲线，如图 7.52 所示。另外，电子控制单元还可根据转向角速度传感器输出信号的大小，在汽车急转弯时，按照图 7.53 所示的转向力特性实施最优控制。
图7.53 汽车急转弯时的转向力特性
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图 7.54 所示为该系统旁通流量控制阀的结构示意图。在阀体内装有主滑阀 2 和稳压滑阀 7，在主滑阀的右端与电磁线圈柱塞 3 连接，主滑阀与电磁线圈的推力成正比移动，从而改变主滑阀左端流量主孔 1 的开口面积。调整调节螺钉 4 可以调节旁通流量的大小。稳压滑阀的作用保持流量主孔前后压差的稳定，以使旁通流量与流量主孔的开口面积成正比。当因转向负荷变化而使流量主孔前后压差偏离设定值时，稳压滑阀阀心将在其左侧弹簧张力和右侧高压油压力的作用下发生滑移。如果压差大于设定值，则阀心左移，使节流孔开口面积减小，流入到阀内的液压油量减少，前后压差减小；如果压差小于设定值，则阀心右移，使节流孔开口面积增大，流入到阀内的液压油量增多，
前后压差增大。流量主孔前后压差的稳定，保证了旁通流量的大小只与主滑阀控制的流量主孔的开口面积有关。
图7.54旁通流量控制阀结构
1.流量主孔 2.主滑阀 3.电磁线圈柱塞 4.调节螺钉 5.电磁线圈 6.节流孔7.稳压滑阀
图 7.55 为日产蓝鸟轿车流量控制式动力转向系统电路图。系统中电子控制单元的基本功能是接收车速传感器、转向角速度传感器及变换开关的信号，以控制旁通流量控制阀的电流，并具有故障自诊断功能。
当控制单元、传感器、开关等电气系统发生故障时，安全保险装置能够确保与一般动力转向装置的功能相同。
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图7.55 蓝鸟轿车电子控制动力转向系统电路图
2、反力控制式 EPS
反力控制式动力转向系统是一种根据车速大小，控制反力室油压，从而改变输入、输出增益幅度以控制转向力。其优点表现在，具有较大的选择转向力的自由度，转向刚度大，驾驶员能感受到路面情况，可以获得稳定的操作手感等。其缺点是结构复杂，且价格较高。
（ 1）系统组成与工作原理
图 7.56 所示为反力控制式动力转向系统的工作原理图。该系统主要由转向控制阀、分流阀、电磁阀、转向动力缸、转向液压泵、储油箱、车速传感器（图中未画出）及电子控制单元等组成。转向控制阀是在传统的整体转阀式动力转向控制阀的基础上增设了油压反力室而构成。扭力杆的上端通过销子与转阀阀杆相连，下端与小齿轮轴用销子连接。小齿轮轴的上端通过销子与控制阀阀体相连。转向时，转向盘上的转向力通过扭力杆传递给小齿轮轴。当转向力增大，扭力杆发生扭转变形时，控制阀体和转阀阀杆之间将发生相对转动，于是就改变了阀体和阀杆之间油道的通、断和工作油液的流动方向，从而实现转向助力作用。
分流阀的作用，把来自转向液压泵的液压油向控制阀一侧和电磁阀一侧进行分流。按照车速和转向要求，改变控制阀一侧与电磁间一侧的油压，确保电磁阀一侧具有稳定的液压油流量。固定小孔的作用是把供给转向控制阀的一部分流量分配到油压反力室一侧。
电磁阀的作用是根据需要，将油压反力室一侧的液压油流回储油箱。
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图 7.56 反力控制式动力转向系统的工作原理图
l.转向盘 2.扭杆 3.储油箱 4.接口 5.销钉 6.控制阀轴 7.回转阀 8.小齿轮轴 9.左室 10.右室 11.动力油缸 12.活塞 13.齿条 14.小齿轮 15.转向齿轮箱 16.柱塞 17.油压反力室 18.电磁阀 19.油泵 20.分流阀 21.小节流孔
电子控制单元（ ECU）根据车速的高低线性控制电磁阀的开口面积。当车辆停驶或速度较低时，
ECU 使电磁线圈的通电电流增大，电磁阀开口面积增大，经分流阀分流的液压油。通过电磁阀重新回流到储油箱中，所以作用于柱塞的背压（油压反力室压力）降低。于是柱塞推动控制阀转阀阀杆的力（反力）较小，因此只需要较小的转向力就可使扭力杆扭转变形，使阀体与阀杆产生相对转动而实现转向助力作用。
当车辆在中、高速区域转向时,ECU 使电磁线圈的通电电流减小，电磁阀开口面积减小，所以油压反力室的油压升高，作用于柱塞的背压增大，于是柱塞推动转阀阀杆的力增大。此时需要较大的转向力才能使阀体与阀杆之间作相对转动（相当于增加了扭力杆的扭转刚度）而实现转向助力作用，所以在中、高速时可使驾驶员获得良好的转向手感和转向特性。
（ 2）反力控制式动力转向系统实例
图 7.57 为丰田汽车公司“马克 II” 型车用反力控制式动力转向系统结构图。图 7.58 转向控制阀（增设了反力油压控制阀和油压反力室）的结构。
图 7.59 为电磁阀的结构及其特性。输入到电磁阀中的信号是通、断脉冲信号，改变信号占空比
（信号导通时间所占的比例）就可以控制流过电磁阀线圈平均电流值的大小。
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图7.57马克II电子控制动力转向系统结构
图7.58 反力控制式动力转向控制阀结构
l.扭杆 2.回转阀 3.油压反力室 4.柱塞 5.控制阀轴
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图7.59 电磁阀的结构及其特性
3、阀灵敏度控制式 EPS
阀灵敏度控制式 EPS 是根据车速控制电磁阀,直接改变动力转向控制阀的油压增益 （阀灵敏度）
来控制油压的。这种转向系统结构简单、部件少、价格便宜，而且具有较大的选择转向力的自由度，
与反力控制式转向相比，转向刚性差，但可以最大限度提高原来的弹性刚度来加以克服，从而获得自然的转向手感和良好的转向特性。图 7.60 所示为 89 型地平线牌轿车所采用的阀灵敏度可变控制式动力转向系统。该系统对转向控制阀的转子阀作了局部改进，并增加了电磁阀、车速传感器和电子控制单元等。
图7.60 阀灵敏度可变控制式动力转向装置
a)系统示意图 b) 转子阀
（ 1）转子阀
一般在圆周上形成 6 条或 8 条沟槽，各沟槽利用阀部外体，与泵、动力缸、电磁阀及油箱连接。
图 7.61 所示为实际的转子阀结构剖面图。
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图7.61 转 子阀及电磁阀断面图
1.动力缸 2.电磁阀 3.油箱 4.泵
图 7.62 所示为阀部的等效液压回路图，转子阀的可变小孔分为低速专用小孔（ 1R,1L,2R、
2L）和高速专用小孔（ 3R,3L）两种，在高速专用可变孔的下边设有旁通电磁阀回路，其工作过程如下,
图7.62阀部的等效液压回路图
当车辆停止时，电磁阀完全关闭，如果此时向右转动转向盘，则高灵敏度低速专用小孔 1R 及 2
R 在较小的转向扭矩作用下即可关闭。转向液压泵的高压油液经 1L 流向转向动力缸右腔室，其左腔室的油液经 3L,2L 流回储油箱，所以此时具有轻便的转向特性。而且施加在转向盘上的转向力矩越大，可变小孔 1L,2L 的开口面积越大，节流作用就越小，转向助力作用越明显。
随着车辆行驶速度的提高，在电子控制单元的作用下，电磁阀的开度也线性增加，如果向右转动转向盘，则转向液压泵的高压油液经 1L,3R 旁通电磁阀流回储油箱。此时，转向动力缸右腔室的转向助力油压就取决于旁通电磁阀和灵敏度低的高速专用可变孔 3R 的开度。车速越高，在电子控制单元的控制下，电磁阀的开度越大，旁路流量越大，转向助力作用越小；在车速不变的情况下，
施加在转向盘上的转向力越小，高速专用小孔 3R 的开度越大，转向助力作用也越小。当转向力增大时,3R 的开度逐渐减小，转向助力作用也随之增大。由此可见，阀灵敏度控制式动力转向系统可使驾驶员获得非常自然的转向手感和良好的速度转向特性。所以具有多工况的转向特性如图 7.61c 从低速到高速的过渡区间，由于电磁阀的作用，按照车速控制可变小孔的油量，因而可以按顺序改变特性。
（ 2）电磁阀
电磁阀结构见图 7.61，该阀设有接控制上下流量的旁通油道，是可变的节流阀。在低速时向电磁线圈通以最大的电流，使可变孔关闭，随着车速升高，依次减小通电电流，可变孔开启；在高速时，开启面积达到最大值。该阀在左右转向时，油液流动的方向可以逆转，所以在上下流动方向中，
可变小孔必须具有相同的特性。为了确保高压时流体有效作用于阀，必须提供稳定的油压控制。
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（ 3）电子控制单元
接受来自车速传感器的信号，控制向电磁阀和电磁线圈输出电流。如图 7.63 所示为控制系统的电路图。
图7.63 控制系统电路图
7.8.2 电动式电控动力转向系统
电动式动力转向系统（ EPS）是一种直接依靠电动机提供辅助转矩的电动助力式转向系
统。该系统仅需要控制电机电流的方向和幅值，不需要复杂的控制机构。另外，该系统由于
利用微机控制，为转向系统提供了较高的自由度，同时还降低了成本和重量。
电动式动力转向系统主要特点如下,
1）电动机、减速机、转向柱和转向齿轮箱可以制成一个整体，管道、油泵等不需单独
占据空间，易于装车。
2）基本上只增加电动机和减速机，没有了液压管道等部件，使整个系统趋于小型轻量化。
3）仅在必要时用来使电动机运转，故可以节能。
4）因为零件数目少，不需要加油和抽空气，所以在生产线上的装配性好。由此，从发
展的角度看，电动式动力转向系统将成为标准件装备在汽车上。
1、电动式电控动力转向系统的结构与工作原理
电动式动力转向系统基本上是由扭矩传感器、车速传感器、控制元件、电动机和减速机组成的，
如图 7.64 所示。
在操纵转向盘时，转矩传感器根据输入力的大小产生相应的电压信号，由此检测出操纵力的大小，同时根据车速传感器产生的脉冲信号又可测出车速，再控制电动机的电流，形成适当的转向助
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力。
图7.64 电动式EPS的组成
1.转向盘2.输入轴3.电控单元4.电动机 5,电磁离合器6.转向齿条7.横拉杆8.转向轮
9.转向器,10.扭杆 1 1.转向齿轮 12.转矩传感器
（ 1）扭矩传感器
转矩传感器的作用是测量转向盘与转向器之间的相对转矩，以作为电动助力的依据之一。
图 7.65 所示为无触点式转矩传感器的结构及工作原理图。 在输出轴的极靴上分别绕有 A,B,C、
D 四个线圈，转向盘处于中间位置（直驶）时，扭力杆的纵向对称面正好处于图示输出轴极靴 AC、
BD 的对称面上。当在 U,T 两端加上连续的输入脉冲电压信号 U
i
时由于通过每个极靴的磁通量相等，所以在 V,W 两端检测到的输出电压信号 U
0
＝ 0，转向时，由于扭力杆和输出轴极靴之间发生相对扭转变形，极靴 A,D 之间的磁阻增加,B,C 之间的磁阻减少，各个极靴的磁通量发生变化，
于是在 V,W 之间就出现了电位差。其电位差与扭力杆的扭转角和输入电压 U
i
成正比。
图7.65无触点式转矩传感器
所以，通过测量 V,W 两端的电位差就可以测量出扭力杆的扭转角，于是也就知道转向盘施加的转矩。
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图 7.66 所示为滑动可变电阻式转矩传感器的结构。它是将负载力矩引起的扭力杆角位移转换为电位器电阻的变化，并经滑环传递出来作为转矩信号。
（ 2）电动机、离合器、减速机
EPS 上所采用的电动机是在一般汽车用电动机基础上加以改进后得到的。为了改善操纵感、降低噪声和减少振动，有的电动机转子外圆表面开有斜槽，有的则改变定子磁铁的中心处或底部的厚度。电动机的特性如图 7.67 所示。
图 7.56 滑动可变电阻式转矩传感器结构
l.小齿轮2.滑环3.轴 4.扭杆 5.输出端 6.外壳 7.电位器
图 7.57 电动机的特性
转向助力用直流电动机需要正反转控制，图 7.68 所示为一种比较简单适用的控制电路。 a
1
,a
2
为触发信号端。当 a
1
端得到输入信号时，晶体管 VT
3
导通,VT
2
得到基极电流而导通，电流经 VT
2
、
电动机 VT,VT
3
搭铁而构成回路，于是电动机正转，当内端得到输入信号时，电流则经 VT
l
,VT、
VT
4
搭铁面构成回路，电动机则因电流方向相反而反转。控制触发信号端电流的大小，就可以控制通过电动机电流的大小。
电动机的工作范围限定在某一速度区域内，如果超过规定速度，则离合器使电动机停转，且离合器分离，不再起传递动力的作用。在不加助力的情况下，离合器可以清除电动机惯性的影响。同
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时，在系统发生故障时，因离合器分离，可以恢复手动控制转向。
图7.68 电动机正反转控制电路
为了减少加与不加助力时驾驶车辆感觉的差别，设法使离合器具有滞后输出特性，同时还使其具有半离合状态区域。
图 7.69 为单片干式电磁离合器的工作原理图。当电流通过滑环进入电磁离合器线圈时，主动轮产生电磁吸力，带花键的压板被吸引与主动轮压紧，于是电动机的动力经过轴、主动轮、压板、花键、从动轴传递给执行机构。
减速机构（见图 7.70）是把电动机的输出放大后，再传给转向齿轮箱的主要部件。目前已实用的有多种组合方式，如两级行星齿轮与传动齿轮驱动组合式，涡轮涡杆与转向轴驱动组合式等。为了抑制噪声和提高耐久性，减速机构上采用了部分树脂材料及特殊齿形。
图7.69 电磁离合器工作原理
l.滑环 2.线圈 3.压 板 4.花键 5.从动轴6.主动轮7.滚动轴承
2、电动式电控动力转向系统的控制
（ 1）控制电路
控制电路方框图见图 7.71。控制电路的中心是 8 位的单片微型计算机，内装 256 字节的 RAM，
4K 位的 ROM 和 8 位的 A／ D 变换器。
主传感器和辅助传感器的转矩及电动机的信号及电动机的电流信号，通过 A／ D 变换器输入到
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微型计算机中，而车速信号、发动机转速、蓄电池电压和起动机开关的通断状态、交流发电机的 L
端子电压则通过接口电路输入到微型计算机中。
图7.70 减速机构
l.电动机传动齿轮 2.传动齿轮 3.太阳轮 4.齿圈 5.太阳轮 6.传动齿轮 7.齿圈 8.传动齿9.齿条
图7.71 控制电路的框图
转矩信号通过 A／ D 变换器输入到计算机后，计算机根据车速范围按照规定的转矩一一电动机电流变换值，确定出电动机的电流指令值，把电流指令值输入到 D／ A 变换成模拟信号，之后输入到电流控制电路中去；同时，计算机还输出电动机的旋转方向指示信号，这个信号输入电动机的驱动电路后，便决定了电动机的旋转方向。
电流控制电路把上述的已成为模拟信号的电流指令与电动机的实际电流相比较后，产生二者幅度相同的斩波信号。驱动电路收到斩波信号与旋转方向指令信号之后，则输出指令，驱动功率
MOS-FET 电路，控制电动机的电流，使其按规定的方向旋转。
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当超过规定的车速时，离合器的驱动信号被切断，电动机与减速机构分离，同时电动机也停止工作。
（ 2）故障诊断与安全保护
控制元件具有故障自我诊断功能，当发生电气系统故障时，能自动停止助力。同时，计
算机可以记忆故障内容，并使故障指示灯点亮。维修时可读取故障码，找出故障原因。
出现电气故障后，控制电路停止向电动机供电，在装有离合器的 EPS 上，离合器脱开，恢复到手动控制转向。
7.9 电控四轮转向系统（4WS）
7.9.1 4WS 车的转向特性
1．4WS 车低速时的转向特性
汽车在低速转向的情况下，可以认为车辆的前进方向和车的朝向是大体一致的，所以各车轮上几乎不产生转向力。 4 轮的前进方向的垂线在一点相交，而车辆以此交点（转向中心）为中心进行转向。
图 7.62 所示为低速转向时的行驶轨迹，可知 2 WS 车（前轮转向操纵）的情况是后轮不转向，
所以转向中心大致在后轴的延长线上。 4 WS 车的情况是对后轮进行逆向转向操纵，转向中心就比 2
WS 车的超前并在靠近车体处。在低速转向时，若前轮转向角相同，则 4WS 车的转向半径更小，内轮差也能小，所以转向性好。对小轿车而言，如果后轮逆向转向 5°则可减少最小转弯半径约 0.5m，
内轮差约 0.1 m 。
图7.72 低速转向时的行驶轨迹
a)2WS 车 b) 4WS 车
2．4 WS 车中高速时的转向特性
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直行汽车的转向是有下列两个运动的合成，即车辆的质心点绕改变前进方向的转向中心的公转和绕质心点的自转运动。
图7.73 2WS 车高速转向的车辆动态
图 7.73 为 2WS 车高速转向时车辆的运动状态。前轮转向时，前轮产生侧偏角 a 并产生旋转向心力使车体开始自转。当车体出现偏向时，后轮也出现侧偏角儿 且也产生旋转向心力。 4 轮分担自转和公转的力，一边平衡一边转向。但是，车速愈高，离心力就愈大。所以必须给前轮更大的侧偏角，使它产生更大的旋转向心力。而且，为了使后轮也产生与此相对应的侧偏角，使车体有更大的自转运动。但是，车速愈高，车体的自转运动就愈不稳定，容易引起车辆的旋转或侧滑。
理想的高速转向的运动状态是尽可能使车体的倾向和前进方向一致，以防多余的自转运动，使前后轮产生足够的旋转向心力。 在 4WS 的车上通过对后轮的同相转向操纵,使后轮也产生侧偏角 a，
使它与前轮的旋转向心力相平衡，从而抑制自转运动。这样有可能得到车体方向与车辆前进方向相一致的稳定转向状态，如图 7.74 所示。
7.9.2 转向角比例控制
所谓转向角比例控制就是与转向盘转向角度成比例地对后轮进行转向操纵控制，而这种控制在低速区是逆相的，在中高速区是同相的。在中高速区的转向操纵应使前后轮平衡稳定并处于恒定转向状态，车的前进方向和车体的朝向就能一致，并能得到稳定的转向性能。转向初期的过渡状态，
从一开始就是使前后轮同时产生旋转向心力。所以，车体的公转先于自转，车体就有朝向转向外侧
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的倾向。但是，与 2WS 车的转向相比能够做到转向方向的偏离足够小。
图7.74 高速转向时的2WS车与4WS车同相转向操纵的比较
a）2WS车 b）4WS车
1．系统组成
图 7.75 所示为 4WS 转向角成比例控制的系统图。前后的转向机构是以机械方式连接。转向盘的旋转传递到前转向齿轮箱（齿条和小齿轮） 由齿条带动转向横拉杆左右运动，使前轮转向。同时，
小齿轮的旋转输出，通过连接轴传给后转向齿轮箱。
图7.75 转向角比例控制4WS 系统图
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图7.76 转向枢轴
a）结构b）偏心轴和枢轴的运动 c）枢轴的旋转角与连杆移动量之间的关系
（ 1）转向枢轴 如图 7.76 所示，后转向齿轮箱的转向枢轴是一个大的轴承。其外圈与扇形齿轮成为一体，围绕枢轴可左右转动；内圈与连杆突出的偏心轴相连接，连杆通过 4 WS 转换器的电机连杆以旋转中心作正反旋转。偏心轴在转向枢轴机构内可上下回转约 55°。
通过连接轴的输入使小齿轮向左或向右旋转时，旋转力就传递到扇形齿轮，再由转向枢轴通过偏心轴使连杆向左右方向移动。连杆带动后转向横拉杆和后转向节臂实现后轮的转向。图 7.76b 所示为由于枢轴与偏心轴的运动，形成后轮的同相位和逆相位的转向原理图。偏心轴的前端与枢轴左右旋转中心重合时，即使转向枢轴左右转动，连杆也完全不动，后轮就在中立状态。随着偏心轴前端位置与枢轴的旋转中心上下方向的偏离，枢轴左右转动时的连杆的移动量就变大。偏心轴与后轮转向之间的动态关系是偏心轴前端位置在转向枢轴的上侧时为逆相位，而下侧时为同相位。图 7.76c。
所示为转向枢轴旋转角度与连杆的旋转角度和左右移动量的关系。
（ 2） 4WS 转换器 图 7.77 所示为 4WS 转换器部分的结构。转换器是由主电动机和副电动机的驱动部分、行星齿轮的减速部分以及旋转连杆的蜗杆组成的。通常主电动机转动，而副电动机就处
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于停止状态。副电动机的输出轴与行星齿轮的中心齿轮相连，齿圈就是 4WS 转换器的输出轴。通常中心齿轮固定不动，而与主电动机相连的小齿轮旋转。因此，小齿轮围绕着中心轮进行公转和自转，
以此带动 4WS 转换器的输出齿圈。
主电动机不工作时，小齿轮就变成空转齿轮，并将副电动机旋转传递到齿圈，使连杆同相位方向旋转。
2．控制逻辑
图7.77 4WS转换器部分的结构
图 7.78 所示为 ECU 控制流程框图。通过转向角传感器、车速传感器等输入信号，进行以下控制,
图7.78 转向角比例控制4WS 控制流程方框图
（ 1）转向角控制 按照图 7.79 所示的转向角比控制图，由主电动机进行控制。驾驶员通过 4WS
方式转换开关，可选择常规模式 (NORMAL)和运动模式 (SPORT)。
车速主要由车速表的传感器提供,作为辅助信号用 ABS 车速传感器中的前轮的一个传感器输入信号。转向角传感器是检测后转向齿轮箱内的连杆的旋转角度，根据滑动阻力相应于旋转角的模拟电压输入到 ECU。
（ 2） 2WS 选择功能 2WS 开关为 ON 且变速器为倒挡状态时，因与车速无关，故将后轮的转向操纵量设定为零。对 2WS 车倒退转向操纵已习惯的人，若对 4WS 车倒退转向操纵有失调感时，
可使用此开关。
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图 7.69 转向角比控制
a）转向角控制b）转向角比传感器的特性
（ 3）安全性控制 系统出现异常时，在进行下列工作的同时点亮,4WS 警告灯”通知驾驶员，
而且 ECU 记忆异常部位。
1）主电动机异常时，驱动副电动机只在同相方向上，以常规模式（ NORMAL）按照车速进行转向角比控制。
2）车速传感器异常时，在 SP1 和 SP2 的任何一个输出中，用车速高的值通过主电动机只对同相方向进行转向角控制。
3）转向角比传感器异常时，通过副电动机驱动到同相方向最大值时停止控制。此时，若是副电动机异常，则用主电动机进行同样的控制。
4） ECU 异常时，通过副电动机驱动到相同方向最大值为止，然后停止控制。此时，能避免出现逆相位状态。
7.9.3 横摆角速度比例控制
在中高速区为发挥恒定转向时 4WS 的控制功能,并为了改善从转向初期到恒定转向的过渡状态中“转向内侧车体滞后现象”,已进行了各种各样控制方法的研究。如前轮转向动作比后轮的转向动作稍晚点进行，从而增加自转的方法（一次滞后控制） 。又如中断转向操纵时，由于转向的角速度和角加速度引起的转向时的车体朝向与前进方向偏离，转向初期的瞬间，将对后轮进行逆相位转向，
再返回同相位转向的方法（位相反转控制） 。
横摆角速度比例控制是通过检测横摆角速度以控制后轮转向操纵量的。通过横摆角速度能够直接检测自转运动的增减，所以按照它再增减后轮的转向角，则就能取得合适的自转和公转时间，从转向初期起就能使车体朝向与前进方向之间的偏离很小。另外，直接看着车辆的自转运动，所以即使是转向操纵以外而产生的力，例如，在有横向风的情况下，以瞬时的感觉也能向抑制自转的方向操纵后轮的转向。
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1．系统组成
图 7.80 所示为 4WS 的横摆角速度比例控制系统的组成。使后轮产生转向角的工作原理就是转换后转向机构的控制阀油路，使阀心左右移动。在前轮有转向运动时控制阀将后轮的最大转向角控制到 5° (大转向角控制 )而与前轮转向无关时将后轮的转向角最大控制到 1°（小转向角控制）,前者属于依靠传动绳索的机械式转向，而后者是依靠脉冲电机的电子式转向，后轮的转向角是由上述两者合成的。
图7.80 横摆角速度比例控制4WS系统的组成图
（ 1）前轮转向操纵机构 图 7.81 所示为前轮转向操纵机构的结构。转向盘的旋转运动传递到转向器的小齿轮和齿条，并随着齿条的左右移动带动小齿轮旋转。此时与小齿轮成为一体的前带轮就做正反旋转。前带轮的旋转通过转向角传动缆绳传递到后轮转向操纵机构的后带轮上。控制齿条上有长为 l 的自由行程（盲区）而相应的转向盘的转动范围大约为 250°，所以不能进行与前轮转向角连动的后轮转向操纵。高速行驶时，后轮不能进行这样大的转向角的转向操纵。因此高速行驶时，
后轮只是通过脉冲电机进行电子式转向控制。
（ 2）后轮转向操纵机构 图 7.82 所示为后轮转向操纵机构的结构。机械式转向操纵机构的情况是通过缆绳将转动传递到后带轮并带动控制凸轮，而凸轮推杆仿照凸轮外形运动带动阀套筒左右移动。转向盘向左转动时，后带轮向右旋转。此时随着旋转，凸轮曲率半径变小，凸轮推杆被拉出，
阀套筒就向左移动。转向盘右转时，则相反。随着凸轮曲率半径变大，凸轮推杆被推进，阀套筒就
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向右移动。由于阀套筒和阀心的相对位移，使来自液压泵的工作压力油路被切换。转向盘向左转时，
阀套筒就向左移，使油液进入液压缸的右室，动力活塞向左移动。此时与活塞一体的拉杆向左移动，
将后轮向右转。相反，当前轮向右转时，动力活塞向右移动，后轮就向左转。无论何种情况，总是逆相位转向操纵。
图7.81 前轮转向操纵机构
图7.82 后轮转向操纵机构
2．控制状态
按照前轮的转向量，后轮的转向控制状态有大转向角控制和小转向角控制两种状态。
（ 1）大转向角控制（机械式控制）当前轮转向角处在与后轮转向无关的转向齿条自由行程范围内时，阀心与阀套筒之间的相对位置处于中立状态。因而，来自油泵的工作油液被排出，且返回到副油箱。动力油缸的左右室都成为中立的低油压，活塞杆在复位弹簧的作用下停止在中立位置。
当前轮向左转向时，阀套筒向左方向移动，并与阀心之间产生相对位移。图 7.83 中的 a 部位以及 b 部位被节流，高压作用于动力油缸的右室，推动活塞杆向左移动，而后轮就向右转向。当活塞杆向左移动时，因为脉冲电机不工作阀控制杆就以支点 A 为中心回转，并将阀心从 B 点移到左方的
B′点。因此，打开处于节流状态的阀。部分以及 b 部分，降低动力油缸右室的压力，如图 7.83 所示。
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结果是当活塞杆移动到规定位置时,a 部分以及 b 部分的节流压力与来自车轮的外力相平衡，后轮就不能进行更多的转向。
图7.83 大转向角控制（逆相位）
外力产生变化时，活塞杆将有微小的变化，但阀控制杆立即将变化反馈给阀心并改变节流量。
这个过程直到动力活塞的压力与外力相平衡为止，从而保持稳定。
（ 2）小转向角控制（电子式控制）为了将脉冲电动机的旋转运动变为阀心的直线运动，采用螺旋齿轮和曲柄组合机构。脉冲电动机的旋转通过蜗轮机构传递到从动齿轮，借助曲柄使阀控制杆移动，如图 7.84a。所示。当从动齿轮向左旋转时，阀控制杆的上端支点 A 就以从动齿轮中心 O 点为回转中心移动到 A′点。脉冲电机刚起动的瞬间，后转向轴还没有运动。所以，阀控制杆就以 C 点为回转中心向左运动，杆中央的 B 点成为 B′点，使阀心向左移动。缆绳不动时，阀套筒固定不动，
与阀套筒产生相对位移，图 7.84 中阀的 a 部分以及 b 部分被节流，高压油进入油缸左室。
当活塞杆向右移动时，如图 7.84b 所示，反馈杆以支点 A 为中心回转，使阀套筒向右移动到 B
′点为止。结果打开 a 部分和 b 部分，能减少节流使压力下降。而后以与机械式转向操纵相同的方法保持平衡。
3．摔制逻辑
图 7.85 所示为前轮转向角与后轮转向角之间的关系，后轮转向角是机械式转向与电子式转向特性的合成。当转向盘的转向角约为 250°左右以上的逆相区时，实际上是在低速大转向情况下或停车时所表现出来的状态。中高速时是不能进行机械转向的，只能是在电子转向范围内的后轮转向控制。 ECU 中存储车速、转向角和横摆角速度等各传感器输入信号，并进行相应运算，从而确定相应与车辆状态所规定的后轮转向角，以及根据其结果驱动脉冲电动机。
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图7.84 小转向角控制（同相位）
a)反馈杆的工作原理 b)整体工作原理
图7.85 前轮转向角与后轮转向角之间的关系
（ 1）车体侧滑角的零控制 车体侧滑角零控制是在转向初期的过渡过程中,4 WS 以特有的抑制转向时车体向转向内侧滞后的转向角比例现象，使转向时车体的方向与前进方向相一致，从而确保稳定转向的一种控制。根据下式所示的控制规则，它通过逆相位转向角比例控制与横摆角速度反馈控制的组合来实现，如图 7.86 所示。
图7.86 控制比例系数
YYfsr
KK ωνθνθ )()( +=
式中，
r
θ 是后轮转向角；
f
θ 是前轮转向角；
Y
ω 是横摆角速度； ν 是车速；
s
K 是转向角比例系数；
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Y
K 是横摆角速度比例系数。
在转向初期的瞬间，对后轮进行逆相控制使它产生自转并抑制公转，从而能防止车体朝转向外侧倾斜。与此同时，横摆角速度传感器能检测自转运动的增大状态并进行反馈控制，同时附加同相位成分以取得自转与公转运动的平衡。从转向开始至转向结束，一直进行使车体侧滑角成为零的控制。
（ 2）受侧向风干扰时的控制 由于突然的侧向风力的作用，车辆就要偏向行驶。横摆角速度传感器能立即检测出它的偏向，并对后轮进行转向控制以消除产生的偏向行驶。由于后轮产生的力矩，
横向侧风力引起的自转运动会减小，并能使车的行驶方向偏差最小。
（ 3） ABS 工作时的控制 通常为了提高中低速范围的转向操纵的响应性，正如横摆角速度比例系数
Y
K 特性中见到的那样，角速度增益低于高速区域。但是 ABS 工作时，与转向操纵响应性相比将更加重视车辆的稳定性,而且将 ABS 开始工作的瞬间的横摆角速度增益 （
Y
K 值） 一直保持到 ABS
的工作结束。
小结
本章主要介绍了制动防抱死系统、驱动防滑系统、电控四轮驱动技术、汽车电子稳定程序、汽车电子转向系统和电控四轮转向系统。制动防抱死系统、驱动防滑系统主要介绍了它的功能、类型、
组成、结构和工作原理，并介绍了博世（ BOSCH） ABS 2S 制动防抱死系统和戴维斯 MK4 防滑控制系统两个典型系统；电控四轮驱动技术主要介绍了它的功能、工作原理和优点；汽车电子稳定程序主要介绍了其类型、控制原理及应用；汽车电子转向系统主要介绍了液压式电控动力转向系统和电动式电控动力转向系统的结构和工作原理。还介绍了电控四轮转向系统的特性、组成、结构和工作原理。
习题
7,1 汽车制动性能的评价指标有哪些？
7,2 什么是滑移率？附着系数和滑移率有什么关系？
7,3 什么是滑转率？附着系数和滑转率有什么关系？
7,4 影响轮胎侧偏的因素有哪些？汽车的三种稳态转向特性是什么？
7,5 汽车在不同工况下对转向系要求有什么不同？
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7,6 汽车防滑控制系统包括哪两种装置，分别起什么作用？
7,7 制动防抱死系统有什么优点？
7,8 制动防抱死系统按照通道数多少不同有哪些布置形式？各有何优缺点？
7,9 制动防抱死系统有哪些零部件组成？
7,10 简要说明制动防抱死系统的工作原理？
7,11 简要说明电磁感应式车轮转速传感的工作原理？
7,12 驱动防滑的控制方式有哪些？
7,13 简要分析戴维斯 MK4 防滑控制系统的工作过程。
7,14 电控四轮驱动技术有什么功用和优点？
7,15 简要说明汽车电子稳定程序的功能和原理。
7,16 液压式电子控制动力转向系统有哪些形式？
7,17 丰田凌志轿车采用的流量控制式动力转向系统有哪些零部件组成，简要说明该系统的工作过程？
7,18 简要说明反力控制式动力转向系统的组成、工作原理和优缺点。
7,19 简要说明阀灵敏度控制式动力转向系统的组成、工作原理和优缺点。
7,20 电动式电控动力转向系统有哪些特点？
7,21 电动式电控动力转向系统有哪些零部件组成？
7,22 简要说明电动式电控动力转向系统的工作原理。
7,23 四轮转向控制系统有何转向特性？
7,24 什么是转向角比例控制？简要说明转向角比例控制系统的工作情况。
7,25 什么是横摆角速度比例控制？简要说明横摆角速度比例控制系统的工作情况。 。
