汽车制动防抱死系统(ABS)课件

汽车电子技术课件汽车制动防抱死系统（ABS）主讲王克才第一章绪论一、ABS的发展及应用现状ABS问世于20世纪初，1954年被美国首用于林肯牌轿车-失败；20世纪70年代，电子控制的ABS问世，开始了在汽车上广泛开发应用的前景；20世纪80年代后期汽车产品技术的最大成就-ABS技术在汽车上的应用推广；ABS主要生产厂家德国：博世（波许）公司-博世ABS2戴维斯公司-戴维斯MKIIABS美国：德尔科公司-德尔科ABSVI本迪科公司-本迪科斯ABS目前德国大众-改进戴维斯MKIIABS，取名MK20-I型。中国：上海汽车制动系统有限公司引进MK20-I型装用在国产轿车上。二、ABS的作用汽车制动过程中，对车轮的运动状态进行迅速、准确而又有效控制，使车轮的纵向、横向都保持较高的附着系数，从而保证：对汽车的转向能够控制；使汽车在最短距离内停车；减少轮胎磨损；ABS是现代汽车上必装的一种主动、安全保护装置。第二章ABS的基本理论一、汽车制动性能评价指标对汽车的制动性能有多方面的评价指标，常提到的主要评价指标有三个：一是制动效能；二是制动时汽车方向稳定性；三是制动效能恒定性;二、汽车制动时的车轮运动状态汽车在制动过程中，车轮会出现三种不同的运动状态：车速V=轮速Vω-车轮纯滚动；轮速Vω车速V，会出现两种情况：轮速Vω不等于零-车轮边滚边滑；轮速Vω等于零-车轮抱死拖滑。汽车制动中，车轮从纯滚动到抱死拖滑，必须受到一个与行驶方向相反的外力，此外力由地面和空气阻力（忽略不计）提供。地面提供的外力称为地面制动力“Fx”。“Fx”受制动器制动力“Ｆu”和附着力“F”的影响。Fx、Ｆu、F三者之间关系：当FxF时，Fx＝Ｆu，且随Ｆu的增大而增大。当Fx＝F＝Ｆｚ·φ时，Ｆu再增大，Fx＝Fxmax＝Ｆｚ·φ，Fx不再随Ｆu的增大而增大（说明车轮已抱死）。若需增大Fx，必须增大F。F取决于附着系数“φ”，“φ”又受滑移率“S”的影响。三、“S”对“φ”的影响（一）车轮滑移率“S”定义：S=[(V－Vω)/V]×100%=[(V－r.ω)/V]×100%（二）“S”对“φ”的影响分析结论：S20%为制动稳定区域；S20%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。四、理想的制动控制过程（一）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。（二）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%；结论：车轮在制动过程中，以5～10HZ/S的增压、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。五、ABS控制原理（一）控制方式1、车轮滑移率控制方式S=[(V－Vω)/V]×100%=[(V－r.ω)/V]×100%需要测车速—多卜勒雷达FD=f1-f2=（2V/）COSθ2、车轮角速度控制方式因为制动中车轮抱死时，dω/dt最大;设置一个轮速传感器检测轮速求知角加、减速度；ECU中设置合理的角加、减速度门限值，便可实现制动防抱死调节过程。3、逻辑门限值控制方式车轮角加、减速度作主要控制门限；车轮参考滑移率作辅助控制门限；（二）逻辑门限值控制方式控制过程1、控制参数的确定（1）车轮角加、减速度的确定由ECU根据轮速传感器输入信息计算确定Vω=r.ωω=Vω/r（2）参考滑移率的确定设定参考车速Vr：Vr=Vro-jtVro-初始参考车速j-由车轮减速度确定的汽车减速度t-减速时间S参=（Vr-r.ω）/Vr2、控制过程制动开始阶段，随制动压力p的上升，车轮角减速度增大达到设定门限值－a（1阶段），但为了避免车轮在稳定区域滑移率范围内，进入防抱死制动压力减小阶段，需要对车轮的参考滑移率与设定的滑移率下限门限值S1作比较:若参考滑移率小于设定的下限门限值S1时，说明车轮的滑移率偏小，需再进行一段压力保持阶段（2阶段），使车轮充分地制动，直到车轮的参考滑移率大于S1。若参考滑移率大于设定的滑移率下限门限值S1时，说明车轮制动已进入不稳定区域，需要减小制动压力，使参考滑移率减小，使其回到稳定区域，制动过程进入3阶段。由于制动压力减小，车轮在惯性作用下加速，当车轮的角减速度小于角减速度门限值－a时，制动压力不再减小，需保持一段时间（4阶段）。此后由于汽车惯性作用，车轮仍在加速，会出现下列情况：①如果在设定的压力“保持”不变时间内，车轮的加速度未能超过第一加速度+a，电子控制单元Ecu则判定路面情况为低附着系数，此时的控制过程将按低附着系数路面上的控制过程进行。如果车轮的加速度超过第一个加速度+a，则继续“保持”制动压力。②如果因路面附着系数突然增大而使车轮加速度超过第二个加速度控制门限值+A时，应使制动压力再次进入“增大”阶段（第5阶段），使车轮加速度下降直至低于+A，而后又进入制动压力保持阶段（第6阶段），直至车轮加速度又回落到+a以下，表明车轮制动回复到稳定区域，只是制动力稍有不足。③当车轮制动恢复到稳定区域后，为了使制动车轮在更长的时限内处于稳定区域且靠近滑移率Sp附近，利用制动压力调节器对制动压力进行“增大”和“保持”的快速转换（进入第7阶段），使制动分泵的制动压力以较低的升高率增大，直到车轮的角速度再次低于控制门限值－a后，又开始进入制动压力减小阶段（第8阶段）[此时不再考虑滑移率是否超过控制门限S1]，从而进入下一个防抱死制动压力调节循环。六、ABS控制方案及特点控制通道-能够独立进行制动压力调节的制动管路。（一）四传感器、四控制通道特点：1、各制动轮压力均可单独调节（轮控制）-控制精度高；2、制动时可最大限度地利用每个车轮的附着力-方向稳定性好；（二）四传感器、三控制通道特点：两前轮独立控制，两后轮一同控制（轴控制）；按附着力较小车轮不发生抱死为原则进行制动压力调节-低选原则控制；按附着力较大车轮不发生抱死为原则进行制动压力调节-高选原则控制；两后轮按低选原则控制，制动时方向稳定性好；两前轮独立控制，可缩短制动距离，提高转向控制能力；第三章ABS组成、主要部件结构及工作第一节ABS的组成ABS是在常规制动基础上，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；几点说明：1、ABS是在常规制动基础上工作，制动中车轮未抱死时，与常规制动相同；车轮趋于抱死时，ABS才工作，ECU控制制动压力调节器对分泵制动压力进行调节。2、ABS工作的汽车车速必须大于5Km～9Km/h，若低于该车速，制动时车轮仍可能抱死。3、常规制动系统出故障，ABS随之失去控制作用；ABS出故障，ECU自动关闭ABS，同时ABS警告灯点亮并存储故障码，但常规制动系统仍可正常工作。第二节ABS主要部件结构及工作一、轮速传感器1、作用检测车轮转速，产生与轮速成正比的正弦交流信号，经整形、放大转变成数字信号送给ECU，用于对制动压力调节器实施控制。2、磁感应式轮速传感器的组成传感器头（静止）：永久磁铁、感应线圈、极轴；齿圈（转动）：凸齿数40-100不等；传感器头与齿圈间隙：0.6mm-0.7mm；3、安装位置齿圈-轮毂、制动盘；传感器头-转向节、制动底板；4、工作原理齿圈随车轮转动，凸齿和齿隙不断交替在极轴下掠过，使铁心磁通发生变化在感应线圈中产生交变信号电压，频率：f=30-6000Hz，电压幅值：U=1-15V。二、ABSECU功用：组成：（硬件、软件）输入电路、计算电路、输出电路、安全保护电路、故障自诊断三、制动压力调节器（液压）（一）作用根据电子控制单元ECU的控制指令，通过电磁阀的动作对车轮制动器压力实施自动调节，以使车轮滑移率保持在最佳滑移率范围内。（二）调压方式1、流通式（循环式）结构简单、控制方便，被广泛采用。2、变容积式变容积式制动压力调节器由调压缸（缸筒、活塞）、电磁阀、单向阀及微型电机等组成。电磁阀和微型电机将根据ECU指令进行工作。ABS工作时，ECU输出指令，使电磁阀通电关闭；微型电机通电转动，通过传动机构驱动活塞在调压缸中移动，以改变调压缸至制动分泵间的容积。容积减小，制动压力增大；容积不变，制动压力不变；容积增大，制动压力减小。从而进行对制动分泵的制动压力实施调节。（三）制动压力调节器组成制动压力调节器由：储液室、电动泵、蓄压器、电磁阀等组成。1、电磁阀电磁阀是控制液压的具体部件。通过电磁阀的切换，控制制动压力的增大、保持和减小。现代轿车装用的ABS中，常用的电磁阀有以下三种：（1）三位三通电磁阀三位三通电磁阀由博世公司生产，应用于博世ABS中。三位三通电磁阀由进液阀、回液阀、主弹簧、副弹簧、固定铁芯及衔铁套筒等组成。其工作过程是：电磁线圈未通电时，在主弹簧张力作用下，进液阀打开，回液阀关闭，进液口与出液口保持畅通-增压；电磁线圈通入较小电流（2A），产生电磁吸力小，吸动衔铁上移量少，但能适当压缩主弹簧，使进液阀关闭，放松副弹簧，回液阀并不打开-保压；电磁阀线圈通入较大电流（5A），产生电磁吸力大，吸动衔铁上移量大，同时压缩主、副弹簧，使进液阀仍保持关闭，回液阀打开-减压；因为该电磁阀工作在三个状态（增压、保压、减压）——称之为“三位”；对外具有三个接口（进液口、出液口、回液口）——称之为“三通”；所以该电磁阀称之为“三位、三通”电磁阀，常写成3/3电磁阀；（2）二位二通电磁阀二位二通电磁阀又分为：二位二通常开电磁阀；二位二通常闭电磁阀；两个电磁阀均由阀门、衔铁、电磁线圈、回位弹簧等组成。常态下，二位二通常开电磁阀阀门在弹簧张力作用下打开，二位二通常闭电磁阀阀门在弹簧张力作用下闭合。二位二通常开电磁阀用于控制制动总泵到制动分泵的制动液通路，又称为二位二通常开进液电磁阀；二位二通常闭电磁阀用于控制制动分泵到储液器的制动液回路，又称为二位二通常闭出液电磁阀；。两个电磁阀配套使用，共同完成ABS工作中对制动压力调节的任务。（3）二位三通电磁阀二位三通电磁阀主要用于戴维斯MKIIABS中的主电磁阀。二位三通电磁阀主要由：两个阀门（第一球阀和第二球阀）、衔铁、弹簧及电磁线圈等组成。第一球阀（常闭阀门）用于控制助力室与内部储液室之间的制动液通路-高压控制；第二球阀（常开阀门）用于控制储液筒与内部储液室之间的制动液通路-低压控制；其工作过程是：踏下制动踏板：ABS不工作（电磁线圈未通电）时，第一球阀关闭，第二球阀打开，内部储液室与储液筒相通，低压制动液由制动总泵进入两前轮制动分泵，对两前轮实施低压制动。由于助力室在控制滑阀作用下在踏下制动踏板的同时，储存了高压制动液，所以对两后轮实施高压制动。ABS工作（电磁线圈通电）时，第一球阀打开，接通助力室与内部储液室之间的高压制动液通路，第二球阀关闭，切断了储液筒与内部储液室之间的低压制动液通路，此时，前、后轮均为高压制动。在制动过程中，增压、保压、减压的转换均由二位二通常开进液电磁阀和二位二通常闭出液电磁阀控制调节。2、蓄压器与电动回液泵蓄压器依椐储存制动液压力的不同，分为低压蓄压器和高压蓄压器。分别配置在不同型式的制动压力调节系统中。（1）低压蓄压器与电动泵低压蓄压器一般称为储液器，用来接纳ABS减压过程中，从制动分泵回流的制动液，同时还对回流制动液的压力波动具有一定的衰减作用。储液器内有一活塞和弹簧。减压时，回流的制动液压缩活塞克服弹簧张力下移，使容积增大，暂时存储制动液。电动回液泵由直流电动机和柱塞泵组成。柱塞泵由柱塞、进出液阀及弹簧组成。当ABS工作（减压）时，根据ECU输出的指令，直流电动机带动凸轮转动，凸轮将驱动柱塞在泵筒内移动。柱塞上行时，储液器与制动分泵内具有一定压力的制动液进入柱塞泵筒；柱塞下行时，压开进液阀及泵筒底部的出液阀，将制动液泵回到制动总泵出液口。（2）高压蓄压器与电动增压泵高压蓄压器一般常称为蓄能器，用于储存制动中或ABS工作时所需的高压制动液。高压蓄压器多采用黑色气囊状球体。黑