汽車的轉向與制動控制目前一頁\總數五十四頁\編于二十三點4.1汽車轉向系統概述轉向系統的作用與相關要求

用來改變或保持汽車行駛或倒退方向的一系列裝置稱為汽車轉向系統（AutomobileSteeringSystem，圖6-1）。目前二頁\總數五十四頁\編于二十三點為確保行車安全，對轉向系統有如下要求：①轉向系統應工作可靠，操縱輕便。②對輕微的路面沖擊，轉向系統應有自動回正能力。③轉向機構應能減小地面傳到方向盤上的沖擊，并保持適當的“路感”。④當汽車發生碰撞時，轉向裝置應能減輕或避免對駕駛員的傷害。轉向系統的分類

汽車轉向系統可按轉向的能源不同分為機械轉向系統（Mechanicalsteeringsystem）和動力轉向系統（Powersteeringsystem）兩類。

目前三頁\總數五十四頁\編于二十三點

其中電控動力轉向系統可以在低速時減輕轉向操作力，以提高轉向系統的操縱輕便性；在高速時則可適當加重轉向力，以提高操縱穩定性。四輪轉向系統的應用，在提高汽車轉向操縱穩定性的同時，能顯著縮短轉彎半徑，提高車輛的彎道通過性能。目前四頁\總數五十四頁\編于二十三點4.2機械轉向系統1）機械轉向系統機械轉向系統所需轉向操縱力完全由駕駛員提供，轉向器作為一種增力裝置，對駕駛員的操縱力按一定比例進行放大，以獲得足夠大的力矩使轉向輪偏轉。轉向輪的高靈敏性，要求轉向器具有較小的傳動比；而好的操縱輕便性則要求轉向器具有較大的傳動比。但是由于轉向器的傳動比是固定的，所以這兩個要求是矛盾的。傳統機械轉向系統的設計，主要是通過選擇最佳轉向器速比曲線等措施來協調這一矛盾的。目前五頁\總數五十四頁\編于二十三點2）動力轉向系統對于重型汽車和車速較高的轎車，機械轉向系統很難滿足轉向的靈敏性和操作的輕便性兩方面的要求。因此，對于軸荷重的中、重型車和廣泛應用低壓輪胎的轎車，為了轉向操縱輕便和提高高速行駛的安全性，已較為廣泛的使用動力轉向系統。動力轉向系統是在傳統機械轉向系統的基礎上假設一套轉向加力裝置而形成的，駕駛員能輕松地控制轉向。按傳力介質的不同，動力轉向系統可以分為液壓動力轉向、氣壓動力轉向、電動式動力轉向三大類。按控制的方式不同，動力轉向系統可分為機械控制式和電控式兩種。電控式根據動力源不同又分為電控液壓式動力轉向系統（EHPS）和電控式動力轉向系統（EPS）目前六頁\總數五十四頁\編于二十三點

4.3汽車電控動力轉向系統動力轉向系統1.液壓式動力轉向系統的組成

為使汽車操縱輕便及行駛安全，目前轎車、載重汽車、客車大多采用液壓轉向助力器，構成液壓式動力轉向系統（Hydraulicpowersteeringsystem，略作HPS）。

液壓式動力轉向系統結構示意圖

目前七頁\總數五十四頁\編于二十三點電控動力轉向系統1.電控動力轉向系統的組成

電子控制動力轉向（ElectronicControlPowerSteering，EPS）系統在低速行駛時可使轉向輕便、靈活；當汽車在中高速區域轉向時，又能保證提供最優的動力放大倍率和穩定的轉向手感，從而提高了高速行駛的操縱穩定性。圖6-5電控動力轉向系統目前八頁\總數五十四頁\編于二十三點2.電控動力轉向系統的分類

根據動力源的不同，電子控制動力轉向系統可分為液壓式電子控制動力轉向系統（液壓式EPS）和電動式電子控制動力轉向系統（電動式EPS）。

液壓式EPS在傳統的液壓動力轉向系統的基礎上增設了控制液體流量的電磁閥、車速傳感器和ECU等，ECU根據檢測到的車速信號，控制電磁閥，使轉向動力放大倍率實現連續可調，從而滿足汽車在中、低速時的轉向助力要求。

電動式EPS是利用直流電動機作為動力源，ECU根據轉向參數和車速等信號，控制電動機轉矩的大小和方向。

電動機的轉矩由電磁離合器通過減速機構減速增加轉矩后，加在汽車的轉向機構上，使之得到一個與工況相適應的轉向作用力。目前九頁\總數五十四頁\編于二十三點3.電控動力轉向系統的特點

為滿足現代汽車對轉向系統的要求，電控動力轉向系統具有以下特點。①良好的隨動性：即方向盤與轉向輪之間具有準確的——對應關系，同時能保證轉向輪可維持在任意轉向角位置。②有高度的轉向靈敏度：即轉向輪對方向盤具有靈敏的響應。③良好的穩定性：即具有很好的直線行駛穩定性和轉向自動回正能力。④助力效果能隨車速變化和轉向阻力的變化作相應的調整：低速時，有較大的助力效果，以克服路面的轉向阻力；中、高速時，要有適當的路感，以避免因轉向過輕（方向盤“發飄”）而發生事故。目前十頁\總數五十四頁\編于二十三點4.4電動式電控動力轉向系統電動式電控動力轉向系統概述1.電動式EPS的組成

圖6-10電動式EPS的組成1-方向盤；2-輸入軸（轉向軸）；3-ECU；4-電動機；5-電磁離合器；6-轉向齒條；7-橫拉桿；8-轉向車輪；9-輸出軸；10-扭力桿；11-轉矩傳感器；12-轉向齒輪目前十一頁\總數五十四頁\編于二十三點4.5電控四輪轉向系統電控四輪轉向系統概述

目前，絕大多數汽車都是以兩個前輪作為轉向車輪，這樣的轉向系統稱為兩輪轉向系統（Two-wheelsteering，略作2WS）。

為了使汽車具有更好的彎道通過性和操縱穩定性，一些汽車在后橋上也安裝了轉向系統，前后左右四個車輪均為轉向車輪，這樣的轉向系統稱為四輪轉向系統（Four-wheelsteering或all-wheelsteering，略作4WS）。

汽車采用四輪轉向（4WS）系統的目的是：在汽車低速行駛時，依靠逆向轉向（前、后車輪的轉角方向相反）獲得較小的轉向半徑，改善汽車的操縱性；在汽車以中、高速行駛時，依靠同向轉向（前、后車輪的轉角方向相同）減小汽車的橫擺運動，使汽車可以高速變換行進路線，提高轉向時的操縱穩定性。目前十二頁\總數五十四頁\編于二十三點4WS轉向系統的一般布置形式1-車速傳感器；2-方向盤轉角傳感器；3-車輪轉速傳感器；4-后輪轉向執行機構；5-后輪轉角傳感器（a）2WS車（b）4WS車低速轉向時的行駛軌跡目前十三頁\總數五十四頁\編于二十三點（a）2WS車

（b）4WS車中、高速轉向時的操縱性比較目前十四頁\總數五十四頁\編于二十三點轉向角比例控制式4WS系統

所謂轉向角比例控制，是指使后輪的偏轉方向在低速區與前輪的偏轉方向相反，在高速區與前輪的偏轉方向相同，并同時根據方向盤轉向角度和車速情況控制后輪與前輪偏轉角度比例。轉向角比例控制式四輪轉向系統的構成目前十五頁\總數五十四頁\編于二十三點偏置軸與轉向樞軸的工作原理目前十六頁\總數五十四頁\編于二十三點2.系統的主要控制功能1）轉向控制方式的選擇

當通過2WS選擇開關選擇2WS方式時，ECU控制4WS轉換器使后輪在任何車速下的轉向角為零，這是為習慣于前輪轉向的駕駛人設置的；在4WS方式下，駕駛員還可根據駕駛習慣和行駛情況通過4WS轉換開關進行NORM工況與SPORT工況的變換，對后輪轉向角比例控制特性進行選擇。2）轉向角比例控制

當選定4WS方式時，ECU根據車速信號和轉向角比例傳感器信號，計算車速與轉向角的實際數值，控制4WS轉換器電動機調節后輪轉向角控制比例。3）安全保障功能

當轉向控制系統發生故障時，4WS故障警告燈將點亮，并在ECU中記憶故障部位，同時，后備系統實施以下控制。目前十七頁\總數五十四頁\編于二十三點①當4WS轉換器主電動機發生故障時，ECU驅動輔助電動機工作，使后輪以NORM模式與前輪作同向轉向運動，并根據車速進行轉向角比例控制。②當車速傳感器發生故障時，ECU取SP1和SP2兩個車速傳感器中輸出車速信號高的為依據，控制4WS轉換器主電動機僅進行同向轉向的轉向角比例控制。③當轉向角比例傳感器發生故障時，ECU驅動4WS轉換器輔助電動機使后輪處于與前輪同向轉向最大值，并終止轉向角比例控制。如果輔助電動機發生故障，則通過驅動主電動機完成這一控制。④當ECU出現異常時，4WS輔助電動機驅動后輪至與前輪同向轉向最大值位置，以避免后輪處于反向運動狀態，并終止轉向角比例控制。當后輪處于與前輪同向轉向狀態時，后輪的最大轉向角很小，且有利于確保高速轉向時的方向穩定性。目前十八頁\總數五十四頁\編于二十三點橫擺角速度比例控制式4WS系統

橫擺角速度比例控制是一種能根據檢測出的車身橫擺角速度來控制后輪轉向量的控制方法。

它與轉向角比例控制相比，具有兩方面優點：一是它可以使汽車的車身方向從轉向初期開始就與其行進方向保持高度一致；二是它可以通過檢測車身橫擺角速度感知車身的自轉運動。

因此，即使有外力（如橫向風等）引起車身自轉，也能馬上感知到，并可迅速通過對后輪的轉向控制來抑制自轉運動。1.系統組成橫擺角速度比例控制式4WS系統的組成如6-25所示。目前十九頁\總數五十四頁\編于二十三點1）前輪轉向機構圖6-26前輪轉向機構1-方向盤；2-齒輪齒條副；3-液壓油缸；4-齒條端部；5-控制齒條；6-前帶輪；7-轉角傳動拉索；8-彈簧；9-帶輪傳動組件目前二十頁\總數五十四頁\編于二十三點2）后輪轉向機構

圖6-27后輪轉向機構1-后帶輪；2-凸輪推桿；3-襯套；4-滑閥；5-主動齒輪；6-脈動電動機；7-從動齒輪；8-閥控制桿；9-液壓缸右室；l0、12-功率活塞；11-液壓缸軸；13-液壓缸左室；14-彈簧；15-閥套筒；16-控制凸輪目前二十一頁\總數五十四頁\編于二十三點2.控制原理1）后輪轉角控制

方向盤轉角與后輪轉角的關系如圖6-28所示。圖6-28中的后輪轉角特性是由機械轉向與電動轉向特性合成后得到的。圖6-28方向盤轉角與后輪轉角之間的關系目前二十二頁\總數五十四頁\編于二十三點①大轉角控制（機械式轉向）。圖6-29大轉角控制原理1-前帶輪；2-滑閥；3-支點A；4-閥控制桿；5-液壓缸軸；6-功率活塞；7-閥套筒；8-控制凸輪目前二十三頁\總數五十四頁\編于二十三點②小轉角控制（電控轉向）。

（a）閥控制桿的運動（b）整體的運動

圖6-30小轉角控制原理

1-閥套筒；2-滑閥；3-支點A；4-從動齒輪；5-閥控制桿目前二十四頁\總數五十四頁\編于二十三點二、汽車的制動控制

汽車的制動分為行車制動、駐車制動和應急制動。本節主要介紹現代汽車的行車制動控制。1.汽車的制動性能及其評價指標汽車的制動性能是指汽車以一定速度行駛時，能在規定的距離內停車并維持穩定的行駛方向，以及在長下坡過程中能持續維持一定車速和駐留原地的能力。制動性能是汽車的重要使用性能和安全性能，以下從三個方面對其進行評價。目前二十五頁\總數五十四頁\編于二十三點（1）制動效能，及以一定初速度制動時獲得的制動距離或制動減速度。（2）制動效能的恒定性，即抗衰退性，包括長時間制動抗熱衰退性和涉水后抗水衰退性。（3）制動時汽車的方向穩定性，即抗跑偏、抗側滑和保持轉向能力的穩定性。一般通過改進制動系結構、選取恰當的摩擦材料，可提高制動效能及其恒定性，制動方向穩定主要通過前后軸制動力的變分配來改善。目前二十六頁\總數五十四頁\編于二十三點2、汽車的制動原理目前二十七頁\總數五十四頁\編于二十三點3、汽車制動系統的組成及分類目前二十八頁\總數五十四頁\編于二十三點4汽車防抱死制動系統

在車輛制動時如果車輪抱死滑移，則車輪與路面間的側向附著能力將完全喪失。防抱死制動系統（Anti-1ockBrakingSystem，ABS）的設計目的，就是在汽車制動過程中，不論道路情況如何，始終將車輪滑移率控制在20％左右，從而保證車輛能獲得最佳的制動性能和轉向操縱性能。4.1防抱死制動系統的功能和分類（1）汽車制動時的車輪運動分析

汽車在制動過程中，當制動器制動力大于輪胎-道路附著力時，車輪就會抱死滑移。只有汽車具有足夠的制動器制動力，同時地面又能提供較大的附著力時，汽車才能獲得良好的制動效果。目前二十九頁\總數五十四頁\編于二十三點

輪胎滑移的程度用滑移率S來表示。車輪滑移率是指實際車速v與車輪速度vw之差同實際車速v的比值，其表達式為S=

式中，S為車輪滑移率；v為車速(車輪中心縱向速度，m/s)；vw為車輪速度(車輪瞬時圓周速度，vw=rw，m/s)；r為車輪半徑(m)；w為車輪轉動角速度(rad/s)。當v=vw時，滑移率S=0，車輪自由滾動；當vw=0時，滑移率S=100%，車輪完全抱死滑移；當v＞vw時，滑移率0＜S＜100%，車輪既滾動又滑移。滑移率越大，車輪滑移程度越大。目前三十頁\總數五十四頁\編于二十三點圖4-1附著系數與滑移率的關系(虛線與實線標注的上下順序一一對應)φB—縱向附著系數；φS—橫向附著系數；S—滑移率目前三十一頁\總數五十四頁\編于二十三點

橫向附著系數是研究汽車行駛穩定性的重要指標之一。橫向附著系數越大，汽車制動時的方向穩定性和保持轉向控制的能力越強。

當滑移率為零時，橫向附著系數最大；隨著滑移率的增加，橫向附著系數逐漸減小。當車輪抱死時，橫向附著系數接近于零，汽車將失去方向穩定性和轉向控制能力，其危害極大。

如果前輪抱死，雖然汽車能沿直線向前行駛，但是失去轉向控制能力。由于前輪維持轉彎運動能力的橫向附著力喪失，因此，汽車仍將按原行駛方向滑行，可能沖入其他車道與車輛相撞或沖出路面與障礙物相撞而發生惡性交通事故。

（a）前輪防滑控制（b）后輪防滑控制有無ABS的比較（藍車無ABS，灰車有ABS）目前三十二頁\總數五十四頁\編于二十三點

如果后輪抱死，汽車的制動穩定性就會變差，抵抗橫向外力的能力很弱，后輪稍有外力(如側向風力或地面障礙物阻力)作用就會發生側滑(甩尾)，甚至出現調頭(即突然出現180°轉彎)等危險現象，如圖4-3（b）所示。

（a）前輪防滑控制（b）后輪防滑控制有無ABS的比較（藍車無ABS，灰車有ABS）

綜上所述，為了獲得最佳制動效能和制動時的方向穩定性，應將車輪滑移率控制在最佳滑移率范圍（20%左右）內。因此，通過采用ABS，使汽車在制動過程中自動調節車輪的制動力，防止車輪抱死滑移，從而縮短制動距離，提高方向穩定性，增強轉向控制能力，減少交通事故的發生。目前三十三頁\總數五十四頁\編于二十三點4.2防抱死制動系統的作用

防抱死制動系統能防止汽車在常規制動過程中由于車輪完全抱死而出現的后軸側滑、前輪喪失轉向能力等現象，從而充分發揮輪胎與路面間的潛在附著力，最大限度地改善汽車的制動性能，以提高汽車在制動過程中的方向穩定性和轉向操縱能力，從而滿足行車安全的需要。ABS的作用

目前歐、美、日、韓等國家和地區的汽車使用最多的ABS的品牌有德國的博世（Bosch）、德國戴維斯公司的坦孚（TEVES），另外還有美國德爾科公司（Delco）、美國本迪克斯公司（BENDIX）等。目前三十四頁\總數五十四頁\編于二十三點4.3ABS的控制方式分類1）四通道控制方式

為了對四個車輪的制動壓力進行獨立控制，在每個車輪上各安裝一個轉速傳感器，并在通往各制動輪缸的制動管路中各設置一個制動壓力調節分裝置（通道）。

對應于雙制動管路的H型（前后）或X型（對角）兩種布置形式，四通道ABS也有兩種布置形式，如圖4-5所示。使用四通道控制方式的常見車型有：奧迪（前輪驅動）、紅旗轎車、廣州本田（X型）。（a）前后布置（b）對角線布置圖4-5四通道控制方式目前三十五頁\總數五十四頁\編于二十三點2）三通道控制方式

四輪ABS大多為三通道系統，而三通道系統都是對兩前輪的制動壓力進行單獨控制，對兩后輪的制動壓力按低選原則一同控制。使用三通道控制方式的常見車型有：桑塔納2000GSi、北京切諾基等。圖4-6三通道控制方式（a）四傳感器對角線布置（b）四傳感器前后布置（c）三傳感器前后布置目前三十六頁\總數五十四頁\編于二十三點3）雙通道控制方式（a）前后布置（b）對角線布置圖4-7雙通道控制方式

由于雙通道ABS難以在方向穩定性、轉向操縱能力和制動距離等方面得到兼顧，所以目前很少被采用。4）單通道控制方式

單通道ABS一般對兩后輪按低選原則一同控制，其主要作用是提高汽車制動時的方向穩定性。單通道ABS具有結構簡單、成本低的優點，因此在輕型貨車上得到廣泛應用。單通道控制方式目前三十七頁\總數五十四頁\編于二十三點4.4防抱死制動系統的組成圖4-9典型的汽車ABS系統組成1-前輪轉速傳感器；2-制動壓力調節器；3-ABS電控單元；4-ABS警告燈；5-后輪轉速傳感器；6-制動燈開關；7-制動主缸；8-比例分配閥；9-制動輪缸；10-蓄電池；11-點火開關目前三十八頁\總數五十四頁\編于二十三點5汽車牽引力控制系統5.1牽引力控制系統概述1.汽車牽引力控制系統的作用

汽車牽引力控制系統（TractioncontrolSystem，TRC。也可略作TCS）是繼防抱死制動系統之后應用于車輪防滑的電子控制系統，其功用是防止汽車在起步、加速時和在滑溜路面行駛時的驅動輪滑轉。故有些汽車公司也將該技術稱為驅動防滑系統(AccelerationSlipRegulation,ASR)。

當車輪轉動而車身不動或是汽車的速度低于轉動車輪的輪緣速度時，輪胎與地面之間就有相對的滑動，這種滑動稱為“滑轉”。

汽車防滑控制系統可以在車輪出現滑轉時，通過對滑轉車輪施以制動力或控制發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定性下降。目前三十九頁\總數五十四頁\編于二十三點車輛在低附著系數路面（冰雪、濕滑、泥濘路面）上加速起步時，裝備TRC的汽車可以很好地沿著既定車道行駛，而未裝備TRC的汽車則很容易出現甩尾、側滑等現象。圖4-31TRC的作用2.TRC與ABS的比較ABS和TRC都是用來控制車輪相對地面的滑動，以提高車輪與地面之間的附著力。但ABS控制的是汽車制動時車輪的“滑移”，主要用來提高汽車的制動效能和制動時的方向穩定性；而TRC是控制汽車行駛時的驅動車輪“滑轉”，用于提高汽車起步、加速及在滑溜路面行駛時的牽引力和確保行駛穩定性。

一般在車速很低（小于8km／h）時ABS不起作用，而TRC一般在車速很高（大于80km／h）時不起作用。目前四十頁\總數五十四頁\編于二十三點3.TRC系統的控制方式1）發動機輸出轉矩控制

通常采用三種控制方法進行發動機轉矩控制：一是節氣門開度調節，即在發動機原節氣門的基礎上，串聯一個副節氣門，或者直接安裝電子節氣門，由ASR系統或發動機控制系統控制其開度；二是減少或切斷噴油量；三是減小點火提前角。圖4-32發動機輸出轉矩控制目前四十一頁\總數五十四頁\編于二十三點2）對驅動輪進行制動控制

通過對單邊滑轉的驅動車輪施加適當的制動力，使兩側驅動輪同步轉動并限制其滑轉率。3）差速器鎖止控制

對差速器進行鎖止時，可以使左右驅動輪的輸入轉矩不同，差速器鎖止控制就是基于這一原理，根據路面情況和鎖止比把滑移率控制在某一范圍內。圖4-33差速器鎖止控制目前四十二頁\總數五十四頁\編于二十三點4.TRC的工作原理圖4-34雷克薩斯LS400TRC的工作原理目前四十三頁\總數五十四頁\編于二十三點5牽引力控制系統的結構組成1.TRC部件的組成圖4-35TRC部件配置圖目前四十四頁\總數五十四頁\編于二十三點6TRC執行器的工作過程LS400TRC液壓控制系統如圖4-45所示。TRC液壓控制系統中蓄壓器切斷電磁閥的作用是在TRC系統工作時，將來自蓄壓器的液壓傳送至盤式制動分泵；總泵切斷電磁閥當蓄壓器中的液壓被傳送至盤式制動分泵時，阻止制動液流回到總泵；儲液室切斷電磁閥在TRC系統工作時，使制動液從盤式制動分泵流回至總泵儲液室。目前四十五頁\總數五十四頁\編于二十三點6電子制動力分配與輔助制動系統6.1電子制動力分配系統電子制動力分配系統（ElectricBrake-forceDistribution，EBD）能夠根據車輛載荷（空載、滿載）、道路附著條件和制動強度等因素的變化情況，自動調節前、后軸的制動力分配比例，提高制動效能（在一定程度上可以縮短制動距離），并配合ABS提高制動穩定性。圖4-53EBD對前/后車輪制動力的動態調節目前四十六頁\總數五十四頁\編于二十三點圖4-54EBD對前/后/左/右四個車輪制動力的動態調節目前四十七頁\總數五十四頁\編于二十三點EBD實際上是ABS的輔助功能，它可以提高ABS的功效，所以在安全指標上，汽車的性能又多了“ABS＋EBD”。由圖4-55可以直觀地看出“ABS＋EBD”的功效。

在德國車系（如AUDI）中，習慣以德文ElectronischeBremsenkraftVerteiler來表述電子制動力分配系統，并略作EBV。因此，在汽車技術資料中，經