第四章汽车行驶安全控制系统

第四章汽车行驶安全控制系统本章主要学习的内容：§1.汽车防抱死控制系统（ABS）§2.汽车驱动防滑控制系统（ASR）§3.汽车稳定性控制系统（ESP）§4.汽车安全气囊系统（SRS）第一节汽车制动防抱死系统（AntilockbrakingSystem——ABS）一、概述2.汽车制动防抱死系统基本功能1.汽车制动时方向失稳现象及其产生原因当车轮抱死拖滑时，地面提供的纵向附着力变的很小，使汽车制动效果变差。而且这时地面提供的侧向附着力也变小，汽车在外力干扰下不能按操纵的方向行驶——方向失稳感知制动轮每一瞬间的运动状态，并根据其运动状态相应调节制动器制动力矩的大小，避免车轮抱死现象§1.汽车防抱死控制系统（ABS）（一）、ABS的功用ABS的功用ABS的功用是在汽车进行紧急制动时和在易打滑路面上进行常规制动时，非常迅速而又精确地检测出各车轮的滑移量，通过ECU的分析、运算和控制，适时调节制动液压或气压，尽量减少车轮的滑移率，以确保制动时汽车方向的稳定性，操纵可靠性和行驶的安全性。ABS的优点–防止车轮抱死；提高制动性能；确保车辆稳定性§1.汽车防抱死控制系统（ABS）（一）、ABS的功用§1.汽车防抱死控制系统（ABS）（二）ABS发展史1928年提出制动防抱死理论30年代机械式ABS在火车和飞机上使用（BOSCH）50年代机械式ABS被应用到汽车上（FORD）60年代末电子控制ABS（凯尔塞·海伊思）1978年数字式电控ABS（BOSCH）1984年整体式ABS（戴维斯）1986年ABS/ASR（BOSCH）1994年50％新生产的轿车和轻型货车装备ABS§1.汽车防抱死控制系统（ABS）ABS的分类：一、一传感器一通道二、二传感器二通道三、三传感器三通道四、四传感器二通道五、四传感器三通道六、四传感器四通道§1.汽车防抱死控制系统（ABS）一、一传感器一通道§1.汽车防抱死控制系统（ABS）二、二传感器二通道§1.汽车防抱死控制系统（ABS）三、三传感器三通道§1.汽车防抱死控制系统（ABS）四、四传感器二通道§1.汽车防抱死控制系统（ABS）五、四传感器三通道§1.汽车防抱死控制系统（ABS）六、四传感器四通道§1.汽车防抱死控制系统（ABS）路面及轮胎对纵向附着系数的影响§1.汽车防抱死控制系统（ABS）Sop1二、汽车地面附着性能1.车轮滑动率:V——汽车车身的速度r——车轮的动力半径ω——车轮的角速度注：制动时，车轮速度小于车辆速度附着力是抵抗轮胎在道路上产生滑动的力纵向附着系数：Φx=Fx/Fz=fx(R,T,V,M,S)侧向附着系数：Φy=Fy/Fz=fy(R,T,V,M,S)其中：Fx—制动力；Fy—侧向力；Fz—垂直载荷R—路面因素；T—轮胎因素；V—汽车因素M—制动工况因素车轮滑动率表明车轮滑动成分即车辆速度与车轮速度之差与车辆速度的比值§1.汽车防抱死控制系统（ABS）%100r%100VVVVVS%100r%100VVVVVS%100r%100VVVVVS2.附着系数若路面因素、轮胎因素、汽车因素、制动工况因素等在制动过程确定则Φx=fx(S)Φy=fy(S)δ—车轮侧偏角注：δ增大，Sop增大Φx减小而δ增大，Φy增大。Sop1Sop2§1.汽车防抱死控制系统（ABS）三、制动防抱死系统的结构与工作原理组成轮速传感器压力调节器电子控制装置§1.汽车防抱死控制系统（ABS）系统框图§1.汽车防抱死控制系统（ABS）1.轮速传感器功能检测车轮速度，并将信息传递给ECU。§1.汽车防抱死控制系统（ABS）2.压力调节器功能接受并执行ECU的指令使制动轮缸或气室的压力改变（增高、保持或降低）电磁阀工作原理组成回油泵——吸取制动缸的制动液，并送回制动总缸，压力减小存贮器——暂时储存压力减小而流出制动缸的制动液电磁阀电磁阀功能压力上升压力保持压力降低§1.汽车防抱死控制系统（ABS）3.电子控制装置：功能接收轮速传感器送来的信号，经整理、计算、判断处理，输出控制指令组成：输入级数字控制器输出级稳压与保护装置§1.汽车防抱死控制系统（ABS）四、制动防抱死系统在汽车上的布置1.车轮的控制方式直接控制——根据被控车轮自己的运动状态控制间接控制——根据其他车轮的运动状态控制不加控制——不控制轮缸（或气室）压力低选择控制——根据先趋于抱死的车轮运动状态的信号控制独立控制——多个车轮联合控制时，每个车轮都直接控制高选择控制——根据后趋于抱死的车轮运动状态的信号控制修正独立控制——每个车轮都直接控制，各轮压力差限制在一定范围内平均控制——根据一组车轮的平均瞬时角速度控制制动压力调节器的工作原理1、常规制动2、减压过程3、保压过程4、增压过程§1.汽车防抱死控制系统（ABS）1、常规制动§1.汽车防抱死控制系统（ABS）2、减压过程§1.汽车防抱死控制系统（ABS）3、保压过程§1.汽车防抱死控制系统（ABS）4、增压过程§1.汽车防抱死控制系统（ABS）六、汽车制动防抱死系统的控制技术制动开始,制动压力和车轮角减速度增加，降到门限值a---1电磁阀转换到“压力保持”车速并在给定的斜率下作相应递减,由车速求S，S小于Sop，制动稳定区，保压---2S大于Sop，制动不稳定区降压，降压，角减速度回升---3角减速度回升门限值a，保压—4，角减速度进一步回升为角加速度到门限值b，是高附着系数路面，升压---5，车轮角加速度下降门限值b，保压—6，进入稳定制动，压力小阶梯上升abc§1.汽车防抱死控制系统（ABS）在制动开始时，制动压力和车轮角减速度增加，在阶段1末，即轮减速度达到设定的门限值-a，（这里指绝对值），相应的电磁阀转换到“压力保持”状态，同时形成参考车速并在给定的斜率下作相应递减，滑动率的值是由参考车速计算得出，如果滑动率小于门限值，系统则进行一段保压（阶段2），当滑动率大于门限值，电磁阀转换到“压力下降”的状态，即阶段3，由于制动压力下降，车轮的角减速度回升，当达到-a值时，制动压力开始保持（第4阶段），当轮角减速度随着车轮的回升达到加速，达到门限值＋a，这时压力仍然保持，让车轮进一步回升到门限值＋Ak（表明是高附着系数路面），这时使制动压力再次增加（第5阶段），使车轮角加速度下降，当车轮角加速度再回到+Ak时，进行保压（第6阶段）；车轮角加速度值回落到＋a值，此时车轮已进入稳定制动区域，并且稍有制动不足，这一区域的制动时间要尽可能延长，因此，阶段7的制动压力采用小的阶梯上升，一般较初始压力梯度小得多，直到车轮减速度再次超过门限值-a值，以后的控制循环过程就和前面一样了高附着系数控制技术低附着系数控制技术在进入制动压力保持阶段（3）前段后，由于附着系数低，车轮加速慢，致使在设定的制动压力保持时限内，车轮角加速度达不到门限值，由此判断处于低附着系数路面。以较低的压力减小率使制动压力减小（3后），直到车轮角加速度超过门限值＋a，此后进入压力保持阶段（4）。当车轮的角加速度又低于控制门限值＋a以后，就以较低的压力升高率使制动压力增大（5），直到车轮的角减速度又低于控制门限值－a后，进入下个循环调节§1.汽车防抱死控制系统（ABS）高、低附着系数控制技术车轮在制动压力减小阶段（2），车轮的参考滑动率可能超过下门限S1和上门限S2。车轮角减速度从低于门限值－a变化到高于门限值－a时，要对车轮参考滑动率是否超过S2进行判断，若超过，不再进行制动压力保持阶段，而应减小制动压力，此后保持，之高车轮角加速度又低于控制门限值＋a，再以较低压力升高率使制动压力增大。§2.汽车驱动防滑系统第二节汽车驱动防滑系统ASRAccelerationSlipRegulation（ASR）一、概述功用1、防止加速打滑2、差速锁控制3、光滑路面状况显示控制4、轴荷转移控制1、ABS／ASR系统概念ASR（AccelerationSlipRegulation）是通过调节驱动车轮的牵引力实现驱动车轮的滑转控制的系统，也称牵引力控制系统（TractionControlSystem），即TCS。§2.汽车驱动防滑系统制动防抱死系统是在制动过程中通过调节制动轮缸（或制动气室）的制动压力使作用于车轮的制动力矩受到控制，而将车轮的滑移率控制在较为理想的范围内。驱动防滑控制系统是在驱动过程中通常可通过调节发动机的输出转矩、传动系的传动比、差速器的锁紧系数等控制作用于驱动车轮的驱动力矩，实现对驱动车轮牵引力矩的控制，将驱动车轮的滑动率控制在较为理想的范围之内。§2.汽车驱动防滑系统§2.汽车驱动防滑系统ABS/ASR系统结构§2.汽车驱动防滑系统ASR系统控制原理%100VVrS滑转率S：轮胎－路面附着系数的变化§2.汽车驱动防滑系统ASR发动机调速控制§2.汽车驱动防滑系统ASR制动力控制§2.汽车驱动防滑系统ASR发动机调速和制动力综合控制§2.汽车驱动防滑系统ASR电子控制装置§2.汽车驱动防滑系统ABS与ASR的比较都是通过控制作用于被控车轮的力矩，而将车轮的滑动率控制在设定的理想范围内，以提高车轮附着力的利用率，从而缩短汽车制动距离或提高汽车的加速性能，改善汽车的行驶方向稳定性和转向操作能力。都要求系统具有快速反应的能力，以适应车轮附着力的变化，都要求控制偏差尽可能最小，以免引起汽车及传动系的振动；都要求尽量减少调节过程中的能量消耗§2.汽车驱动防滑系统相同点：不同点：ABS对驱动和非驱动车轮都可进行控制，而ASR只对驱动车轮进行控制在ABS控制期间，离合器通常都处于分离状态，发动机也处于怠速运转，而在ASR控制期间，离合器则处于结合状态，发动机的惯性会对ASR控制产生较大的影响在ABS控制期间，汽车传动系统的振动较小，由此对ABS控制产生影响也较小，而在ASR控制期间，很容易使传动系统产生较大的振动，由此对ASR控制产生的影响也就很大在ABS控制期间，各车轮之间的相互影响不大，而在ASR控制期间，由于差速器的作用会使驱动车轮之间产生较大的相互影响。§2.汽车驱动防滑系统思考题1、汽车抱死会产生什么后果？ABS的作用？2、车轮滑动率、纵向附着系数、侧向附着系数？哪些因素影响纵向附着系数、侧向附着系数?3、制动防抱死系统的组成？4、柱塞式、滑阀式制动防抱死系统工作原理5、制动防抱死的布置方式有哪些？6、制动防抱死系统的控制参数有哪些？§2.汽车驱动防滑系统第三节电子稳定程序ElectronicStabilityProgram（ESP）ESPESP概述ESP工作原理ESP的组成结构ESP的用途ESP的发展方向§3.汽车电子稳定程序ESP概述汽车电子稳定程序(electronicstabilityprogram，简称ESP)是近年来开发出来的一种先进的汽车底盘控制系统。其功能是监控汽车的行驶状态，在车辆紧急躲避障碍物、转弯等容易出现不稳定状况时，利用动力系统干预及制动系统干预，帮助车辆克服偏离理想轨迹的倾向，为车辆提供更好的安全性。在国际上，ESP已经成为了高性能车辆的标准配置，而国内的ESP研究还处于起步阶段。§3.汽车电子稳定程序汽车电子稳定程序(ESP)ESP的效能超越了两个系统的功能结合：除了影响横向动态性能外，而且还具有防止车辆在行驶时侧滑的功能。它通过传感器对车辆进行动态监测，必要时会对某一个车轮或者某几个车轮进行制动．甚至控制发动机的动力输出。能够识别危险状况，并无需驾驶者任何动作而自行采取行动。ESP提高了所有驾驶工况下的主动安全性。尤其是在转弯工况下，即是在横向力起作用的情况下，ESP能维持车辆稳定和保持车辆在车道上正确行驶。ABS和TCS只在纵向起作用。ESP结合了侧滑率传感器，并集成横向加速度传感器及转向角度传感器。此外，ESP应用了ABS/TCS的所有部件，并基于功能更强大的新一代电子控制单元。§3.汽车电子稳定程序ESP的类型目前ESP有3种类型：a．4通道或4轮系统。能自动地向4个车轮独立施加