汽车防滑(ABSASR)控制系统

第16章汽车防滑（ABS/ASR）控制系统本章学习目标：1、掌握防滑控制系统的组成与工作原理。2、掌握防滑控制系统主要元件的结构。3、掌握ABS制动压力调节器的结构。4、能识别防滑控制系统的常见故障，并进行基本的故障诊断及检修。5、掌握电子制动力分配调节装置（EBD）的结构和工作原理。6、理解电控行驶平稳系统的基本工作原理。学习领域2汽车行驶、转向和制动系统检修16.1概述ABS系统——是用于防止汽车紧急制动时车轮被抱死滑移而使车辆失去转向或导致侧滑甩尾的一种安全装置。ASR系统——是防止车辆在起步、加速或泥泞、冰雪路面上行驶时驱动轮产生滑转，用以提高汽车的驱动性能，改善操纵稳定性的装置。第16章汽车防滑（ABS/ASR）控制系统16.1概述16.1.1车轮打滑率对附着系数的影响如果我们用Sb表示制动时的滑移率，用Sd表示驱动时的滑转率，那么可以用下面两种式子表述制动和驱动时的滑移率和滑转率：Sb=（ν－rω)／ν×100％Sd=[(rω—v)／rω]／×100％式中Sb、Sd—车轮的滑移率和滑转率；r—车轮的自由滚动半径，m；ω—车轮的转动角速度，rad/s；ν—车轮中心的纵向速度（相当于车身速度），m/s。从式中可以看出，当车轮滚动的圆周速度rω为0时（即车轮已经抱死），而实际车速V不为0，则汽车处于完全滑移状态；而当实际车速V为0（即汽车原地不动），车轮滚动的圆周速度rω不为0时，则汽车处于完全滑转状态。为简化起见，一般将制动时车轮的滑移率Sb和驱动时驱动轮的滑转率Sd统称为打滑率S。第16章汽车防滑（ABS/ASR）控制系统16.1概述16.1.1车轮打滑率对附着系数的影响打滑率S与轮胎路面之间附着系数μ的关系如图16-1所示。由图可以看出：①附着系数随路面的不同而呈大幅度的变化；②在各种路面上，附着系数均随打滑率的变化而变化；第16章汽车防滑（ABS/ASR）控制系统③在打滑率从0达SOPT时，纵向附着系数由0增至最大，在此区域横向附着系数也有较大值，此区域为稳定区域；之后，随着打滑率的增大，纵向附着系数反而减少，横向附着系数也下降很快，汽车进入不稳定区域，特别是当打滑率为100%时，横向附着系数接近于0，也就是汽车不能承受横向力，车辆失去操纵稳定性，这是很危险的。所以应将打滑率控制在稳定区域内。④在各种路面上，无论是制动还是驱动，都是当打滑率在某一范围内（SOPT附近，即S=10%-20%左右）时，附着效果达到最佳组合，即纵向附着系数大，横向附着系数(决定着转弯横向力)也足够大。16.1概述16.1.2防滑控制系统的功用1、ABS系统的基本功能（1）提高汽车制动过程中的方向稳定性，防止汽车侧滑甩尾；（2）使汽车在最短的距离内停车；（3）在制动过程中保持对汽车的转向控制；（4）防止轮胎抱死拖滑，减轻轮胎磨损；（5）减少驾驶员的紧张情绪。2．ASR系统的功能（1）能有效地提高车辆在各种路面上的附着能力，从而改善起步和加速性能；（2）能提高车辆行驶的稳定性和乘坐的舒适性；（3）能减少轮胎的磨损与发动机的功率消耗。第16章汽车防滑（ABS/ASR）控制系统16.2防滑控制系统的组成与工作原理16.2.1ABS的基本组成和控制1．ABS系统的基本组成从前述的分析可知，在制动时通过对制动器的制动力进行适当的控制，控制S在15％-20％的范围内，就能获得最佳制动效果，这就是我们要求ABS系统起到的作用。现代ABS尽管采用的控制方式、方法以及结构各不相同，但除原有的传统常规制动装置外，一般ABS都是由传感器、电控单元(ECU)、执行器三大部分组成。其中传感器主要是指车轮转速传感器，执行器主要是指制动压力调节器。如图16-2所示。第16章汽车防滑（ABS/ASR）控制系统16.2防滑控制系统的组成与工作原理16.2.1ABS的基本组成和控制2．ABS系统的分类过去人们常将ABS分为两大类，即机械式ABS和电子式ABS。机械液压式ABS只有压力调节器和压力感知元件，具有结构简单、安装方便、价格低的优点。但它没有将车轮的运动状态和路面的附着情况联系起来，难以适应不同的路面，因而制动效果不佳。这种结构在早期的车辆上用得比较多；目前广泛使用的是电子控制式ABS，它把车轮运动状态与路面附着情况紧密联系在一起，并对该运动状态加以及时、准确的调控。这种结构是现代ABS技术的主流，具有良好的使用性能。国产或进口的一些轿车普遍采用这种ABS。此外现代ABS还有按照生产厂家和按控制通道和传感器数目分类的方式，如博世（BOSCH）ABS、戴维斯（TEVES）ABS、德尔科（DELCO）ABS、本迪克斯（BENDIX）ABS等都是按生产厂家分类的。第16章汽车防滑（ABS/ASR）控制系统16.2防滑控制系统的组成与工作原理16.2.1ABS的基本组成和控制3．ABS的控制方案ABS常见的控制方案有以下几种：①独立控制。也称单轮控制，是指独立调节各车轮的制动压力。②一同控制。是指两个(或两个以上)车轮的制动压力是一同进行调节的，即施加相等的制动压力控制两个车轮的转动。对两个车轮实施一同控制时，如果以保证附着力较大的车轮不发生制动抱死为原则进行制动压力调节，称这两个车轮是按高选原则一同控制；如果以保证附着力较小的车轮不发生制动抱死为原则进行制动压力调节，则称这两个车轮是按低选原则一同控制。③混合控制。是指上述的各种方式自由组合使用，可形成ABS系统在车辆上的多种控制方案。目前使用较为广泛的控制方案是：采用对两前轮进行独立控制、对两后轮按低选原则一同控制的3通道4轮防抱死制动系统，其优点是汽车制动稳定性好，方向操纵灵活，有较高的附着系数利用率，特别是弯道行驶时制动性能优越。第16章汽车防滑（ABS/ASR）控制系统16.2防滑控制系统的组成与工作原理16.2.1ABS的基本组成和控制4．控制通道ABS系统中，能够独立进行制动压力调节的制动管路称为控制通道。按照控制通道数目的不同，ABS系统分为四通道、三通道、双通道和单通道四种形式，而其布置形式却多种多样。如图16-3所示。第16章汽车防滑（ABS/ASR）控制系统16.2防滑控制系统的组成与工作原理16.2.1ABS的基本组成和控制5．ABS系统的控制原理（1）控制方法ABS系统的控制效果主要取决于系统所采用的控制通道数和控制方法。目前绝大多数ABS系统都采用“逻辑门限值控制方法”。在这种方法中，通常是将车轮加速度或减速度作为主要控制参数，而将车轮的滑移率作为辅助控制参数。ABS系统将车轮的加速度与滑移率这两个参数结合起来进行防抱死控制，有助于系统识别路面的附着状况，提高系统的自适应控制能力和防抱死控制能力及防抱控死制效果。第16章汽车防滑（ABS/ASR）控制系统16.2防滑控制系统的组成与工作原理16.2.1ABS的基本组成和控制5．ABS系统的控制原理（2）控制过程图16-4所示的控制过程曲线即是ABS系统进行防抱死控制的实例。踩下制动踏板，当汽车开始制动时，制动系统液压力升高，车轮速度开始下降，降到某一个车轮趋于抱死时，ECU向相应的电磁阀发出“保压”信号”，接着输出“减压”信号，于是车轮制动液压缸内的液压力下降。这样来回控制车轮制动液压缸的保压、减压、加压过程，以使车辆尽快制动停车。第16章汽车防滑（ABS/ASR）控制系统16.2防滑控制系统的组成与工作原理16.2.1ABS的基本组成和控制6．ABS系统的工作特性（1）ABS只有在车速高于一定值（如5km/h或8km/h）时才起作用，低于此值ABS就会自动中止防抱死调节，而回到传统制动系统状态。（2）在制动过程中，只有当被控车轮趋于抱死时，ABS才会进行防抱死调节；在被控车轮还没有趋于抱死时，制动过程与传统制动系统的制动过程完全相同。（3）当汽车制动ABS参与工作时，驾驶员会感觉制动踏板有回弹行程，制动踏板的这种动作反馈是正常的。（4）在防抱死制动循环中，制动压力调节器内的电磁阀动作，会产生一定的工作噪声。（5）具有传统制动系统的车辆紧急制动时，轮胎在路面上留下清晰的拖印；而ABS车辆在紧急制动时，只会留下轻轻的勉强可以看出的印痕。（6）ABS系统具有故障自诊断功能，能对系统的工作情况进行监测，一旦发现存在影响系统正常工作的故障时，会自动关闭ABS功能，并将ABS警告灯点亮，向驾驶员报警，同时将汽车的制动功能恢复到传统制动系统状态，而能够进行常规制动。（7）在ABS警告灯持续闪亮的情况下进行制动时，应注意控制好制动强度，以免因ABS系统失效而影响行车安全。第16章汽车防滑（ABS/ASR）控制系统16.2防滑控制系统的组成与工作原理16.2.2ASR系统的组成和控制1．ASR系统的组成ASR系统的主要由车轮转速传感器、电子控制单元(ECU)、制动压力调节器，以及发动机副节气门(辅助节气门)执行器与ASR制动执行器组成（如图16-5所示）。此外，还增设了ASR系统选择开关(关闭开关)、ASR关闭指示灯、ASR警告灯等。ASR系统还同发动机与传动系的集中电控系统建立通信联系，以共同调节驱动轮的滑转率。第16章汽车防滑（ABS/ASR）控制系统16.2防滑控制系统的组成与工作原理16.2.2ASR系统的组成和控制2．ASR系统的控制方式ASR系统的控制方式可分以下两种：（1）发动机输出功率控制发动机输出功率控制是最早应用的驱动防滑转控制方式，即控制发动机的输出功率来调节传递到驱动轮上的转矩，从而调节驱动轮的滑转率。可采用的控制方法有：①节气门开度调节。即在发动机原节气门的基础上，串联一个副节气门，由系统的执行机构控制其开度。这种方式工作比较平稳，容易与其他控制方式配合使用。②喷油量的减少或切断控制。③减小点火提前角的控制。（2）驱动轮制动控制驱动轮制动控制是在发生滑转的驱动轮上施加制动力矩来控制滑转率。它一般要与调节发动机输出功率的方法结合起来应用，否则，控制过程中就可能发生制动力矩与发动机输出转矩之间出现平衡现象，而导致无意义的功率消耗。这种控制方式响应最迅速。但为了保证制动过程中的乘坐舒适性，制动力不能升高过快。第16章汽车防滑（ABS/ASR）控制系统16.2防滑控制系统的组成与工作原理16.2.2ASR系统的组成和控制3．ASR系统的控制原理图16-6所示为ASR系统控制过程实例。ECU根据非驱动轮(图中为前车轮)的转速传感器送来的转速信号，推算车身速度，以此速度值为基础设定驱动轮(图中为后轮)的目标控制速度值，并与驱动轮的实际速度(从驱动轮的转速传感器信号得到)作比较，以控制其滑转率在最佳范围内。在进行发动机输出功率控制时，有些ABS／ASR防滑控制系统的ECU，还同发动机与传动系集中控制系统的ECU建立交互式通信联系，利用后者的控制功能减少喷油器的喷油量，减小点火提前角，以减小发动机的功率输出。第16章汽车防滑（ABS/ASR）控制系统16.2防滑控制系统的组成与工作原理16.2.2ASR系统的组成和控制4．ASR系统的工作特性各种ASR系统的具体结构和工作过程不尽相同，但一般都具有以下共同的工作特性：（1）ASR系统在进行防滑控制过程中，如果驾驶员踩下制动踏板进行制动，ASR将会自动退出防滑控制，而不影响汽车的正常制动。（2）ASR通常只在一定车速范围内进行防滑控制，当车速达到一定值以后（如120km/h或80km/h），ASR会自动退出防滑控制。（3）ASR系统可由驾驶员通过ASR选择开关对系统是否进入工作状态进行选择。如果通过ASR选择开关关闭了ASR系统，则ASR关闭指示灯会自动点亮。（4）ASR处于关闭状态时，发动机副节气门会自动处于全开位置，此时ASR的制动执行元件也不会影响制动系的正常工作。（5）ASR系统具有故障自诊断功能，当发现有影响系统正常工作的故障时，ASR系统会自动关闭，并将ASR警告灯点亮，向驾驶员报警。第16章汽车防滑（ABS/ASR）控制系统16.2防滑控制系统的组成与工作原理16.2.3ABS与ASR的比较ABS的作用是防止汽车制动过程中车轮抱死打滑，将车轮的滑移率控制在理想滑移率附近范