本文首發(fā)《汽車測試報告》，由作者授權(quán)本公眾號發(fā)布。
 

摘要：隨著汽車保有量的不斷增加，為了確保駕駛員及車輛行車安全，ABS、ASR等系統(tǒng)應(yīng)運而生。在滿足系統(tǒng)功能的同時，這些系統(tǒng)的應(yīng)用對汽車底盤管路的布置也提出了更高的要求。要求進一步提升制動系統(tǒng)的響應(yīng)時間及釋放時間等性能，同時還要減少汽車管路布置的復(fù)雜程度，便于后續(xù)安裝與維修。同時，為了降低油耗、提升環(huán)保，需減輕產(chǎn)品質(zhì)量。新一代集成化輕量化ABS系統(tǒng)集成閥總成的研發(fā)，具有集成化、輕量化、制動系統(tǒng)性能高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。該文結(jié)合ABS系統(tǒng)集成閥總成的效果，做詳細討論。

關(guān)鍵詞：ABS；ASR；制動系統(tǒng)；研發(fā)

作者簡介：
史延濤，瑞立集團瑞安汽車零部件有限公司高級工程師，研究方向為車輛工程；
楊柳，瑞立集團瑞安汽車零部件有限公司高級工程師，研究方向為汽車零部件設(shè)計；
陳波，瑞立集團瑞安汽車零部件有限公司高級工程師，研究方向為車輛工程。

1 項目概況

大部分交通事故是由于車輛側(cè)翻造成的，特別是大貨車滿載時，在雨天或冰雪路面，沒有安裝ASR的汽車加速時驅(qū)動輪容易打滑。若后驅(qū)動輪打滑，車輛容易甩尾；若前驅(qū)動打滑，車輛方向易產(chǎn)生失控。

驅(qū)動防滑系統(tǒng)ASR，全稱是Acceleration Slip Regulation，也叫牽引力控制系統(tǒng)。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動而車身不動或是汽車的移動速度低于轉(zhuǎn)動車輪的輪線速度時，車輪胎面與地面之間就有相對的滑動。這種滑動稱為“滑轉(zhuǎn)”，區(qū)別于汽車制動時車輪抱死而產(chǎn)生的車輪“拖滑”。驅(qū)動車輪的滑轉(zhuǎn)，同樣會使車輪與地面的附著力下降。汽車防滑轉(zhuǎn)電子控制系統(tǒng)是在車輪出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)時，通過對滑轉(zhuǎn)車輛施以制動力或控制發(fā)動機的動力輸出來抑制車輪的滑轉(zhuǎn)，以避免汽車牽引力和行駛穩(wěn)定性的下降[1]。

在制動腳閥與制動氣室之間安裝有繼動閥與ABS調(diào)節(jié)器，通常情況下安裝一個繼動閥與兩個ABS調(diào)節(jié)器。繼動閥的作用是縮短儲氣筒與制動氣室之間管路的長度，加快制動速度，解除制動時又能起到快放的作用，使壓縮空氣能迅速排氣。ABS調(diào)節(jié)器的作用是根據(jù)電控單元中央ECU的指令，對制動氣室的壓力進行控制和調(diào)節(jié)，以達到調(diào)節(jié)控制制動力的目的，使車輪處于最佳附著運動狀態(tài)。但在實際裝車及實車管路布置過程中，繼動閥與ABS調(diào)節(jié)器之間需要用管路進行連接，增加管路長度的同時，延遲制動系統(tǒng)的響應(yīng)時間及釋放時間。本ASR集成閥方案的初衷就是解決繼動閥、ABS調(diào)節(jié)器、ASR電磁閥、雙通單向閥之間的管路連接問題，同時優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、減輕產(chǎn)品質(zhì)量，使上述5個產(chǎn)品優(yōu)化成一個集成閥產(chǎn)品，提升整車裝車效率，提升產(chǎn)品的響應(yīng)時間及釋放時間，節(jié)約加工制造成本，方便整車裝車及后續(xù)維修檢測[2]。

2 項目背景

2.1國外研究現(xiàn)狀
伴隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，商用車在經(jīng)濟發(fā)展中起到不可替代的作用。在商用車制動系統(tǒng)中，驅(qū)動防滑系統(tǒng)ASR已成為每個商用車的標(biāo)準(zhǔn)配置。繼動閥作為商用車制動系統(tǒng)的執(zhí)行元件，起到縮短進氣響應(yīng)時間，加快排氣速度的作用。目前國外相關(guān)產(chǎn)品中采用的技術(shù)是將繼動閥與兩個ABS調(diào)節(jié)器用兩個連接螺柱、四個連接螺母進行密封連接后，作為繼動閥與兩個ABS調(diào)節(jié)器的集成設(shè)計。與ASR電磁閥、雙通單向閥之間還僅僅是靠氣管路接頭進行連接，未能做到進一步集成。代表公司主要有美國的威伯科、德國的克諾爾。

2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國是經(jīng)濟大國，是世界第二大經(jīng)濟體，國內(nèi)商用車保有量每年不斷遞增。制動系統(tǒng)是商用車的重要組成部分，繼動閥與ABS調(diào)節(jié)器得到了大量的使用。繼動閥與ABS調(diào)節(jié)器配合使用已經(jīng)十分成熟，并且應(yīng)用靈活。結(jié)合ABS輪速傳感器的繼動閥與ABS可以根據(jù)車型、車橋布局不同，實現(xiàn)4S/4M、4S/2M、6S/6M等多種控制方式，以合理的技術(shù)設(shè)計保障行車安全。

繼動閥與ABS調(diào)節(jié)器配合使用雖然應(yīng)用十分廣泛，但各大主機廠在整車制動系統(tǒng)管路布置過程中，具體產(chǎn)品位置布局卻不盡相同。如有些在繼動閥與兩個ABS調(diào)節(jié)器之間采用氣管進行連接，這樣不但增加了管路的復(fù)雜程度，也降低了系統(tǒng)制動性能。有些采用兩個連接螺柱、四個連接螺母進行密封連接后，雖然產(chǎn)品布局集中了，但連接后的產(chǎn)品體積較大，在汽車底盤安裝位置上有很大的局限性。并且后期售后對單個ABS調(diào)節(jié)器或繼動閥的拆裝維修也不方便，增加了維修成本。ASR系統(tǒng)采用1個繼動閥、2個ABS調(diào)節(jié)器、1個雙通單向閥及1個ASR電磁閥組成，ASR系統(tǒng)安裝于后輪驅(qū)動橋。國內(nèi)目前將ASR系統(tǒng)中的這5個產(chǎn)品在整車出廠裝配時，分別獨立安裝于5個位置，安裝過程較為煩瑣，而且不便于后續(xù)的檢修，維護成本較高。

將繼動閥與2個ABS調(diào)節(jié)器、1個雙通單向閥及1個ASR電磁閥集成在一起，形成ASR集成閥。該ASR集成閥具備ABS及ASR功能，省去了中間管路（如連接螺柱、連接螺母、氣管等）的連接，減輕了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使系統(tǒng)更安全、可靠。因為體積小，上述集成產(chǎn)品在管路中的安裝位置有更多的選擇性。

3 ASR防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究

ASR是驅(qū)動防滑系統(tǒng)，是ABS系統(tǒng)的延伸。它是通過調(diào)節(jié)驅(qū)動車輪的驅(qū)動力對驅(qū)動車輪的滑轉(zhuǎn)進行控制的一套電子控制裝置。有些車輛稱該系統(tǒng)為牽引力控制系統(tǒng)。ASR在技術(shù)上與ABS比較接近，部分軟件及硬件可以共用。

3.1 ASR系統(tǒng)的作用

3.1.1 防止汽車驅(qū)動輪在加速時出現(xiàn)打滑

當(dāng)汽車行駛在惡劣路面或復(fù)雜路面條件下，特別是由于下雨、下雪、結(jié)冰等而摩擦力較小的特殊路面上，汽車加速時ASR能將車輪的滑轉(zhuǎn)率控制在一定范圍內(nèi)，從而防止驅(qū)動輪在加速時出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，減少類似制動時出現(xiàn)的危險狀況[3]。

3.1.2 提高汽車的行駛穩(wěn)定性

行駛在易滑的路面上，沒有ASR的汽車加速時容易出現(xiàn)驅(qū)動打滑，如果是后驅(qū)動的車輛容易甩尾，如果是前驅(qū)動的車輛容易方向失控。有ASR時，汽車在加速時就不會有或能夠減輕這種現(xiàn)象。在轉(zhuǎn)彎時，如果發(fā)生驅(qū)動輪打滑會導(dǎo)致整個車輛向一側(cè)偏移，當(dāng)有ASR時就會使車輛沿著正確的路線轉(zhuǎn)向。

3.2 ASR系統(tǒng)的工作原理

多數(shù)商用車制動系統(tǒng)均按雙管路制動系統(tǒng)布置，在商用車雙管路制動系統(tǒng)中，主要有空壓機、空氣處理單元、儲氣筒、制動總閥、制動手閥、繼動閥、ABS調(diào)節(jié)器、前橋制動氣室、后橋制動氣室、輪速傳感器及掛車閥等。要增加ASR功能，則需要增加ASR電磁閥及雙通單向閥。安裝有ASR系統(tǒng)的商用車制動系統(tǒng)管路，如圖1所示。

圖1 ASR系統(tǒng)管路（ASR閥集成前）

雙通單向閥的作用是將來自制動總閥輸出口的氣壓，與來自ASR電磁閥輸出口的氣壓進行阻斷。當(dāng)進行行車制動時，司機踩下制動總閥，來自2號儲氣筒的氣壓經(jīng)過制動總閥輸出口、繼動閥、ABS調(diào)節(jié)器及前橋制動氣室進行制動；另一氣路為來自1號儲氣筒的氣壓經(jīng)過制動總閥輸出口、雙通單向閥、繼動閥、ABS調(diào)節(jié)器及后橋制動所室進行制動。由于雙通單向閥的設(shè)置，經(jīng)過雙通單向閥的氣壓不會經(jīng)過ASR電磁閥的排氣口排出，以確保后橋制動氣室順利減壓，完成行車制動。

圖2 ASR的工作原理

如圖2所示，汽車行駛過程中，輪速傳感器將驅(qū)動車輪的轉(zhuǎn)速及非驅(qū)動車輪的轉(zhuǎn)速變?yōu)殡娦盘栞斔徒oASR控制單元，ASR控制單元根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速計算驅(qū)動車輪的滑移率。如果滑移率超出了目標(biāo)范圍，ASR控制單元則綜合各方面參數(shù)選擇控制方式。首先通過控制發(fā)動機的輸出功率，使其輸出轉(zhuǎn)矩減小，驅(qū)動輪驅(qū)動力隨之下降。若驅(qū)動車輪的滑移率仍未降到設(shè)定的控制范圍內(nèi)，ASR控制單元會控制ABS壓力調(diào)節(jié)器，對驅(qū)動車輪施加一定的制動力，從而使驅(qū)動車輪的滑移率控制在目標(biāo)范圍內(nèi)[4]。

3.3 ASR集成閥優(yōu)化

如圖1所示，在后橋的ASR系統(tǒng)中，ASR工作閥由1個繼動閥、2個ABS調(diào)節(jié)器、1個ASR電磁閥及1個雙通單向閥，共計5個獨立產(chǎn)品組成一個ASR工作閥組。各獨立產(chǎn)品之間采用連接氣管進行連接。這樣不僅增加了連接接頭的數(shù)量，同時也增加了系統(tǒng)布置成本。增加中間連接管路的布置后，延長了上述5個產(chǎn)品之間連接的通道長度。在車輛正常行駛過程中進行行車制動時，中間管路的增長，會延長雙通單向閥至繼動閥、ABS調(diào)節(jié)器、后橋制動氣室的減壓響應(yīng)時間。同時也會延遲ASR工作閥組中繼動閥的釋放時間，降低制動性能[5]。

本輕量化的ASR系統(tǒng)集成閥，將ASR電磁閥與雙通單向閥設(shè)計在一個軸線區(qū)域，并對雙通單向閥進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，以適應(yīng)集成方案的設(shè)計；對ABS調(diào)節(jié)器進行的鐵芯方向進行了重新設(shè)計布局，減小了長度方向尺寸；對ABS調(diào)節(jié)器的壓鑄鋁殼體進行了優(yōu)化，采用塑料材質(zhì)，縮短了氣路布置的長度，進一步減輕了產(chǎn)品總成的質(zhì)量，促進了整車輕量化和節(jié)能環(huán)保。ASR閥集成前與集成后的效果，如圖3所示。

圖3 ASR集成閥

如圖3所示，ASR集成閥集成前與集成后效果一目了然，集成后的ASR集成閥不僅減少了中間管路的連接，而且5個產(chǎn)品優(yōu)化為1個產(chǎn)品，提高了整車廠的裝配效率，方便后續(xù)產(chǎn)品的維護、檢修。集成后的ASR管路如圖4所示。

圖4 ASR系統(tǒng)管路（ASR閥集成后）

而且，本ASR集成閥集成后還預(yù)留了很多輸出口，如輸出口23、輸出口24等。這些輸出口在圖4的ASR系統(tǒng)管路中處于封堵狀態(tài)。若ASR系統(tǒng)向4S/4M系統(tǒng)開放，則可將輸出口23、輸出口24直接連接到對應(yīng)的后橋制動氣室。若需要實現(xiàn)6S/6M系統(tǒng)，則將輸出口25、輸出口26啟用，并將輸出管路連接到對應(yīng)的外接ABS調(diào)節(jié)器并輸出至制動氣室。集成后的ASR集成閥原理，如圖5所示。

圖5 ASR集成閥原理

4 結(jié)束語

在商用車日益發(fā)展的今天，節(jié)能環(huán)保是各大主機廠在研發(fā)新車型或?qū)宪囆瓦M行優(yōu)化的大方向。作為汽車制動系統(tǒng)零部件設(shè)計開發(fā)要員，應(yīng)不斷提升產(chǎn)品自身性能，開發(fā)出更多輕量化、集成化的產(chǎn)品。該文針對ASR集成閥的開發(fā)經(jīng)驗與各位讀者一起分享，也是希望眾多設(shè)計開發(fā)人員共同努力，為我國商用車制動系統(tǒng)零部件發(fā)展貢獻一些力量。

參考文獻：

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[2]唐艷霞.ANSYS Workbench 2020有限元分析[M].北京:電子工業(yè)出版社,2020:67.
[3]史延濤,余樂樂,江祖河,等.一種防抱死防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng):201720750287.9[P].2017-06-26.
[4]史延濤,李傳武,王鮮艷,等.一種多通道集成式ABS后橋制動模塊:201620938262.7[P].2016-08-24.
[5]史延濤,楊柳,李傳武.一種用于氣制動防抱系統(tǒng)的集成閥:201720020576.3[P].2017-01-09.

END

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