汽车防抱死制动系统

2019/8/16第三章汽车防抱死制动系统2019/8/16ABS的理论基础1.汽车的制动性汽车在行驶过程中，强制地减速以至停车且维持行驶方向稳定性的能力称为汽车的制动性。2019/8/16评价制动性能的指标主要有：（1）制动效能——汽车在行驶中，强制减速以至停车的能力称为制动效能。（2）制动时的方向稳定性——汽车在制动时仍能按指定方向的轨迹行驶，即不发生跑偏、侧滑、以及失去转向能力称为制动时的方向稳定性。2019/8/16制动效能——即汽车以一定的初速度制动到停车所产生的：制动距离；制动时间；制动减速度。即制动效能取决于制动力的大小2019/8/162.汽车制动时车轮受力分析Ｖ——车速ω——车轮旋转角速度Ｍｊ——惯性力矩Ｍμ——制动阻力矩Ｗ——车轮法向载荷Ｆｚ——地面法向反力Ｔ——车轴对车轮的推力Ｆｘ——地面制动力ｒ——车轮半径ｒω——车轮切向速度，简称轮速2019/8/16（1）制动器制动力制动蹄与制动鼓（盘）压紧时形成的摩擦力矩Mμ通过车轮作用于地面的切向力——Fμ（2）地面制动力制动时地面对车轮的切向反作用力——FX2019/8/16（3）地面制动力Fx、制动器制动力Fμ及附着力Fφ之间的关系附着力——地面对轮胎切向反作用力的极限值Fφ。附着力取决于轮胎与路面之间的摩擦作用及路面的抗剪强度。2019/8/16地面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系2019/8/16若需增大Fx，必须增大F。F取决于附着系数φ，φ又受滑移率S的影响。2019/8/163.硬路面上附着系数φ与滑移率s的关系观察车轮的三种运动状态2019/8/16（1）制动过程中车轮的三种运动状态第一状态：纯滚动，路面印痕与胎面花纹基本一致车速V=轮速Vω2019/8/16第二状态：边滚边滑，路面印痕可以辨认出轮胎花纹，但花纹逐渐模糊。车速V＞轮速Vω2019/8/16第三状态：抱死拖滑，路面印痕粗黑。轮速Vω=02019/8/16（2）滑移率S定义：S=[(V－Vω)/V]×100%=[(V－r.ω)/V]×100%2019/8/16（3）附着系数φ与滑移率s的关系纵向附着系数φy——制动效能横向附着系数φx——制动稳定性2019/8/16结论：S＜20%为制动稳定区域；S＞20%为制动非稳定区域；将车轮滑移率s控制在20%左右，便可获取最大的纵向附着系数和较大的横向附着系数，是最理想的控制效果。2019/8/164.理想的制动控制过程（1）制动开始时，让制动压力迅速增大，使S上升至20%所需时间最短，以便获取最短的制动距离和方向稳定性。（2）制动过程中：当S上升稍大于20%时，对制动轮迅速而适当降低制动压力，使S迅速下降到20%；当S下降稍小于20%时，对制动轮迅速而适当增大制动压力，使S迅速上升到20%；2019/8/16右图是汽车理想的制动过程。制动开始时制动压力骤升，滑移率达到Sopt的时间，即φS达到最大值φBmax的时间最短。当达到Sopt后，随即适当降低制动压力，并使滑移率S保持在Sopt，纵向附着系数φB保持在最大值φBmax，同时横向附着系数φS也保持较大值。这样既可获得最短的制动距离，又具有良好的抗侧滑能力和转向操纵能力，这种制动控制称为最佳控制。2019/8/16第一节概述第二节ABS结构与工作原理第三节ABS系统电控零件第四节ABS应用实例2019/8/16第一节概述2019/8/161.1ABS的作用在汽车制动时，防止车轮抱死而在路面上滑移，以提高汽车制动过程中的方向稳定性、转向控制能力和缩短制动距离，使汽车制动更为安全有效。使实际的制动过程接近理论制动过程好处：•提高制动性能•提供制动时的方向稳定性•改善轮胎磨损状况2019/8/161.2ABS的分类2019/8/16ABS控制参数以车轮滑移率为控制参数以车轮角加速度为控制参数2019/8/16以车轮滑移率为控制参数根据车速和车速传感器的信号计算车轮的滑移率作为控制制动力的依据。S高于设定值，ECU就会输出减小制动力信号，并通过制动压力调节器减小制动压力；S低于设定值时，ECU就会输出增大制动力信号，并通过制动压力调节器增大制动压力，控制滑移率在设定的范围内。已有用多普勒雷达测量车速的ABS。2019/8/16以车轮角加速度为控制参数ECU根据车轮的转速传感器信号计算车轮的角加速度作为控制制动力的依据。ECU中设置合理的角加速度、角减速度门限值。制动时，当车轮角减速度达到门限值时，ECU输出减小制动力信号；当车轮转速升高至角加速度门限值，ECU输出增加制动力信号。2019/8/16车轮转速传感器控制通道四传感器四通道／四轮独立控制三通道四传感器双通道／前轮独立控制四传感器三通道／前轮独立，后轮低选择控制三传感器三通道／前轮独立，后轮低选择控制2019/8/16特点：（一）四传感器、四控制通道（2）制动时可最大限度地利用每个车轮的附着力-方向稳定性好；（1）各制动轮压力均可单独调节（轮控制）-控制精度高；2019/8/16特点：两前轮独立控制，两后轮一同控制（轴控制）；按附着力较小车轮不发生抱死为原则进行制动压力调节-低选原则控制；按附着力较大车轮不发生抱死为原则进行制动压力调节-高选原则控制；（二）四传感器、三控制通道2019/8/161.3ABS在汽车上的应用历程20世纪初最先应用于火车20世纪40年代尝试用于飞机50年代开始尝试用于汽车70年代电子控制技术的发展，应用成为可能80年代进入批量生产与规模应用90年代逐步普及2019/8/161.4ABS的发展趋势ABS控制技术的提高减小体积与质量，简化结构控制功能的扩展与集成与驱动防滑系统ASR集成与电子制动力分配ESP系统集成与汽车巡航控制ACC系统集成应用总线技术与其他控制系统的信息交换2019/8/16第二节ABS的基本组成与工作原理传统制动系统工作原理2019/8/162019/8/16ABS系统通常由车轮速度传感器、液压控制单元（液压调节器、制动压力调节器）和电控单元ECU等组成。车轮转速传感器液压控制器电控单元ECU制动踏板指示灯制动器双腔制动主缸后桥ABS的基本组成2019/8/162019/8/16第三节ABS系统电控零件2019/8/16一、车轮转速传感器【别名】轮速传感器、转速传感器【作用】检测车轮的转速，送给ECU决定是否开始进行防抱死制动。一般采用磁感应式。【安装位置】车轮上。【结构】由传感器头和齿圈组成。按传感器头的外形分凿式极轴车速传感器头、柱式极轴车速传感器头和菱形极轴车速传感器头。前轮安装位置后轮安装位置制动盘传感器齿圈支架传感器2019/8/16凿式极轴柱式极轴电缆永磁体外壳感应线圈极轴齿圈车速传感器头剖视图2019/8/16传感器头（静止）：永久磁铁、感应线圈、极轴；齿圈（转动）：凸齿数40～100不等；传感器头与齿圈间隙：0.6～0.7mm；齿圈-轮毂、制动盘；传感器头-转向节、制动底板；2019/8/16工作原理齿圈随车轮转动，凸齿和齿隙不断交替在极轴下掠过，使铁心磁通发生变化在感应线圈中产生交变信号电压，频率：f=30～6000Hz，电压幅值：U=1～15V。2019/8/16车速传感器工作原理转子感应线圈永久磁铁车轮转速传感器2019/8/16二、加速度传感器【作用】对检测到的车速进行补偿，使汽车制动时对滑移率的计算更加精确。【形式】水银开关型、摆型、应变仪型。【结构】如图2019/8/16三、制动压力调节器【作用】接受ECU的指令，通过电磁阀的动作来实现车轮制动器制动压力的自动调节。【形式】液压式、气压式、空气液压加力式【组成】电磁阀、液压泵、储液器等现代轿车常用液压式制动压力调节器。循环式制动压力调节器：电磁阀直接控制制动压力。可变容积式制动压力调节器：电磁阀间接控制制动压力。2019/8/161、循环式制动压力调节器制动轮缸电磁阀回油泵储能器制动主缸回油泵：电磁阀在减压时，从制动轮缸流出的制动液经储能器由回油泵泵回制动主缸。储能器：电磁阀在减压时，从轮缸流出的制动液由储能器暂时储存，然后由回油泵泵回主缸。循环式制动压力调节器基本结构2019/8/163位3通电磁阀基本结构及简化图在制动主缸和制动轮缸之间串连一个电磁阀，由电磁阀的通断来控制油路的压力。电磁阀有3/3、2/2等多种类型。电磁阀由ECU控制，实现升压、保压、减压三种状态。固定铁芯线圈2A电流5A电流通轮缸通储能器通主缸柱塞升压保压减压主缸轮缸储能器2019/8/16循环式制动压力调节器工作原理：升压（常规制动）主缸踏板液压部件线圈储液器ECU传感器轮缸电磁阀回油泵电磁阀不通电，ABS不工作，回油泵也不工作，进入常规制动阶段。2019/8/16循环式制动压力调节器工作原理：保压主缸踏板液压部件线圈储液器ECU传感器轮缸电磁阀回油泵电磁阀通较小的电流，电磁阀处于保压位置，ABS工作。2019/8/16循环式制动压力调节器工作原理：减压主缸踏板液压部件线圈储液器ECU传感器轮缸电磁阀回油泵电磁阀通较大的电流，电磁阀处于减压位置，ABS工作。2019/8/162019/8/162、可变容积式制动压力调节器在汽车原有制动系统基础上增加一套液压控制装置。制动压力油路和ABS控制压力油路是相互隔开的。常规制动：电磁阀无电流，柱塞左移，控制活塞在弹簧作用下左移顶开单向阀，常规制动油路接通。ABS不工作。主缸踏板液压部件控制活塞单向阀柱塞电磁阀线圈储液器泵传感器轮缸ECU储能器2019/8/16保压：电磁阀通入较小电流，柱塞右移将所有油路相互隔开，控制活塞保持在某一位置，轮缸侧的容积不发生变化，制动压力保持一定。主缸踏板液压部件控制活塞单向阀柱塞电磁阀线圈储液器泵传感器轮缸ECU储能器2019/8/16减压：电磁阀通入一大电流，柱塞右移，控制活塞在压力油作用下右移，单向阀关闭，常规制动油路切断。同时由于控制活塞的右移，使轮缸侧容积增大，制动压力减小。主缸踏板液压部件控制活塞单向阀柱塞电磁阀线圈储液器泵传感器轮缸ECU储能器2019/8/16四、电子控制器（ECU）【作用】接受传感器信息计算车轮转速、加减速度、车轮滑移率，并判断车轮是否有抱死趋势，然后向制动压力调节器发出制动压力控制指令，由制动压力调节器执行压力调节的任务。【组成】输入级电路：将传感器输入的信号整形放大后输入运算电路。运算电路：进行车轮转速、车轮加减速度、滑移率等控制参数的计算，以及电磁阀的开启和监控运算。输出级电路（电磁阀控制电路）：接受运算电路的控制信号，对电磁阀的动作进行控制。安全保护电路：将电源电压稳压成5V标准电压，并对控制信号进行监控。当出现故障时，停止ABS的工作，转入常规制动状态，同时点亮仪表板上的警告灯。2019/8/16四传感器四通道ECU的内部结构（信号输出）轮速传感器FLRRFRRL（信号输出）轮速传感器输入增幅电路外部通信线路电动机监控线路制动开关线路阀继电器监控线路电源输入输出电路运算电路运算电路稳压电源故障存储等电磁阀控制电路电磁阀控制电路左前电磁阀FL右后电磁阀RR左后电磁阀RL右前电磁阀FR警告灯阀继电器电动机继电器继电器电源2019/8/16ABS的工作过程在制动时，车轮转速传感器测量车轮的速度，如果一个车轮有抱死的可能时，车轮减速度增加很快，车轮开始滑转。如果该减速度超过设定的值，控制器就会发出指令，让电磁阀停止或减少车轮的制动压力，直到抱死的可能消失为止。为防止车轮制动力不足，必须再次增加制动压力。在自动制动控制过程中，必须连续测量车轮运动是否稳定，应通过调节制动压力（升压、保压、减压、加压）使车轮保持在制动力最大的滑转范围内。2019/8/16ABS制动防抱死系统工作过程2019/8/162019/8/16典型ABS系统一、MK20－I型ABS系统此系统由戴维斯（TWVES）研制，装在上海桑塔纳2000、桑塔纳3000、捷达、都市先锋、赛欧及奇瑞等汽车上。特点：四传感器三通道，前轮独立控制，后轮低选择控制