第10章 防抱死制动系统end1

1汽车与交通工程学院汽车电器与电子控制技术陈林林第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统2本章主要内容§10.1ABS系统基本工作原理§10.2ABS的组成与结构第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统3目录ABS系统基本工作原理10.1ABS的组成与结构10.2ABS工作原理视频10.3第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统4§10.1ABS系统基本工作原理教学目的要求：掌握ABS系统基本工作原理了解ABS系统的类型主要教学内容：1、ABS系统基本工作原理2、ABS系统的类型教学重点、难点：ABS系统的基本工作原理第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统5防抱制动系统概论ABS的发展ABS系统的发展可以追溯到本世纪初期，早在1928年制动防抱理论就被提出，在30年代机械式制动防抱系统就开始在火车和飞机上获得应用，博世(BOSCH)公司在1936年第一个获得了用电磁式车轮转速传感器获取车轮转速的制动防抱系统的专利权。第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统6进入70年代后期，数字式电子技术和大规模集成电路的迅速发展，为ABS系统向实用化发展奠定了技术基础。博世公司在1978年首先推出了采用数字式电子控制装置的制动防抱系统--博世ABS2，并且装置在奔驰轿车上，由此揭开了现代ABS系统发展的序幕。尽管博世ABS2的电子控制装置仍然是由分离元件组成的控制装置，但由于数字式电子控制装置与模拟式电子控制装置相比，其反应速度、控制精度和可靠性都显著提高，因此，博世ABS2的控制效果己相当理想。从此之后，欧、美、日的许多制动器专业公司和汽车公司相继研制了形式多详的ABS系统。20世纪40年代在波音飞机上应用1978年德国Bostch公司推出电子ABS目前ABS成为汽车标配防抱制动系统概论第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统7防抱制动系统概论完全滚动（未制动，或制动力较小）完全滑动（抱死）当制动器制动力超过地面附着力时，车轮会产生滑移，此时制动效果变差。边滚边滑从完全滚动到完全滑动之间的过度状态，其中滑动所占的比例即“滑移率”制动时车轮的三种状态第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统8防抱制动系统概论车轮抱死后制动力反而会减小前轮抱死：将使前轮失去转向能力后轮抱死：将使车辆侧滑甚至甩尾资料：在发生人身伤亡的交通事故中，在潮湿路面上约有1/3与侧滑有关；在冰雪路面上有70%~80%与侧滑有关。车辆抱死滑移的危害第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统9能根据路面状况，控制车轮的滑移率在某一范围内工作。在汽车制动过程中，自动调节车轮的制动力，防止车轮的制动抱死。即使在非常恶劣的路面条件下，也能够保证车辆：(1)在制动时方向的稳定性(2)在制动时的转向操纵能力(3)获得较短的制动距离(4)无需点制动ABS的功能防抱制动系统概论第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统10防抱制动系统概论ABS(Anti-lockBrakeSystem)：防抱死制动系统制动无ABS有ABS行驶方向障碍物第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统11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ABS系统基本工作原理第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统12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。ABS系统基本工作原理（1）制动器制动力—Fμ（2）地面制动力—Fx制动时地面对车轮的切向反作用力。（3）附着力—Fφ地面对轮胎切向反作用力的极限值。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。（4）地面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统13其中：S-滑移率；V-车辆线速度；r-车轮半径；ω-车轮角速度纯滚动时：S=0纯拖滑时：S=100%边滚边滑时：0S100%100%VrωVS滑移率ABS系统基本工作原理第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统14滑移率对附着系数的影响附着系数S=20%左右时附着系数最大0纵向附着系数横向附着系数100滑移率S（%）纵向附着系数大，可以产生较大的制动力；横向附着系数大，可以产生较大的侧向力，保证汽车制动时的方向稳定性。S在20%左右时，汽车的横向附着系数和纵向附着系数都比较大。ABS系统基本工作原理分析结论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。第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统15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%。ABS系统基本工作原理车轮在制动过程中，以5～10次/秒的频率进行增压、保压、减压的不断切换，使S稳定在20%是最理想的制动控制过程。ABS的功用是控制实际制动过程接近于理想制动过程。第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统16优于普通制动系统建立在普通制动系统正常工作的基础上只有超过一定的速度值ABS才开始工作只有抱死时才调节优点（1）缩短制动距离（2）增加汽车制动时的稳定性（3）改善轮胎的磨损（4）使用方便、工作可靠ABS与普通制动系统的关系ABS系统基本工作原理第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统17ABS的工作原理在车轮接近抱死的情况下，相应车轮的制动压力将被释放并在要求或测得车轮重新加速期间保持恒定，在重新加速之后逐步增加制动压力。ABS系统控制车轮滑移率的执行机构是系统压力调节装置，ECU根据车轮速度传感器发出的信号，由电控单元判断确定车轮的运动状态，向驱动压力调节装置的电磁阀线圈发出指令，通过电磁阀的动作来实现对制动分泵的保压、减压、增压控制。压力调节装置的电磁阀以很高的频率工作（4~6次/s），以确保在短时间内有效地对车轮滑移率实施控制。ABS系统基本工作原理第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统18当汽车制动前轮抱死时，汽车会失去转向能力，后轮抱死时会造成汽车急转甩尾。制动防抱死系统就是在制动过程中防止车轮被制动抱死，提高制动减速度、缩短制动距离，能有效地提高汽车的方向稳定性和转向操纵能力，保证汽车的行驶安全。制动防抱死系统对汽车性能的影响主要表现在减少制动距离、保持转向操纵能力、提高行驶方向稳定性以及减少轮胎的磨损方面。ABS无ABS制动有ABS制动ABS系统基本工作原理第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统19ABS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（加压、减压和保压）使车轮保持在制动力最大的滑转范围内。ABS系统基本工作原理第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统20ABS的控制及布置形式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。如果对两个(或两个以上)车轮的制动压力同时进行调节，则称这种控制方式为同时控制。在两个车轮的制动压力进行同时控制时，如果以不易抱死的车轮（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，称这种控制方式为高选择方式控制；如果以易抱死的车轮（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，则称这种控制方式为低选择方式控制。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。目前汽车上三通道ABS系统使用较多。ABS系统的类型第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统21ABS系统的类型ABS系统的种类现代汽车常用电磁阀式四轮防抱死制动系统。按生产厂家分类：德国的波许（Bosch）ABS系统和坦孚（Teves）ABS系统。目前欧、美、日、韩等国汽车采用最多；美国的达科（Delco）ABS系统；美国的本迪克斯（Bendix）ABS系统；第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统22§10.2ABS的组成与结构教学目的要求：掌握ABS系统的组成主要教学内容：1、ABS系统的组成2、车轮转速传感器3、电控单元（ABSECU）4、制动压力调节器5、制动开关和ABS报警灯教学重点、难点：制动压力调节器第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统23ABS是在传统制动基础上，又增设如下装置：☆车轮轮速传感器☆电子控制单元ECU☆制动压力调节器☆ABS警告灯ABS系统的组成第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统24ABS系统的组成第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统25ABS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系统的组成第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统26轮速传感器制动压力调节器汽车制动时：（1）首先由轮速传感器感受车轮转速信号，并将电信号送入ECU。（2）由ECU计算出车轮速度、滑移率及车轮的减速度，然后再由ECU向压力调节器发出制动压力控制指令。（3）压力调节器中的电磁阀控制制动压力的增减。ABS系统的组成第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统27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，产生与轮速成正比的电信号，送给ECU决定是否开始进行防抱死制动。【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第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统28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车轮转速传感器第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统29电控单元（ABSECU）【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，并对故障信号进行监控。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。第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统30电控单元（ABSECU）第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统31（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四传感器四通道ECU的内部结构电控单元（ABSECU）第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统32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调节。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。第10章防抱死制动系统与驱动防滑系统33制动压力调节器（液压控制单元）结构：电磁阀部分：阀杆、阀座、线圈等液压单元：储液腔、回油泵等1-电磁阀2-制动器3-轮速传感器4-主缸5-回油泵（电机及液压泵）6-储液器7-E