本文首發(fā)《汽車測試報告》，由作者授權本公眾號發(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)應運而生。在滿足系統(tǒng)功能的同時，這些系統(tǒng)的應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)的響應時間及釋放時間等性能，同時還要減少汽車管路布置的復雜程度，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。該文結合ABS系統(tǒng)集成閥總成的效果，做詳細討論。

關鍵詞：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的汽車加速時驅動輪容易打滑。若后驅動輪打滑，車輛容易甩尾；若前驅動打滑，車輛方向易產(chǎn)生失控。

驅動防滑系統(tǒng)ASR，全稱是Acceleration Slip Regulation，也叫牽引力控制系統(tǒng)。當車輪轉動而車身不動或是汽車的移動速度低于轉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”，區(qū)別于汽車制動時車輪抱死而產(chǎn)生的車輪“拖滑”。驅動車輪的滑轉，同樣會使車輪與地面的附著力下降。汽車防滑轉電子控制系統(tǒng)是在車輪出現(xiàn)滑轉時，通過對滑轉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，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調節(jié)器，通常情況下安裝一個繼動閥與兩個ABS調節(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節(jié)，以達到調節(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)品結構、減輕產(chǎn)品質量，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，驅動防滑系統(tǒng)ASR已成為每個商用車的標準配置。繼動閥作為商用車制動系統(tǒng)的執(zhí)行元件，起到縮短進氣響應時間，加快排氣速度的作用。目前國外相關產(chǎn)品中采用的技術是將繼動閥與兩個ABS調節(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調節(jié)器的集成設計。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調節(jié)器得到了大量的使用。繼動閥與ABS調節(jié)器配合使用已經(jīng)十分成熟，并且應用靈活。結合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，以合理的技術設計保障行車安全。

繼動閥與ABS調節(jié)器配合使用雖然應用十分廣泛，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調節(jié)器之間采用氣管進行連接，這樣不但增加了管路的復雜程度，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)安裝于后輪驅動橋。國內目前將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)品質量，提高了系統(tǒng)的響應速度，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防滑轉系統(tǒng)關鍵技術的研究

ASR是驅動防滑系統(tǒng)，是ABS系統(tǒng)的延伸。它是通過調節(jié)驅動車輪的驅動力對驅動車輪的滑轉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 防止汽車驅動輪在加速時出現(xiàn)打滑

當汽車行駛在惡劣路面或復雜路面條件下，特別是由于下雨、下雪、結冰等而摩擦力較小的特殊路面上，汽車加速時ASR能將車輪的滑轉率控制在一定范圍內，從而防止驅動輪在加速時出現(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)驅動打滑，如果是后驅動的車輛容易甩尾，如果是前驅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。在轉彎時，如果發(fā)生驅動輪打滑會導致整個車輛向一側偏移，當有ASR時就會使車輛沿著正確的路線轉向。

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調節(jié)器及后橋制動所室進行制動。由于雙通單向閥的設置，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，輪速傳感器將驅動車輪的轉速及非驅動車輪的轉速變?yōu)殡娦盘栞斔徒oASR控制單元，ASR控制單元根據(jù)車輪轉速計算驅動車輪的滑移率。如果滑移率超出了目標范圍，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，使其輸出轉矩減小，驅動輪驅動力隨之下降。若驅動車輪的滑移率仍未降到設定的控制范圍內，ASR控制單元會控制ABS壓力調節(jié)器，對驅動車輪施加一定的制動力，從而使驅動車輪的滑移率控制在目標范圍內[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調節(jié)器、后橋制動氣室的減壓響應時間。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計在一個軸線區(qū)域，并對雙通單向閥進行了結構優(yōu)化設計，以適應集成方案的設計；對ABS調節(jié)器進行的鐵芯方向進行了重新設計布局，減小了長度方向尺寸；對ABS調節(jié)器的壓鑄鋁殼體進行了優(yōu)化，采用塑料材質，縮短了氣路布置的長度，進一步減輕了產(chǎn)品總成的質量，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的外接ABS調節(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)新車型或對老車型進行優(yōu)化的大方向。作為汽車制動系統(tǒng)零部件設計開發(fā)要員，應不斷提升產(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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