汽车理论-制动系统

主讲：尤明福第七章制动系统的故障诊断主讲：尤明福教学目的及要求1.掌握汽车制动系统典型结构的原理及作用2.掌握汽车制动系统ABS的检测与诊断3.了解现代制动系统的难点：车轮运动状况及受力分析重点：典型结构及ABS的检测与诊断课时：6第一节现代汽车制动系统原理与作用一、制动系统功能1.应使行车能减速、停车和驻车；2.应具有行车制动系统、应急制动功能和驻车制动功能；3.应能保证任何部件失效时，仍只有应急制动功能；4.制动系统应经久耐用，不能因振动或冲击而损坏。第一节现代汽车制动系统原理与作用二、轿车典型制动系统组成示意图第一节现代汽车制动系统原理与作用三、制动系统的典型结构制动系统工作原理示意图浮钳盘式制动器制动间隙的自动调整真空助力器真空助力器工作原理有无ABS的行车对比第一节现代汽车制动系统原理与作用点击图片动画演示第一节现代汽车制动系统原理与作用点击图片动画演示第一节现代汽车制动系统原理与作用点击图片动画演示第一节现代汽车制动系统原理与作用点击图片动画演示第一节现代汽车制动系统原理与作用点击图片动画演示第一节现代汽车制动系统原理与作用点击图片动画演示第一节现代汽车制动系统原理与作用点击图片动画演示第一节现代汽车制动系统原理与作用四、ABS、ASR、VSC（ESP）系统简介（一）三种系统的发展情况（1）80年代：ABS由于其卓越的安全性能，成为当时高档轿车的标志性配置。（2）90年代以后：安装ABS已经非常的普遍，包括国内的一些经济型轿车。（3）目前现状：ASR、VSC系统成为高档轿车的标志性配置。（4）今后的发展：随着对安全性能要求的不断提高，ASR、VSC系统的安装也会变的非常普遍。第一节现代汽车制动系统原理与作用1.汽车三种运动状态五、车轮运动受力分析1.车轮受力三种型式（1）加速时：，否则产生滑转，汽车不走或车轮大于车速。（2）制动（减速）时：否则产生滑移，车轮抱死或车速大于轮速。（3）转向时：横向力否则产生侧滑，不能转向而失控。纵FFtmax纵FFBmax横FY第一节现代汽车制动系统原理与作用第一节现代汽车制动系统原理与作用2.附着力Fφ、附着系数φ附着力的大小与汽车本身的一些因素有关：车轮载荷、胎面花纹、轮胎气压、路面粗糙度、潮湿程度、行驶速度、车轮偏转角等。当法向力G一定时，附着力的大小由附着系数的大小来决定。附着系数的大小与汽车运动过程中的滑移率与滑转率有着密切的关系。GF第一节现代汽车制动系统原理与作用点击图片动画演示3.车轮四种运动状态第一节现代汽车制动系统原理与作用由图可见，在滑移率为20％左右时，纵向附着系数最大，制动时能获得的地面制动力也最大，汽车的制动效能最高，横向附着系数也比较大，制动时汽车的转向控制性能较好，方向稳定性也较高。第一节现代汽车制动系统原理与作用4.滑移与滑转曲线及分析第一节现代汽车制动系统原理与作用1)汽车的滑动（滑移、滑转）滑移：制动过程中，车速大于轮速。滑移率：车轮的滑移速度与车速的百分比。滑转：加速过程中，轮速大于车速。滑转率：车轮滑转速度与车轮速度的百分比。%100%100rwSw%100%100rwrwSwwd（1）横向附着系数①汽车行驶的稳定性如：侧滑、甩尾②汽车转向性能（方向的稳定性）如：转向失控（2）纵向附着系数①汽车的制动性能如：制动距离加长②汽车的驱动性能如：动力性下降2)横向附着系数与纵向附着系数第一节现代汽车制动系统原理与作用前轮抱死：侧滑、失去转向后轮抱死：侧滑（甩尾）（a）前轮抱死：侧滑、失去转向（b）后轮抱死：侧滑（甩尾）5、前后轮制动力调节的作用第一节现代汽车制动系统原理与作用第一节现代汽车制动系统原理与作用汽车侧滑时的运动状况图（a）表示前轴侧滑，即前轮抱死后轮滚动，惯性力Fj的方向与汽车侧滑方向相反，即Fj能起到阻止前轴侧滑的作用。图（b）表示后轴侧滑，即后轮制动抱死而前轮滚动，惯性力Fj的方向与汽车侧滑方向一致，于是惯性力加剧了后轴的侧滑，汽车将急剧转弯而甩尾。第一节现代汽车制动系统原理与作用点击图片动画演示六、ABS的工作原理及作用1.ABS的工作原理第一节现代汽车制动系统原理与作用点击图片动画演示2.ABS的制动调节过程第一节现代汽车制动系统原理与作用点击图片动画演示第一节现代汽车制动系统原理与作用3.电磁式转速传感器第一节现代汽车制动系统原理与作用第一节现代汽车制动系统原理与作用点击图片动画演示4.ABS控制总体图第一节现代汽车制动系统原理与作用5.ABS对附着系数的控制原理制动时，把滑移率S控制在20%左右。第一节现代汽车制动系统原理与作用6.ABS系统的作用（1）缩短制动距离（除雪地和沙石路面）（2）提高制动时的汽车的方向稳定性（3）提高制动时的转向控制能力第一节现代汽车制动系统原理与作用七、ASR结构与原理1．驱动力取决于两个方面一是发动机输出扭矩和功率，二是路面附着系数。2．汽车防滑转电子控制ASR功能：防止汽车在起步，加速时和滑溜路面行驶时驱动轮打滑，特别是防止汽车在非对称路面或转弯时驱动轮的空转，以保持汽车行驶方向的稳定性，操作性和维持汽车最佳驱动力以及提高汽车的平顺性。作用：当车轮出现滑转时，通过对滑转车轮施加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下降。第一节现代汽车制动系统原理与作用3．ASR的优点汽车起步，行驶中驱动轮可提供最佳驱动力与无ASR相比，提高了汽车的动力性，特别是在附着系数较小的路面上，起步、加速性能和爬坡能力较佳。能保持汽车的方向稳定性和前轮驱动汽车的转向控制能力。减少了轮胎的磨损和发动机油耗。第一节现代汽车制动系统原理与作用4．ASR控制驱动轮最佳滑移率常用控制方式发动机输出转矩的控制：调节喷油量调整点火时间调整进气量驱动轮进行制动控制（一般作为调整进气量，改变发动机输出转矩方式补充）差速器进行控制可变锁止差速器摩擦片式自锁差速器电子控制防滑差速器。目前主要有湿式差速器的防滑控制和主动防滑控制差速器两种。第一节现代汽车制动系统原理与作用变速器控制：通过传动比来改变传递到驱动轮上的驱动转矩。离合器控制：通过操作机构减弱离合器接合程度。综合控制：一是同时控制发动机输出功率和车轮的制动力；二是差速锁与发动机输出功率的综合控制。总结：１）前五项一般不作为单独控制方式使用。２）汽车行驶过程中，路面滑溜情况千差万别，驱动力的状态也是不断变化，综合控制系统将根据发动机的状况和车轮滑转的实际情况采取相应的控制。第一节现代汽车制动系统原理与作用5．ASR控制系统的组成（1）ASR的传感器轮速传感器、车速传感器。（和ABS共用）节气门开度传感器（2）ASR的ECU（和ABS共用）第一节现代汽车制动系统原理与作用（3）ASR的执行机构（ASR制动压力源是蓄压器，通过电磁阀来调节驱动车轮制动压力大小）1）制动压力调节器单独方式：ASR制动压力调节器和ABS制动压力调节器结构上各自分开组合方式：ASR制动压力调节器和ABS制动压力调节器结构上各自共用2）节气门驱动装置由步进电动机和传动机构组成，并根据ASR控制器输出的控制脉冲转动规定的转角，通过传动机构带动辅助节气门转动。第一节现代汽车制动系统原理与作用6．典型ASR系统（LS400）（1）结构组成：电动泵、储压器、三个二位二通电磁阀（储压器切断电磁阀、制动总切断电磁阀泵、储液罐切断电磁阀）（2）工作过程1）压力升高：①ABS三位电磁阀置于“压力升高”状态②制动总泵电磁阀接通（关状态），储压器切断电磁阀接通（开状态）2）压力保持：由ABS三位电磁阀完成3）压力降低：①ABS三位电磁阀置于“压力降低”状态②储液罐切断电磁阀接通（开状态）第一节现代汽车制动系统原理与作用7.ASR对附着系数的控制（1）对滑转车轮施加制动（辅助）①一个驱动轮滑转②二个驱动轮滑转Sd：10%—20%（2）控制发动机的功率输出（主要）减少进气量、喷油量、减小点火提前角/2BLLHTFFFFF第一节现代汽车制动系统原理与作用制动控制时产生的差速锁的作用第一节现代汽车制动系统原理与作用点击图片动画演示(3)差速器原理第一节现代汽车制动系统原理与作用差速器特性：n左轮＋n右轮＝2n驱动轴M左轮＝M右轮＝1/2M驱动轴M左轮＝M右轮＝M驱动轴=08.ASR系统的作用（1）能得到最佳的驱动力（2）前驱汽车得到了良好的转向控制能力（3）后驱汽车得到了行驶的稳定性第一节现代汽车制动系统原理与作用第一节现代汽车制动系统原理与作用八、VSC系统结构与原理（一）转弯极限时汽车的不稳定性当前胎或后胎的抓地力达到极限（最大附着极限），汽车转向的稳定就受到极大的影响。粗略讲：高速时驱动轮先达到抓地极限。中速时从动轮易先达到抓地极限。前轮胎首先达到抓地极限而引起侧滑称为“漂出”（通过减速和向内的旋转运动来抑制）后轮胎首先达到抓地极限而引起侧滑，会出现“回旋”、“甩尾”（通过减速和向外的旋转运动来抑制）第一节现代汽车制动系统原理与作用（二）VSC结构和基本组成（1）传感器：方向盘转向传感器、侧向加速度传感器、横摆率传感器、转速传感器、制动液压传感器、节气门位置传感器。（2）ECU：有两个处理器（3）执行器①用于告知驾驶员失稳的侧滑指示灯和VSC蜂鸣器。第一节现代汽车制动系统原理与作用②液压控制装置：包括１）供能部分，由液压泵和蓄压器组成。２）制动总泵和制动助力器部分。３）选择电磁阀部分，当VSC、TRC、ABS工作时，它关闭制动总泵液压油，并把液压油送到控制电磁阀。４）控制电磁阀部分，当VSC、TRC、ABS工作时，它增加或降低每个车轮分泵的液压，以控制每个车轮的制动力。第一节现代汽车制动系统原理与作用（三）VSC控制原理当前轮侧滑时，通过制动内后轮，以得到向内转的运动，然后对四个车轮进行制动，使车速降到某一水平来平衡旋转运动，使转向在转弯力的范围内进行。当后轮侧滑时，外前轮被制动，以产生向外的运动，确保汽车的稳定性。（四）VSC工作原理（1）通过传感器检测汽车状态和驾驶员操作。（2）根据（1）来估算汽车失稳的程度（侧滑的程度）（3）根据（2）来计算恢复汽车稳定所需的旋转运动和减速，并相应控制每一车轮的制动力和发动机的动力输出。此外，在车辆高速拐弯出现失控现象之前，通过侧滑指示灯闪烁和VSC蜂鸣器发声来告知驾驶员。制动执行器柱塞式助力泵波纹软管式蓄压器助力泵马达氮气波纹软管制动液助力泵马达氮气波纹软管蓄压器制动液第一节现代汽车制动系统原理与作用制动力与旋转动量的变化关系第一节现代汽车制动系统原理与作用传统驾驶转弯转弯制动VSC作用示意图第一节现代汽车制动系统原理与作用转向不足控制VSC功能抵消转向不足(当前轮失去抓地力)第一节现代汽车制动系统原理与作用当前轮侧滑而失去抓地力出现漂出现象时，制动内后轮，以保证向左转动，并降低车速平衡旋转运动，抑制不足转向，防止方向失控。第一节现代汽车制动系统原理与作用转向过度控制VSC功能抵消转向过度(当后轮失去抓地力)第一节现代汽车制动系统原理与作用后轮侧滑而失去抓地力出现右旋现象时，外前轮被制动，保证向左转动，抑制过度转向防止翻车。第一节现代汽车制动系统原理与作用（五）VSC系统的作用探测和分析车况（是否存在不稳定的行驶趋势），并警告驾驶员汽车出现危险行驶，防患于未然。对过度转向或不足转向特别敏感第二节现代汽车制动系统的检测与诊断一、3种系统的对比1.传感器：ABS：轮速ASR：轮速、节气门（主、副）VSC：方向盘转向角、侧向加速度、横摆率、轮速、制动液压力第二节现代汽车制动系统的检测与诊断2.执行器ABS：制动压力调节器ASR：制动压力调节器+ASR制动压力调节器（ABS/ASR）、副节气门驱动装置VSC：在ASR的基础上增加了选择电磁阀第二节现代汽车制动系统的检测与诊断3.ABS、ASR、VSC共用一个控制单元，ASR控制单元是在ABS控制单元功能上的延伸，VSC控制单元是在ASR控制单元的基础上的延伸。第二节