ABS(制动防抱死系统)介绍

ABS（制动防抱死系统）介绍主要内容一、ABS名称释义二、ABS的发展进程三、ABS的优点四、ABS的扩展应用五、制动理论及ABS的控制理论六、ABS的组成七、MK20－I型ABS的工作过程八、BOSCH公司ABS的工作过程一、ABS名称释义中文：制动防抱死系统英文：Anti-lockBrakingSystem德文：Antiblockiersystem二、ABS的发展进程30年代前铁路机车由于车轮和轨道的摩擦，在车轮外缘磨出些小平面，导致车轮在转动时产生噪音和振动。为了防止这种现象，1908年，J.E.Francis设计了ABS雏形，应用之后发现不仅效果良好，还意外的出现了制动距离缩短的现象。1936年德国的RobertBosch公司取得了ABS专利权。1948年美国的Westinghouse.AirBrake公司开发了铁路机车专用的ABS装置，同年HydroAire公司的ABS初期产品应用到了波音公司的飞机上。50年代以后，GoodYear公司与HydroAire公司分别开发出各自的ABS装置。这种装置不是象开关一样，把液压控制在0或最大，而是根据车轮的减速情况，阶段性地控制液压。1954年美国Ford公司首次将法国民航机用ABS应用在林肯牌轿车上。虽然失败了，但揭开了汽车应用ABS的序幕。同一时期KelseyHayes公司与HydroAire公司联合生产货车用ABS。Ford公司与KelseyHayes公司开始联合开发ABS。1960年上半年HarryFergusonResearch公司将MaxaretABS组合成四轮控制式，并于1966年将四轮控制ABS装在1965年研制的野马V－8车上，试坐的技术人员无不为其性能而惊叹。1960年下半年到1970年期间，德国MercedesBenz公司和Teldix公司联合开发四轮控制ABS装置。(Teldix是Telefunken公司和Bendix公司合资而成的)。1973年美国政府颁布了FMVSS121法规，规定采用空气制动的货车必须加装ABS。但是由于当时ABS所用的计算机是模拟电路，容易受其他电信号的干扰（尤其广播信号），并且导线的腐蚀和接线柱接触不良引起的计算机误判或不动作，常常发生突然制动和没有制动的不正常状况，经常发生制动事故。再加上ABS的体积、质量大，价格高，销路很有限的原因，美国政府不到一年就撤销了此项法规。虽然法规取消了，但这并没有阻碍ABS研究的发展，1970年RobertBosch公司继承了Bendix在Teldix股份，在这个时期实现了从模拟电路向数字电路的转变。1978年秋，MercedesBenz公司在450SEL轿车上选装了RobertBosch公司生产的四轮控制的ABS装置，紧接着在BMW7系列轿车上也采用了RobertBosch公司生产的ABS，这是世界上第一次批量生产的汽车四轮控制的ABS。1981年瓦布科（Wabco）公司和奔驰公司合作推出了大客车和载货汽车用的气压式现代ABS。Teves公司于1984年首次推出了整体式ABS—MKⅡ。90年代，ABS发展愈来愈快，欧洲和美国、日本等地区均在高速发展ABS，直到目前已经形成了智能化模块，将ABS/EBV/EDS/ASR/ESP等功能集成在一起，大大提高了整车行驶性能，安全性能，以及制动性能。三、ABS的优点（1）汽车制动时，使汽车保持制动方向稳定性。（2）汽车制动时，使汽车保持其转向能力。（3）汽车在大多数路面情况下制动时，能够缩短制动距离。（4）能够提高汽车轮胎的使用寿命。四、ABS的扩展应用目前在ABS基础上发展起来的车辆动态控制系统如下：•EBV/EBD－电子制动力分配•EDL/EDS－电子差速锁•ASR－驱动防滑装置或TCS－牵引力控制系统•ESP－电子稳定程序（一）EBV/EBD－电子制动力分配EBD的英文全称是ElectricBrakeforceDistribution。理论与实践证明，在平直道路上，汽车制动过程中若前轮先抱死滑移，汽车能够维持直线减速停车，汽车处于稳定状态。如果后轮比前轮提前先抱死，哪怕快半秒，汽车在横向干扰力作用下也将发生甩尾或回转运动，所以，后轮先抱死是极易导致车辆失去制动的稳定性。EBD功能保证了较高的侧向力及合理的制动力分配。EBD可依据车辆的重量和路面条件来控制制动过程,自动以前轮为基准去比较后轮轮胎的滑动率,如发觉前后车轮有差异，而且差异程度必须被调整时，它就会调整汽车制动液压系统，使前、后轮的液压接近理想化制动力的分布。因此，猛踩制动在ABS动作启动之前，EBD巳经平衡了每一个轮的有效地面抓地力,防止出现后轮先抱死的情况，改善制动力的平衡并缩短汽车制动距离。工作过程：在车辆轻微制动时，EBD功能就起作用。转弯时更是如此。速度传感器记录四个车轮的转动情况，电子控制单元计算车轮的转速，如果后轮滑移率过大，则调整制动压力，使后轮制动力不会过大。当ABS起作用时，即当车轮有抱死倾向时，EBD功能停止工作。（二）EDL－电子差速锁EDL的英文全称是ElectricDifferentialLockEDL借助于每个车轮上ABS车轮转速传感器测得的信号，对测出将要打滑的车轮施加相应的制动力，以防止这个车轮打滑，同时将更多的动力传递到另一侧的车轮。这一装置可实现对前桥或后桥左右两侧车轮的扭矩输出可以在一定范围内进行调节，以保证每个车轮都获得最佳的抓地力。EDL可以把左右驱动轮的滑移率之差控制在允许的范围内。当左右驱动轮在不同的附着系数路面及弯道上行驶时，能提高汽车稳定行驶的能力。EDL调节在车速低于40km/h时起作用，当车速达到40km/h时，EDL将自动切断。（三）ASR－驱动防滑或TCS－牵引力控制系统ASR是德文缩写AntriebsschlupfregelungTCS是英文缩写TractionControllSystem驱动防滑控制系统(ASR)，采用的是通过调整发动机的进气量控制发动机的输出转矩，而进气量的调整是依靠改变节气门的开度实现的。同时ASR系统还对发生滑转的驱动轮直接加以制动。这种方式反应时间最短，是防止滑转的最迅速的一种控制方式，同时，对驱动轮进行制动还能起到差速锁的功能,ASR和EDL联合作用，对滑转的驱动轮施加一定的制动力，能使处于高附着系数路面的车轮产生更大的驱动力，从而提高车辆的通过性。EDL与ASR协同作用在高速时，如果一个或几个车轮打滑会很危险，因此需要ASR。工作条件：在小于40km/h时，如果只是前轮有转速差，只起用EDL系统，如果此时即有前轮转速差，又有前后轮转速差，则二者同时起作用。在大于40km/h时，不论前轮有转速差还是后轮有转速差，则只启用ASR系统，这个时候的依据是，以转得第二快的轮子做为参考，如果与最快的轮子转速差差5km/h，则启动ASR系统。在所有的速度情况下，如果只是前后轮间有转速差，则只启动ASR系统。（四）ESP－电子稳定程序ESP是英文缩写ElectronicStabilityProgramESP称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式。它是一个真正的革命性的稳定的控制系统。它能在危险时刻或车辆失控的瞬间，协助驾驶员操控，使车辆保持行驶稳定。ESP系统由控制单元及转向传感器（监测方向盘的转向角度）、车轮传感器（监测各个车轮的速度转动）、侧滑传感器（监测车体绕垂直轴线转动的状态）、横向加速度传感器（监测汽车转弯时的离心力）等组成。它能够一方面根据方向盘的转角和车轮的速度，时刻监控驾驶员的驾驶意图，另一方面通过测量加速度和侧摆偏转率确定当前汽车的行驶状态。时时刻刻对这两方面进行比较分析，如发现异常，立即作出反应，从而迅速而有效的控制车辆。真空助力器节气门控制单元方向盘转角传感器侧向加速度与横摆角速度传感器电子油门ESP控制单元发动机控制单元ESP/TCS警报灯开关液压单元轮速传感器车轮转动方向制动力矩TB车轮转矩µBW*r汽车的行进方向制动力µBWr1.单个车轮的制动受力情况汽车制动时，影响车轮旋转的主要因素是制动力矩和车轮转矩。•当制动力矩大于车轮转矩时，轮速降低，车轮减速度与制动力矩和车轮转矩之差成正比。W•当制动力矩小于车轮转矩时，轮速增加，车轮加速度与车轮转矩和制动力矩之差成正比。五、制动理论及ABS的控制理论（一）制动理论2.整车的制动受力情况均匀路面•对行驶着的汽车施加适当的制动时，汽车就会平稳地停住。这是因为在制动过程中在轮胎和地面之间产生了与行进方向相反的摩擦力。我们把这个力称为地面制动力。•与各车轮地面制动力的合力大小相等、方向相反、作用在汽车质心上的力叫做惯性力。当左右地面制动力相等时，汽车能够沿着行进方向停住；当左右地面制动力不等时，绕汽车质心产生一个旋转力矩，会使制动跑偏。惯性力前进方向非均匀路面惯性力旋转力矩前进方向3.车轮抱死汽车的运动情况•前轮先抱死拖滑•后轮先抱死拖滑4.载荷的转移•制动时的载荷转移•转向时的载荷转移W内－W外+△回转力矩回转力矩惯性力惯性力－WF+△滑移率(λ)=车速－车轮轮边速度车速×100％5.滑移率µB衡量µS衡量滑移率＝100％6.车轮抱死过程图示及讲解7.理想的制动过程µB（二）ABS的控制理论1.各种路面的µ－λ特性我们将µB大、中、小的路面分别叫做高µ路面、中µ路面和低µ路面。对于ABS控制方式有：•高选择（选择高）控制方式•低选择（选择低）控制方式2.转动惯量对ABS控制的影响除了制动力矩和µB之外整个传动系的转动惯量对ABS控制也有很大的影响。转动惯量影响制动时车轮转速的反应，转动惯量越大，滞后时间越长。空档与（二三档）的比较。转动惯量较小时，随着制动力矩的上升，在滑移率到达λopt之前车轮减速度可以比较快地达到一定值。当转动惯量较大时，车轮减速度到达定值的时间比较慢，一旦达到λopt时，车轮突然进入不稳定区域，制动力矩如再增大，车轮马上抱死。3.ABS目前的控制技术目前的技术，还根本解决不了预测行驶路面的µB－λ的问题，由档位所确定的转动惯量的大小也因车型而异。基于这些原因，目前是采用预测控制技术和模拟控制技术来实现近似的理想控制过程。•预测控制技术是预先规定好控制参数和设定值等控制条件然后进行检测控制。•模拟控制技术是在控制过程中，记录前一控制周期（制动减压到制动增压为一周期）的各参数，再按照这些参数定出下一个控制周期的控制条件。4.ABS控制方式•仅通过车轮减速度进行控制•通过车轮减速度与加速度进行控制•通过滑移率进行控制•通过车轮的减速度和加速度以及滑移率进行控制（较理想的控制方式）前面所介绍的前三种方式存在的问题归结起来有三个方面的问题：1：在高µ路面上出现过渡减压或在低µ路面上发生车轮抱死底现象。2：对µ急变路面的适应性差。特别是从高µ路面向低µ路面跃变时车轮抱死。3：以低速档行驶制动时，驱动轮容易抱死。后一种方式虽然已经属于比较理想的控制，但还有一些细节性的问题需要解决•例如：制动装置的滞后的问题、驱动轴共振的问题。1.ABS系统组成原理图输入信号（车轮转速和开关信号）执行机构（液压单元）中央处理器（ECU）诊断接口及故障指示灯反馈闭环控制六、ABS的组成2.轮速传感器的工作原理工作原理同普通的交流发电机一致。齿圈在磁场中旋转时，齿圈齿顶和磁极之间的间隙发生周期性变化，结果使磁通量周期性的增减，这样在线圈的两端产生正比于磁通量增减速度的感应电压。永久磁铁线圈3.ABS电子控制器的组成集成电路的组成5、6：集成电路8、9：输出电路3：输入电路7：稳压器/故障存储器10：输出极2：输入极3：算术逻辑单元4：控制器逻辑单元6：数据传输器8：监控电路9：故障信号七、MK20－I型ABS的工作过程工作过程1－制动开始（增压阶段）制动刚开始时，电磁阀的线圈没有通电，即没有产生电磁力，磁性活塞被弹簧压在最低的位置。制动液通过真空助力器加压直接作用到车轮的制动轮缸上，迅速产生制动压力，车轮转速随之下降。八、BOSCH公司ABS的工作过程工作过程2－制动维持（保压阶段）随着制动压力的加强，车轮逐渐处于不稳定状态，转速传感器检测