一种集成化轻量化ASR系统集成阀总成的研发

本文首发《汽车测试报告》，由作者授权本公众号发布。
 

摘要：随着汽车保有量的不断增加，为了确保驾驶员及车辆行车安全，ABS、ASR等系统应运而生。在满足系统功能的同时，这些系统的应用对汽车底盘管路的布置也提出了更高的要求。要求进一步提升制动系统的响应时间及释放时间等性能，同时还要减少汽车管路布置的复杂程度，便于后续安装与维修。同时，为了降低油耗、提升环保，需减轻产品质量。新一代集成化轻量化ABS系统集成阀总成的研发，具有集成化、轻量化、制动系统性能高、节能环保等优点。该文结合ABS系统集成阀总成的效果，做详细讨论。

关键词：ABS；ASR；制动系统；研发

作者简介：
史延涛，瑞立集团瑞安汽车零部件有限公司高级工程师，研究方向为车辆工程；
杨柳，瑞立集团瑞安汽车零部件有限公司高级工程师，研究方向为汽车零部件设计；
陈波，瑞立集团瑞安汽车零部件有限公司高级工程师，研究方向为车辆工程。

1 项目概况

大部分交通事故是由于车辆侧翻造成的，特别是大货车满载时，在雨天或冰雪路面，没有安装ASR的汽车加速时驱动轮容易打滑。若后驱动轮打滑，车辆容易甩尾；若前驱动打滑，车辆方向易产生失控。

驱动防滑系统ASR，全称是Acceleration Slip Regulation，也叫牵引力控制系统。当车轮转动而车身不动或是汽车的移动速度低于转动车轮的轮线速度时，车轮胎面与地面之间就有相对的滑动。这种滑动称为“滑转”，区别于汽车制动时车轮抱死而产生的车轮“拖滑”。驱动车轮的滑转，同样会使车轮与地面的附着力下降。汽车防滑转电子控制系统是在车轮出现滑转时，通过对滑转车辆施以制动力或控制发动机的动力输出来抑制车轮的滑转，以避免汽车牵引力和行驶稳定性的下降[1]。

在制动脚阀与制动气室之间安装有继动阀与ABS调节器，通常情况下安装一个继动阀与两个ABS调节器。继动阀的作用是缩短储气筒与制动气室之间管路的长度，加快制动速度，解除制动时又能起到快放的作用，使压缩空气能迅速排气。ABS调节器的作用是根据电控单元中央ECU的指令，对制动气室的压力进行控制和调节，以达到调节控制制动力的目的，使车轮处于最佳附着运动状态。但在实际装车及实车管路布置过程中，继动阀与ABS调节器之间需要用管路进行连接，增加管路长度的同时，延迟制动系统的响应时间及释放时间。本ASR集成阀方案的初衷就是解决继动阀、ABS调节器、ASR电磁阀、双通单向阀之间的管路连接问题，同时优化产品结构、减轻产品质量，使上述5个产品优化成一个集成阀产品，提升整车装车效率，提升产品的响应时间及释放时间，节约加工制造成本，方便整车装车及后续维修检测[2]。

2 项目背景

2.1国外研究现状
伴随着全球经济的快速发展，商用车在经济发展中起到不可替代的作用。在商用车制动系统中，驱动防滑系统ASR已成为每个商用车的标准配置。继动阀作为商用车制动系统的执行元件，起到缩短进气响应时间，加快排气速度的作用。目前国外相关产品中采用的技术是将继动阀与两个ABS调节器用两个连接螺柱、四个连接螺母进行密封连接后，作为继动阀与两个ABS调节器的集成设计。与ASR电磁阀、双通单向阀之间还仅仅是靠气管路接头进行连接，未能做到进一步集成。代表公司主要有美国的威伯科、德国的克诺尔。

2.2国内研究现状
我国是经济大国，是世界第二大经济体，国内商用车保有量每年不断递增。制动系统是商用车的重要组成部分，继动阀与ABS调节器得到了大量的使用。继动阀与ABS调节器配合使用已经十分成熟，并且应用灵活。结合ABS轮速传感器的继动阀与ABS可以根据车型、车桥布局不同，实现4S/4M、4S/2M、6S/6M等多种控制方式，以合理的技术设计保障行车安全。

继动阀与ABS调节器配合使用虽然应用十分广泛，但各大主机厂在整车制动系统管路布置过程中，具体产品位置布局却不尽相同。如有些在继动阀与两个ABS调节器之间采用气管进行连接，这样不但增加了管路的复杂程度，也降低了系统制动性能。有些采用两个连接螺柱、四个连接螺母进行密封连接后，虽然产品布局集中了，但连接后的产品体积较大，在汽车底盘安装位置上有很大的局限性。并且后期售后对单个ABS调节器或继动阀的拆装维修也不方便，增加了维修成本。ASR系统采用1个继动阀、2个ABS调节器、1个双通单向阀及1个ASR电磁阀组成，ASR系统安装于后轮驱动桥。国内目前将ASR系统中的这5个产品在整车出厂装配时，分别独立安装于5个位置，安装过程较为烦琐，而且不便于后续的检修，维护成本较高。

将继动阀与2个ABS调节器、1个双通单向阀及1个ASR电磁阀集成在一起，形成ASR集成阀。该ASR集成阀具备ABS及ASR功能，省去了中间管路（如连接螺柱、连接螺母、气管等）的连接，减轻了产品质量，提高了系统的响应速度，使系统更安全、可靠。因为体积小，上述集成产品在管路中的安装位置有更多的选择性。

3 ASR防滑转系统关键技术的研究

ASR是驱动防滑系统，是ABS系统的延伸。它是通过调节驱动车轮的驱动力对驱动车轮的滑转进行控制的一套电子控制装置。有些车辆称该系统为牵引力控制系统。ASR在技术上与ABS比较接近，部分软件及硬件可以共用。

3.1 ASR系统的作用

3.1.1 防止汽车驱动轮在加速时出现打滑

当汽车行驶在恶劣路面或复杂路面条件下，特别是由于下雨、下雪、结冰等而摩擦力较小的特殊路面上，汽车加速时ASR能将车轮的滑转率控制在一定范围内，从而防止驱动轮在加速时出现打滑现象，减少类似制动时出现的危险状况[3]。

3.1.2 提高汽车的行驶稳定性

行驶在易滑的路面上，没有ASR的汽车加速时容易出现驱动打滑，如果是后驱动的车辆容易甩尾，如果是前驱动的车辆容易方向失控。有ASR时，汽车在加速时就不会有或能够减轻这种现象。在转弯时，如果发生驱动轮打滑会导致整个车辆向一侧偏移，当有ASR时就会使车辆沿着正确的路线转向。

3.2 ASR系统的工作原理

多数商用车制动系统均按双管路制动系统布置，在商用车双管路制动系统中，主要有空压机、空气处理单元、储气筒、制动总阀、制动手阀、继动阀、ABS调节器、前桥制动气室、后桥制动气室、轮速传感器及挂车阀等。要增加ASR功能，则需要增加ASR电磁阀及双通单向阀。安装有ASR系统的商用车制动系统管路，如图1所示。

图1 ASR系统管路（ASR阀集成前）

双通单向阀的作用是将来自制动总阀输出口的气压，与来自ASR电磁阀输出口的气压进行阻断。当进行行车制动时，司机踩下制动总阀，来自2号储气筒的气压经过制动总阀输出口、继动阀、ABS调节器及前桥制动气室进行制动；另一气路为来自1号储气筒的气压经过制动总阀输出口、双通单向阀、继动阀、ABS调节器及后桥制动所室进行制动。由于双通单向阀的设置，经过双通单向阀的气压不会经过ASR电磁阀的排气口排出，以确保后桥制动气室顺利减压，完成行车制动。

图2 ASR的工作原理

如图2所示，汽车行驶过程中，轮速传感器将驱动车轮的转速及非驱动车轮的转速变为电信号输送给ASR控制单元，ASR控制单元根据车轮转速计算驱动车轮的滑移率。如果滑移率超出了目标范围，ASR控制单元则综合各方面参数选择控制方式。首先通过控制发动机的输出功率，使其输出转矩减小，驱动轮驱动力随之下降。若驱动车轮的滑移率仍未降到设定的控制范围内，ASR控制单元会控制ABS压力调节器，对驱动车轮施加一定的制动力，从而使驱动车轮的滑移率控制在目标范围内[4]。

3.3 ASR集成阀优化

如图1所示，在后桥的ASR系统中，ASR工作阀由1个继动阀、2个ABS调节器、1个ASR电磁阀及1个双通单向阀，共计5个独立产品组成一个ASR工作阀组。各独立产品之间采用连接气管进行连接。这样不仅增加了连接接头的数量，同时也增加了系统布置成本。增加中间连接管路的布置后，延长了上述5个产品之间连接的通道长度。在车辆正常行驶过程中进行行车制动时，中间管路的增长，会延长双通单向阀至继动阀、ABS调节器、后桥制动气室的减压响应时间。同时也会延迟ASR工作阀组中继动阀的释放时间，降低制动性能[5]。

本轻量化的ASR系统集成阀，将ASR电磁阀与双通单向阀设计在一个轴线区域，并对双通单向阀进行了结构优化设计，以适应集成方案的设计；对ABS调节器进行的铁芯方向进行了重新设计布局，减小了长度方向尺寸；对ABS调节器的压铸铝壳体进行了优化，采用塑料材质，缩短了气路布置的长度，进一步减轻了产品总成的质量，促进了整车轻量化和节能环保。ASR阀集成前与集成后的效果，如图3所示。

图3 ASR集成阀

如图3所示，ASR集成阀集成前与集成后效果一目了然，集成后的ASR集成阀不仅减少了中间管路的连接，而且5个产品优化为1个产品，提高了整车厂的装配效率，方便后续产品的维护、检修。集成后的ASR管路如图4所示。

图4 ASR系统管路（ASR阀集成后）

而且，本ASR集成阀集成后还预留了很多输出口，如输出口23、输出口24等。这些输出口在图4的ASR系统管路中处于封堵状态。若ASR系统向4S/4M系统开放，则可将输出口23、输出口24直接连接到对应的后桥制动气室。若需要实现6S/6M系统，则将输出口25、输出口26启用，并将输出管路连接到对应的外接ABS调节器并输出至制动气室。集成后的ASR集成阀原理，如图5所示。

图5 ASR集成阀原理

4 结束语

在商用车日益发展的今天，节能环保是各大主机厂在研发新车型或对老车型进行优化的大方向。作为汽车制动系统零部件设计开发要员，应不断提升产品自身性能，开发出更多轻量化、集成化的产品。该文针对ASR集成阀的开发经验与各位读者一起分享，也是希望众多设计开发人员共同努力，为我国商用车制动系统零部件发展贡献一些力量。

参考文献：

[1]梁全,谢基晨,聂利卫.Amesim机电一体仿真教程[M].北京:机械工业出版社,2021:45.
[2]唐艳霞.ANSYS Workbench 2020有限元分析[M].北京:电子工业出版社,2020:67.
[3]史延涛,余乐乐,江祖河,等.一种防抱死防滑转系统:201720750287.9[P].2017-06-26.
[4]史延涛,李传武,王鲜艳,等.一种多通道集成式ABS后桥制动模块:201620938262.7[P].2016-08-24.
[5]史延涛,杨柳,李传武.一种用于气制动防抱系统的集成阀:201720020576.3[P].2017-01-09.

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