第1章汽车行驶安全性控制系统

汽车电子控制技术（下）主讲：赵迎生第一章汽车行驶安全性控制系统教学目的及要求：ABS系统简介车轮滑移率概念附着系数与滑移率的关系纵向附着系数横向附着系数ABS系统的优点ABS的分类ABS的控制技术车轮滚动的三种情况：（还有转向）自由滚动、加制动力矩的滚动、加驱动力矩的滚动第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）ABS/ASR引言第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防滑控制系统第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防滑控制系统制动过程中车轮的三种运动状态第一阶段：纯滚动，路面印痕与胎面花纹基本一致车速V=轮速Vω第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防滑控制系统第二阶段：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Vω第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防滑控制系统第三阶段：抱死拖滑，路面印痕粗黑。轮速Vω=0第一章汽车行驶安全性控制系统实验证明：弹性轮胎与地面之间的附着系数与滑转率有关。第一节汽车防滑控制系统第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防滑控制系统第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）ABS-AntilockBrakingSystem(防抱死制动系统）ASR-AccelerationSlipRegulation(驱动防滑系统）一、ABS的作用1.ABS的作用汽车的最大制动力取决于地面附着力：F≤FΦ附着力分为纵向附着力和侧向附着力。在汽车制动过程中，纵向附着力决定汽车的纵向运动，影响汽车的制动距离；侧向附着力决定汽车的侧向运动，影响汽车的方向稳定性和转向操纵能力。附着力FΦ=FZ·Φ，影响附着系数的因素除了路面和轮胎以外，还有车轮滑移率。第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）车轮滑移率是指实际车速V与车轮速度VW之差同实际车速的比值：S=S=0，纯滚动；S=100%，纯滑动；S=0～100%，边滚边滑。影响车轮滑移率的因素包括以下几个方面：①汽车的载质量②前、后轴的载荷分布情况；③轮胎种类及轮胎与道路的附着状况；④路面种类和路面状况；⑤制动力大小及其增长速率。ww100%1100%1100%vrvvvvvw骣骣-骣鼢珑÷ç鼢?-?-?珑÷ç鼢珑÷ç鼢珑桫桫桫第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）滑移率与附着系数之间的关系：①附着系数取决于路面性质。②在各种路面上，附着系数都随滑移率的变化而变化。③在各种路面上，当滑移率为20%左右时，纵向附着系数最大，制动效果最好。附着系数与滑移率的关系(虚线与实线标注的上下顺序一一对应)φB—纵向附着系数；φS—横向附着系数；S—滑移率数值趋于相反横向附着系数小的危害：（1）失去转向能力；（2）方向稳定性差。第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）2.横向附着系数与总向附着系数的关系（1）制动时保持方向稳定性；（2）制动时保持方向控制能力；（3）缩短制动距离；（4）减少轮胎磨损；（5）减少驾驶员紧张情绪。第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）3.ABS的优点第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）干燥硬实路面上的滑移率与附着系数的关系：纵向附着系数最大时的滑移率称为理想滑移率或最佳滑移率。车轮抱死时，纵向附着系数变小，使制动距离变长。车轮抱死时，横向附着系数趋于零，汽车将失去方向稳定性和转向控制能力。如果前轮抱死，虽然汽车能沿直线向前行驶，但是失去转向控制能力。如果后轮抱死，汽车制动时在横向外力的作用下就会发生侧滑(甩尾)，甚至出现调头等危险现象。为了获得最佳制动性能，应将滑移率控制在10%到30%范围内。ABS的作用，就是使汽车在制动过程中自动调节车轮的制动力，防止车轮抱死滑移，从而缩短制动距离，提高方向稳定性，增强转向控制能力，减少交通事故的发生。第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）二、ABS系统的基本组成与工作过程ABS的基本组成与工作过程组成：车轮转速传感器、ECU、制动压力调节装置和报警灯等组成的。制动压力调节装置主要由调压电磁阀总成、电动泵总成和储液器组成。1—车轮转速传感器；2—右前制动器；3—制动主缸；4—储液室；5—真空助力器；6—电子控制装置(ECU)；7—右后制动器；8—左后制动器；9—比例阀；10—ABS警示灯；11—储液器；12—调压电磁阀总成；13—电动泵总成；14—左前制动器播放ABS工作视频第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）ABS分类四通道防抱死制动系统1—制动压力调节分装置2—转速传感器第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）三通道防抱死制动系统1—制动压力调节分装置2—转速传感器第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）双通道防抱死制动系统1—制动压力调节分装置2—转速传感器第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）前轮按高选择原则一同控制时对方向稳定性的影响a)前后车轮均处于附着系数分离路面b)前车轮驶入附着系数均一路面的瞬间第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）两前轮从附着系数分离路面驶入附着系数均一路面时的制动力变化a)两前轮按高选择原则一同控制b)两前轮独立控制第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）单通道防抱死制动系统1—制动压力调节分装置2—转速传感器第一章汽车行驶安全性控制系统逻辑门限值控制、最优控制和滑动模态变结构控制等。逻辑门限值控制通常都是将车轮的减速度和加速度作为主要控制门限，而将车轮滑移率作为辅助控制门限。车轮加速度、减速度、参考滑移率门限值都是通过反复试验获得的经验数据。第一节汽车防抱死制动系统（ABS）ABS控制方法第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）高附着系数时间的制动控制第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）低附着系数时的制动控制第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）典型的防抱死制动系统的组成1—车轮轮速传感器2—右前制动器3—制动主缸4—储液室5—真空助力器6—ECU7—右后制动器8—左后制动器9—比例阀10—ABS报警灯11—储液器12—调压电磁阀总成13—电动泵总成14—左前制动器第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）ABS的电磁感应式轮速传感器(a)驱动车轮(b)非驱动车轮车速转速传感头在车轮上的安装三、ABS主要部件的结构与工作原理第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）(a)主减速器(b)变速器车轮转速传感器在传动系统中的安装位置1、5—传感器；2、3—齿圈；4—变速器传感头与齿圈之间的间隙很小，通常只有0.5mm到1mm左右，多数车轮转速传感器的间隙是不可调的。电磁感应式车轮转速传感器的工作原理:(a)齿隙与磁心端部相对时(b)齿顶与磁心端部相对时(c)传感器输出电压1—齿圈；2—磁心端部；3—感应线圈引线；4—感应线圈；5—永久性磁心；6—磁力线；7—电磁感应式传感器；8—磁极；9—齿圈齿顶第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）电磁式轮速传感器分类：根据磁心端部的结构形状，可分为凿式极轴、柱式极轴车轮转速传感器(a)凿式极轴轮速传感器(b)柱式极轴轮速传感器电磁感应式车轮转速传感器的结构1—电缆；2—永久磁铁；3—外壳；4—感应线圈；5—极轴；6—齿圈第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）由于结构形式的不同，传感头与齿圈的相对安装方式也有区别：(a)凿式极轴传感头(b)菱形极轴传感头(c)柱式极轴传感头(柱式极轴的一种)电磁感应式车轮转速传感器的传感头与齿圈的相对安装方式第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）电磁式车轮转速传感器结构简单，成本低，但存在以下缺点：①电磁感应式轮速传感器向ABS的ECU输送的电压信号的强弱是随转速的变化而变化的，信号幅值一般在1V到15V的范围内变化。当车速很低时，传感器输出的电压信号若低于1V，则ECU无法检测到如此弱的信号，ABS也就无法正常工作。②电磁感应式轮速传感器频率响应较低。当车轮转速过高时，传感器的频率响应跟不上，容易产生错误信号。③电磁感应式轮速传感器的抗电磁波干扰能力较差，尤其在输出信号幅值较小时。第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）ABS的霍尔效应式轮速传感器霍尔式轮速传感器优点：①输出的电压信号强弱不随转速的变化而变化。在汽车电源电压为12V的条件下，信号的幅值保持在11.5V到12V不变，即使车速很低时也不变。②传感器频率响应高达20kHz，用于ABS中，相当于车速为1000km/h时所检测的信号频率，因此不会出现高速时频率响应跟不上的问题。③霍尔式车轮转速传感器输出的电压信号强弱不随转速的变化而变化，且幅值较高。因此，霍尔式车轮转速传感器抗电磁波干扰能力较强。第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）霍尔式车轮转速传感器的组成和工作原理(a)霍尔元件磁场较弱(b)霍尔元件磁场较强霍尔式车轮转速传感器磁路第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）霍尔式车轮转速传感器电子线路：霍尔元件输出的毫伏级的准正弦波电压首先经放大器放大为伏级电压信号，然后送往施密特触发器转换成标准的脉冲信号，再送到输出级放大后输出给ECU。第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）电子线路原理：其工作电压为8V到15V，负载电流为100kA，工作频率为20kHz，输出信号电压幅值为7V到14V。用于测量汽车制动时的减速度，识别是否是雪路、冰雪等易滑路面。减速度传感器利用差动变压器原理获得加速度信号。差动变压器的铁心处于绕组线圈的中部位置，当汽车制动减速时，铁心受惯性力作用向前移动，从而使差动变压器绕组内的感应电流发生变化。四轮驱动汽车用水银开关型减速传感器，用于检测车身的减速度。第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）ABS的减速传感器（G传感器）播放ABS.mpg视频第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）ABS的ECUABSECU的作用：把各车轮转速传感器传来的信号进行比较、分析和判别；再通过精确计算得出车轮制动时的滑移状况，形成相应的指令，控制制动压力调节器控制制动压力，将滑移率控制在10%到30%的范围内，以达到最佳制动效果。控制系统示意图1—制动踏板；2—报警灯；3—ECU；4—车轮转速传感器；5—车轮；6—制动分泵；7—制动液压力调节装置；8—制动总泵第一章汽车行驶安全性控制系统第一节汽车防抱死制动系统（ABS）1—液压泵和电动机总成；2—右前轮电磁阀；3—左前轮电磁阀；4—右后轮电磁阀；5—左后轮电磁阀；6—执行器；7—ECU；8—减速度传感器；9—诊断接口；10—左后轮速度传感器；11—制动灯；12—右后轮速度传感器；13—制动灯失效传感器；14—左前轮速度传感器；15—右前轮速度传感器；16—制动灯开关；17—制动灯熔丝；18—半球形熔丝；19—驻车制动开关；20—制动液面报警开关；21—制动报警灯；22—报警灯；23—维修接口；24—仪表熔丝；25—点火开关；26、27、28—熔断器；29—电动机继电器；30—总熔断器；31—控制继电器电控系统的电路图ABSECU的控制功能：(1)制动时车速控制功能紧急制动时，制动压力迅速升高，车速下降，车轮加速度降低，当加速度降至一定值时，ECU首先使制动压力调节器保压，随着加速度进