防抱死制动

汽车制动防抱死系统一、概述二、ABS主要部件的结构与工作原理三、典型制动压力调节方式一、概述（一）滑移率对汽车制动性能的影响滑移率滑移率对汽车制动性能的影响（二）制动防抱死系统功用、基本组成及控制方式1、ABS功用2、ABS基本组成及控制原理3、ABS的控制方法（三）ABS的分类(1)车轮制动力分析(2)滑移率(3)车轮运动状态与滑移率的关系(4)附着系数与滑移率的关系2、滑移率W-车轮的垂直载荷；Z-地面对车轮的法向反作用力；Mx-制动器的制动力矩；Tx-车轴对车轮的纵向推力；r-车轮半径；Ty—车轴对车轮的横向推力；Fy-地面对车轮的横向反作用力；V-汽车行驶速度；ω-车轮角速度；Fx-地面制动力；Fμ-制动器制动力；Fф-附着力(1)车轮制动力分析制动对车体与车轮的速度变化(2)滑移率汽车制动时，车速与轮速之间存在着速度差即车轮不再作纯滚动运动，而是相对地面存在滑移（见图）。滑移程度用滑移率表示：式中：S-滑移率；u-汽车速度；uw-车轮速度；ω-车轮的角速度；r-车轮半径。%100%100uruuuuSw(3)车轮运动状态与滑移率的关系车轮运动状态与滑移率的关系(4)附着系数与滑移率的关系干燥硬实路面附着系数和滑移率的关系Φ-附着系数；Φx-纵向附着系数；Φy-横向附着系数；S-车轮滑移率；Φp-峰值附着系数；Sp-峰值附着系数对应的滑移率；Φs-车轮抱死时纵向滑动附着系数通常，当滑移率S由0-10%增大时，纵向附着系数Φx迅速增大。当滑移率处于10%-30%的范围时，附着系数有最大值(图中显示滑移率在20%时，纵向附着系数最大)，称为峰值附着系数，用Φp表示，与其相对应的车轮滑移率称为峰值附着系数滑移率，用Sp表示。当滑移率继续增大时，附着系数逐渐减小。当车轮抱死时，即完全滑动时的附着系数称为滑动附着系数，用Φs表示，滑动附着系数一般总是小于峰值附着系数。滑移率S大约在20%左右时具有最大附着力，此时能获得最大地面制动力，具有最佳制动效果。通常，称纵向附着系数最大时的滑移率为理想滑移率或最优滑移率(峰值滑移率)。当滑移率超过理想滑移率(即SSp)时，附着力和地面制动力逐渐减小，制动效能变差、制动距离增长，因此一般称从理想滑移率到车轮抱死完全滑动段为非稳定区。当滑移率S=0时，横向附着系数最大；随着滑移率的增加，横向附着系数越来越小；当车轮抱死时，横向附着系数几乎为零，此时导致横向附着力几乎为零，其危害是很大的，主要体现为两方面：①方向稳定性差：由于横向附着力很小，汽车失去抵抗横向外力的能力，后轮很容易产生侧滑造成甩尾、调头等，使汽车失去方向稳定性。②失去转向控制能力：由于前轮维持转弯能力的横向附着力丧失，在转向时，尽管驾驶员操纵着转向盘，汽车仍将按原来惯性行驶方向滑动，就可能冲人其他车道或冲出路面，不能按驾驶员的意愿行驶，使汽车失去转向控制能力。由图可见，当滑移率在10%-30%时，纵向附着系数和横向附着系数都很大，在此区间制动时，既可以获得较大的制动力，得到良好的制动效能，又能保证汽车具有良好的操纵性能。制动抱死时汽车的运动情况a）直线行驶车轮抱死；b）曲线行驶前轮抱死；c）曲线行驶后轮抱死；d）曲线行驶全轮抱死3、滑移率对汽车制动性能的影响滑移率对附着系数影响极大，从而影响汽车的制动性能。(1)滑移率与制动效能的关系最大的制动附着系数并不是发生在车轮抱死即S=100%的情况下，S=Sp(一般Sp为20%左右)时制动力最大。(2)滑移率对制动稳定性的影响当S=0时，侧向附着系数最大，之后随着S的增大而减小，当车轮完全抱死即S=100%时，侧向附着系数几乎为零，汽车的方向稳定性和转向能力将完全丧失。abcd制动时车轮抱死对汽车稳定性的影响极大：①当汽车直线行驶时，车轮抱死后，侧向附着系数基本为零，保持方向稳定性的车轮侧向力也接近于零。此时因路面不均匀、侧向风、左右轮地面制动力不相等时引起的即使很小的偏转力矩，汽车就会产生不规则运动而处于危险状态。在不规则旋转的过程中将制动释放，汽车又会沿着瞬时行驶方向急速驶出，这也是很危险的(图a)。制动时车轮抱死对汽车稳定性的影响极大：②当汽车曲线行驶时，若只有前轮抱死，由于前轮的转弯力基本为零，无法进行正常的转向操作，驾驶员无法控制汽车的运动方向。这时汽车沿行驶曲线的切线方向滑行(图b)。当只有后轮抱死时，后轮的侧向力接近于零，由于离心力和前轮转向力的作用，汽车不能保持原来的行驶方向，汽车将一面旋转一面沿曲线行驶即发生甩尾现象(图c)。制动时车轮抱死对汽车稳定性的影响极大：②当汽车曲线行驶时，所有的车轮全部抱死时，转弯力、侧向力均接近于零。汽车完全失去操纵性和方向稳定性，兼有前、后轮单独抱死时的两种运动(图9-102d)，即一面作与驾驶无关的不规则运动，一面沿曲线的切线方向滑行。1、ABS功用制动防抱死系统(简称ABS，Anti-lockBrakeSystem)，是汽车上的一种主动安全装置。其作用就是防止汽车制动时车轮抱死拖滑，并把车轮的滑移率保持在Sp左右的一定范围内，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。保持方向稳定性保持转向控制能力缩短制动距离ABS的优点：装备ABS与未装备ABS汽车相比，各项安全指标的下降百分比见图。7.10%17.40%13.90%11%0.00%5.00%10.00%15.00%20.00%事故数量人员伤亡车辆损伤其他损失安全指标下降率各项安全指标比较2、ABS基本组成及控制原理制动防抱死系统是在常规制动装置的基础上增加一电子控制系统，一般由传感器、电子控制器(ECU)和执行器（制动压力调节器）组成。传感器感受系统控制所需的汽车行驶状态参数，并将运动物理量转换成为电信号。电子控制器根据传感器信号及其内部存储信号，经过计算、比较和判断后，向执行器发出控制指令，同时监控系统的工作状况。执行器则根据ECU的指令，依靠由电磁阀及相应的液压控制阀组成的液压调节系统对制动系统实施增压、保压或减压的操作（见图），让车轮始终处于理想的运动状态。a）增压b）减压c）保压在制动过程中，ABS只在车速超过一定值时才起作用。ABS具有自诊断功能，并能确保系统出现故障时，常规制动系统仍能正常工作。防抱死电子控制系统组成部件功用见下表：组成部件功用传感器车速传感器产生汽车相对于地面移动速度信号，用于计算车轮滑移率轮速传感器产生制动车轮转速信号，用于计算车轮滑移率和角加速度减速度传感器产生汽车减速度信号，用于判别路面附着力执行器制动压力调节器受ECU控制，用于调节制动系统的压力液压泵受ECU控制，用于建立制动压力调节器控制油路的控制油压（可变容积式）；将从轮缸流出的制动液经储能器泵回主缸（流通式）ABS警告灯用于ABS故障报警和闪示故障码控制器（ECU）根据传感器的信号进行计算、分析及判别，输出控制信号，控制执行机构的工作。1、按控制方式分类目前ABS的产品很多，其中德国波许公司、戴维斯公司、美国德尔科和本迪克斯公司生产的ABS在轿车上应用最为广泛中国上海汽车制动系统有限公司生产的ABS是从戴维斯(TEVES)公司引进并合资生产的。1、按控制方式分类按控制方式ABS分为机械式和电子式。目前机械式ABS在国外已趋于淘汰，因此以下介绍的都是电子控制式ABS。2、按控制通道和传感器数目分类控制通道：在ABS系统中，对能够独立进行制动压力调节的制动管路称为控制通道。独立控制或者单轮控制：如果某个车轮的制动压力占用一个控制通道可以单独进行调节，称为独立控制或者单轮控制。同时控制或一同控制：如果两个车轮的制动压力是一同进行调节的(共同占用电子控制器的一个控制通道)，称为同时控制或一同控制。低选和高选原则：在两个车轮一同控制时，如果以保证附着系数较小的车轮不发生抱死为原则进行制动压力调节，这两个车轮就是按低选原则一同控制；如果以保证附着系数大的车轮不发生抱死为原则进行制动压力调节，这两个车轮就是按照高选原则一同控制。因此，在一同控制中，有低选和高选原则之分。(1)四通道式(2)三通道式(3)双通道式(4)单通道式(1)四通道式a)双制动管路前后布置b)双制动管路对角线布置四通道四传感器式ABS(2)三通道式a)三通道四传感器式；b)三通道四传感器式(对角线布置)；c)三通道三传感器式三通道式ABSabc3、其他方法分类除上述分类方法外，还有：按制动压力调节器的动力来源：分为液压式和气压式；按制动压力调节器调压方式：分为流通式（循环式）和变容式；按制动压力调节器与制动总泵结构关系：分为整体式和分离式；按ABS与ASR（或TCS）是否一体化：分为ABS式和ABS/ASR式。二、ABS主要部件的结构与工作原理（一）传感器1、轮速传感器2、减速度传感器（二）电子控制器(ECU)1、输入级电路2、计算电路3、输出级电路4、安全保护电路（三）制动压力调节器1、电磁阀2、蓄能器与电动泵（一）传感器1、轮速传感器功用：检测车轮运动状态，获得车轮转速信号。安装位置：一般都安装在车轮上，有些驱动车轮设置在主减速器或变速器中。安装方式：有径向安装和轴向安装方式（见图）。类型：主要有电磁感应式和霍尔效应式两类。2、减速度传感器轮速传感器安装位置a)驱动车轮处；b)非驱动车轮处；c)主减速器处；d)变速器处；l-传感器头；2-半轴；3-悬架支座；4-齿圈；5-轮毂；6-转向节；7-齿圈(主减速器从动齿轮)；8-变速器磁感应式车轮转速传感器安装形式a)凿式端头，径向安装；b)菱形端头，轴向安装；c)柱式端头，轴向安装；1-传感器头；2-齿圈电磁感应式轮速传感器结构：主要由传感头和齿圈（转子）。传感头由永久磁铁、感应线圈、极轴等组成。齿圈多为一带齿的圆环。传感头与齿圈间的间隙通常为0.5-1mm。工作原理：永久磁铁具有一定强度的磁场，其磁力线经极轴-磁隙-齿圈(转子)-空间-永久磁铁构成回路。当齿圈随车轮一同转动过程中，极轴与齿圈间的空气间隙(或磁阻)交替变化。磁隙小时磁通强，磁隙大时磁通弱。由于磁通周期性的变化，在感应线圈的两端便产生交变电压信号（见图）。电磁感应式轮速传感器外形与基本结构传感器输出的交变电压信号的频率与齿圈的齿数和转速成正比。另外，车轮转速也会影响轮速传感器交变电压的幅值（在传感头与齿圈的间隙一定时，交变电压的幅值决定于磁通变化率，在一定范围内，交流电压的幅值随车轮转速成正比变化）。特点：①结构简单、成本低；②输出信号的幅值随转速的变化而变化，一般为1-15V；③若轮速过慢，其输出信号低于1V，ECU无法检测；④频率响应不高，当转速过高时，传感器的频率响应跟不上，容易产生误信号；⑤ABS有效测速范围较窄，一般为15-160Km/h；⑥抗电磁波干扰能力差。电磁感应式轮速传感器工作原理a)齿隙与极轴端部相对；b)齿顶与极轴端部相对；c)传感器感应电压信号霍尔效应式轮速传感器特点：输出信号幅值不受转速影响、频率响应高（控制车速范围可扩大到8～260km／h）、抗电磁波干扰能力强。结构和工作原理：由传感头和齿圈组成。传感头由永磁体、霍尔元件和电子电路等组成。永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿圈，在图a所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱；在图b所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。齿圈转动过程中，使得通过霍尔元件的磁力线密度发生变化，从而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一准正弦波电压（mV级）。此信号由电子电路转换成标准的脉冲电压(见图)。a)霍尔元件磁场较弱b)霍尔元件磁场较强霍尔效应式轮速传感器结构原理霍尔效应式轮速传感器电子电路框图及输出波形减速度传感器减速度传感器也称G传感器，用于测量汽车制动时的减速度，以识别路面情况。有差动变压器式、水银式、光电式和半导体式等。（1）差动变压器式传感器利用差动变压器原理获得减速度信号。由差动变压器和电子电路两部分组成。差动变压器主要由一个初级绕组、两个相串联的次级绕组和铁心组成。直流电经过振荡电路变成交流电压加到初级绕组上，在次级绕组中分别产生电压u1