ABS系統(tǒng)工作原理(1)PPT課件

1、東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 馮崇毅第1頁/共65頁復(fù)習(xí)上節(jié)課（復(fù)習(xí)上節(jié)課（ 2011-2011-0 05-15-16 6 ）內(nèi)容：）內(nèi)容：第十一章第十一章、 汽車制動系統(tǒng)控制汽車制動系統(tǒng)控制11.111.1 汽車制動控制系統(tǒng)基本原理汽車制動控制系統(tǒng)基本原理 ABS ABS 的基本功能：的基本功能：11.211.2 ABS ABS基本組成、控制方式基本組成、控制方式11.3 11.3 ABSABS控制過程控制過程有關(guān)內(nèi)容復(fù)習(xí)：有關(guān)內(nèi)容復(fù)習(xí)：本節(jié)課（本節(jié)課（2011-2011-0 05-15-16 6）內(nèi)容：）內(nèi)容： 第2頁/共65頁緒論3第3頁/共65頁緒論4車輛制動距離和制動減速度是由車輛制動力即地

2、面制動力所決定。取決于地面制動力、制動器制動力及附著力。1. 當(dāng)?shù)孛嬷苿恿xb 附著力F時 Fxb=F（制動器力）2. 地面制動力Fxb的最大值不能超過附著力。 FxbF 第4頁/共65頁緒論5NFNFyyxx橫向附著系數(shù)縱向附著系數(shù)第5頁/共65頁緒論6滑移率來表示車輪滑動所占的份額。車輪完全抱死時，滑移率為1，車輪純滾動，滑移率為0。第6頁/共65頁緒論7此外，由下圖可知，汽車制動時的附著系數(shù)與制動時滑移率有很大關(guān)系。第7頁/共65頁緒論8前軸側(cè)滑后軸一旦側(cè)滑，離心力與側(cè)滑方向相同，導(dǎo)致側(cè)滑程度不斷加劇，以至可能翻車，這是十分危險的運(yùn)動狀態(tài)。Fy：側(cè)向干擾力Gx：制動慣性力Fy1：前輪側(cè)

3、向力Fy2：后輪側(cè)向力目前已經(jīng)認(rèn)識到：制動時，若后軸比前軸先拖滑，就可能發(fā)生側(cè)滑；前后軸同時抱死可后軸始終不抱死，則能防止后軸側(cè)滑。后軸側(cè)滑前軸產(chǎn)生側(cè)滑，由于離心力與側(cè)滑方向相反能減小側(cè)滑量。第8頁/共65頁緒論9前輪抱死失去轉(zhuǎn)向能力；后輪抱死統(tǒng)計(jì)表明，后軸側(cè)滑是造成交通事故的主要原因；制動效能下降；第9頁/共65頁緒論10有效防止后輪抱死而導(dǎo)致的側(cè)滑、甩尾等現(xiàn)象，大大提高車輛制動過程的方向穩(wěn)定性； 防止前輪抱死導(dǎo)致車輛喪失轉(zhuǎn)向能力，提高了汽車躲避前方障礙物的操縱性和彎道制動時的軌跡保持能力 ；制動距離比同類車型不帶防抱死系統(tǒng)的車輛的制動距離要短 。第10頁/共65頁緒論11ABS正是利用道路

4、與輪胎系統(tǒng)的關(guān)系，強(qiáng)制性地把車輪的滑移率控制在臨界點(diǎn)Sp的附近，使路面附著性能得到最充分的發(fā)揮，從而達(dá)到最佳效果。第11頁/共65頁ABS的基本結(jié)構(gòu)與工作原理12如上圖所示。主要由轉(zhuǎn)速傳感器、電子控制器和制動壓力調(diào)節(jié)器等三大部分組成。第12頁/共65頁ABS的基本結(jié)構(gòu)與工作原理13ECU根據(jù)輪速傳感器的“滑移率”信號，調(diào)節(jié)制動器的制動壓力，達(dá)到控制車輪“滑移率”的目的。輪速傳感器輪速傳感器液壓調(diào)節(jié)單元第13頁/共65頁ABS的基本結(jié)構(gòu)與工作原理14傳感器與普通的交流發(fā)電機(jī)原理相同，永久磁鐵產(chǎn)生一定強(qiáng)度的磁場，齒圈在磁場中旋轉(zhuǎn)時，齒圈齒頂和電極之間的間隙以一定的速度發(fā)生變化，這樣會使齒圈和電極組

5、成的磁路中的磁阻發(fā)生變化。第14頁/共65頁ABS的基本結(jié)構(gòu)與工作原理15其結(jié)果使磁通量周期性衰減，在線圈兩端產(chǎn)生正比于磁通量增減速度的感應(yīng)電壓。第15頁/共65頁ABS的基本結(jié)構(gòu)與工作原理16ABS系統(tǒng)中的制動壓力調(diào)節(jié)器。其主要作用是接受來自于ECU的指令，直接或間接地控制制動壓力的增、減。是由電磁閥、液壓泵和電動機(jī)等組成。又可分為循環(huán)式和可變?nèi)莘e式。第16頁/共65頁ABS的基本結(jié)構(gòu)與工作原理17第17頁/共65頁ABS的基本結(jié)構(gòu)與工作原理18 電磁閥不工作。主缸與制動分泵直接相通。第18頁/共65頁ABS的基本結(jié)構(gòu)與工作原理19 ABS參與工作。電磁閥的工作電流為1電流。制動分泵與儲油器

6、直接相通，分泵的制動壓力減小。第19頁/共65頁ABS的基本結(jié)構(gòu)與工作原理20電磁閥的工作電流為0電流。制動主缸與制動分泵直接相通，分泵的制動壓力增加。電磁閥的工作電流為1/2電流。所有通路均不通，分泵的制動壓力為保壓狀態(tài)。第20頁/共65頁ABS的基本結(jié)構(gòu)與工作原理21第21頁/共65頁ABS的基本結(jié)構(gòu)與工作原理22回流泵：回流泵將制動分泵中排出的制動液泵回到制動總泵。 儲壓器：儲壓器為在減壓過程中大量回流的制動液提供暫時的儲存所。 阻尼器：阻尼器及其下游的節(jié)流裝置能減少返回到制動總泵中的液壓脈沖幅值，使噪聲減少。第22頁/共65頁ABS的基本結(jié)構(gòu)與工作原理23第23頁/共65頁ABS的基本

7、結(jié)構(gòu)與工作原理24制動主缸制動主缸第24頁/共65頁ABS的基本結(jié)構(gòu)與工作原理25第25頁/共65頁ABS的基本結(jié)構(gòu)與工作原理26l ABS警示燈l ABS執(zhí)行器l 輪速傳感器l ABS控制器第26頁/共65頁ABS控制原理27第27頁/共65頁ABS控制原理28設(shè)路面條件是一定的，則無論車輪的滑移率在任何范圍內(nèi)，其路面附著系數(shù)都不會超過某一給予定的值，即作用在四個輪子上的總制動力必定滿足不等式：mgFxxbmax汽車制動時的最大減速度也必然滿足條件：0agaxmax當(dāng)車輪角速度超過極限條件：dra/此時，表明制動力已超過路面所提供的最大附著力，車輪可能出現(xiàn)抱死傾向?；谏鲜龇治?，最簡單的AB

8、S控制邏輯可確定為：ard第28頁/共65頁ABS控制原理29當(dāng)上述條件成立，表明車輪可能出現(xiàn)抱死的傾向，于是制動缸減壓，反之制動缸增壓。這是最簡單的防抱死制動控制方案。它的動態(tài)調(diào)節(jié)過程如圖所示。第29頁/共65頁ABS控制原理30在制動剛開始時，采用快速升壓，車輪角速度超出固定的門限值-a開始減壓，至負(fù)加速度進(jìn)入門限值-a內(nèi)結(jié)束。隨后以慢速升壓到車輪減速度再次超出-a門限值，似此周期地重復(fù)，直至汽車完全制動。僅以減速度-a作為門限值的邏輯控制，車輪的滑移率變化較大，也不能適應(yīng)路面附著系數(shù)的變化。第30頁/共65頁ABS控制原理31第31頁/共65頁ABS控制原理32雙門限控制邏輯可以適應(yīng)不同

9、的路面特性，一般能消除汽車輪抱死現(xiàn)象。但當(dāng)路面附著系數(shù)出現(xiàn)躍變時，就不能快速適應(yīng)，故對快速變化的路面跟蹤性能較差。車輪正負(fù)加速度門限值防抱死控制第32頁/共65頁ABS控制原理33汽車上一般采用間接的方法由車輪的角速度和負(fù)加速度構(gòu)造車輛的參考車速（見右圖）。在初始制動時，當(dāng)車輪的負(fù)加速度小于-a時，把此時對應(yīng)的車輪速度當(dāng)作初始參考速度V Re0，以后以減速度aRe（通常取汽車在一般路面制動時能達(dá)到的減速度）計(jì)算參考車速。taVVReReRe0則車輪的參考滑移率為：第33頁/共65頁ABS控制原理34在制動剛開始時，采用快速升壓，車輪輪速度低于的門限值開始減壓，至負(fù)加速度超過門限值內(nèi)結(jié)束。隨后以

10、慢速升壓到車輪減速度再次低于門限值 ，似此周期地重復(fù)，直至汽車完全制動。僅以減速度-a作為門限值的邏輯控制，車輪的滑移率變化較大，也不能適應(yīng)路面附著系數(shù)的變化。vR車輪轉(zhuǎn)動速度，由輪速傳感器測得；vF汽車車速；vRe0汽車參考車速，可由公式計(jì)算；車輪瞬時運(yùn)動滑移率，公式計(jì)算第34頁/共65頁ABS控制原理35第35頁/共65頁ABS控制原理36-a+a，增壓、保壓-7a保壓-2vR 且 超過-a時，減壓-3+A-a，保壓-4+A，減壓-5+A+a，保壓-6第36頁/共65頁ABS控制原理37因?yàn)樵诟吒街禂?shù)路面和低附著系數(shù)路面的控制邏輯不一樣，故制動開始往往用于識別路面特性。第3與第6階段使得

11、制動系統(tǒng)即保持較大的滑移率，又使得車輪只在短時間處在大滑移率狀態(tài)，改善了操縱穩(wěn)定性第37頁/共65頁第38頁/共65頁ABS控制原理39綜上所述，邏輯控制是把車輪的加速度分為（-a,+a,+A）幾個門限值，再輔之以車輪的滑移率門限值1，2。在由下降信號切換到保壓的階段，在規(guī)定的時間間隔里監(jiān)測可能出現(xiàn)的幾種門限信號（+a，+A， 1，2 ）作為識別路面特性（低、一般和高附著系數(shù)路面三種情況）的依據(jù)。再根據(jù)識別結(jié)果，分別采用不同的控制邏輯，確保防抱死制動系統(tǒng)對路面狀況的跟蹤性能，在各種路面條件都能取得期望的制動效果。第39頁/共65頁ABS的布置方式及性能40如前所述，ABS單輪控制技術(shù)的本質(zhì)是把

12、車輪的滑移率控制在附著系數(shù)的峰值點(diǎn)。因此在制動時可保證取得最短的制動距離和轉(zhuǎn)向時和操縱穩(wěn)定性。但作為整車，如所有車都采用單輪方式進(jìn)行獨(dú)立控制，在非對稱路面制動時，會產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力距，使汽車不能保持行駛方向的穩(wěn)定性。在當(dāng)前技術(shù)下，最為實(shí)用方法就是通過ABS自身的整車布置方式和整車控制技術(shù)來滿足汽車在不同路面條件下的操縱性和穩(wěn)定性。第40頁/共65頁ABS的布置方式及性能41第41頁/共65頁ABS的布置方式及性能42ABS系統(tǒng)中，能夠獨(dú)立進(jìn)行制動壓力調(diào)節(jié)的制動管路稱為控制通道。 由于四通道ABS可以最大程度地利用每個車輪的附著力進(jìn)行制動，因此汽車的制動效能最好。但在附著系數(shù)分離(兩側(cè)車輪的附著系數(shù)不

13、相等)的路面上制動時，由于同一軸上的制動力不相等，使得汽車產(chǎn)生較大的偏轉(zhuǎn)力矩而產(chǎn)生制動跑偏。因此，ABS通常不對四個車輪進(jìn)行獨(dú)立的制動壓力調(diào)節(jié)。 第42頁/共65頁ABS的布置方式及性能43可采用兩前輪獨(dú)立控制（輪控），按低選方式對后輪施加相等的制動力矩（軸控）。故稱為四傳感器三通道系統(tǒng)由于三通道ABS對兩后輪進(jìn)行一同控制，對于后輪驅(qū)動的汽車可以在變速器或主減速器中只設(shè)置一個轉(zhuǎn)速傳感器來檢測兩后輪的平均轉(zhuǎn)速。汽車緊急制動時，會發(fā)生很大的軸荷轉(zhuǎn)移，使得前輪的附著力比后輪的附著力大很多(故可充分利用兩前輪的附著力對汽車進(jìn)行制動，第43頁/共65頁ABS的布置方式及性能44兩前輪可以根據(jù)附著條件進(jìn)行

14、高選和低選轉(zhuǎn)換，兩后輪則按低選原則一同控制。雙通道ABS多用于制動管路對角布置的汽車上，兩前輪獨(dú)立控制，制動液通過比例閥(P閥)按一定比例減壓后傳給對角后輪。 由于雙通道ABS難以在方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向操縱能力和制動距離等方面得到兼顧，因此目前很少被采用。 第44頁/共65頁ABS的布置方式及性能45ABS總體性能與通道數(shù)和傳感器數(shù)目有關(guān)，一般而言，傳感器和通道數(shù)越多，則ABS性能越好。四傳感器四通道ABS系統(tǒng)是最完備的布置方式 ，由于各個車輪均能任意設(shè)定其控制目標(biāo)，因而可取得最佳效果。但所有車輪均采用獨(dú)立控制，則會導(dǎo)致汽車在非對稱路面失方向穩(wěn)定性。因此，對四傳感器四通道ABS系統(tǒng)，必須研究分析整

15、車控制技術(shù)，使全部的控制通道在各種路況均能發(fā)揮它們的作用，以保證ABS總體性能最佳。從ABS系統(tǒng)的幾種布置形式可以看出，ABS系統(tǒng)通常采用由二路獨(dú)立的液壓回路組成，并布置成前后或?qū)莾煞N形式。第45頁/共65頁驅(qū)動防滑控制46采用驅(qū)動防滑控制（Acceleration Slip Regulation,ASR）技術(shù)對驅(qū)動輪進(jìn)行控制，防止汽車起步、加速過程中驅(qū)動輪打滑（空轉(zhuǎn)），特別是防止汽車在非對稱路面或轉(zhuǎn)彎時驅(qū)動輪空轉(zhuǎn)。第46頁/共65頁驅(qū)動防滑控制47眾所周知，作用在車輪上的驅(qū)動力和側(cè)向力是依賴于摩擦的存在，其合力不會超出摩擦圓。即若驅(qū)動力增加則側(cè)向力就必然減小。若驅(qū)動輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)時，驅(qū)動力和側(cè)

16、向力就處在A區(qū)，相應(yīng)的側(cè)向力很小。驅(qū)動力與側(cè)向力摩擦圓第47頁/共65頁驅(qū)動防滑控制48 車輪滑轉(zhuǎn)，車輪的橫向附著系數(shù)很小，相應(yīng)的側(cè)向力很??； 車輪滑移，車輪的橫向附著系數(shù)很小，相應(yīng)的側(cè)向力很??；從控制車輪與路面的滑移率看，ABS和ASR采用了相同的技術(shù)。ASR控制技術(shù)實(shí)際上是ABS邏輯上的延伸。第48頁/共65頁驅(qū)動防滑控制49ASR控制驅(qū)動輪最佳滑移率的控制方式主要有以下幾種：l對發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制（TCS）l對驅(qū)動輪進(jìn)行制動控制l對可變鎖止差速器進(jìn)行控制l對發(fā)動機(jī)與驅(qū)動輪之間的扭矩進(jìn)行控制這種控制方法包括對離合器和變速器等進(jìn)行控制，實(shí)用中多是通過控制變速器的換擋特性改變傳動比來實(shí)現(xiàn)。

17、上述四種控制方式中，前兩種采用較多。這些控制方式可以被單獨(dú)使用；但目前實(shí)車上采用組合使用的較為普遍。 第49頁/共65頁驅(qū)動防滑控制50合理地控制發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，可以使汽車獲得最大驅(qū)動力。發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的控制手段有：l 調(diào)節(jié)燃油噴油量，如減少或中斷供油； l 調(diào)整點(diǎn)火時間，如減小點(diǎn)火提前角或停止點(diǎn)火l 調(diào)整進(jìn)氣量，如調(diào)整節(jié)氣門的開度和輔助空氣裝置。上述三種手段中，從加速圓滑和燃燒完全、減少污染角度看，調(diào)整進(jìn)氣量最好，但整節(jié)氣門反應(yīng)速度較慢。調(diào)整點(diǎn)火時間和燃油噴射量反應(yīng)速度較快，能補(bǔ)償調(diào)整節(jié)氣門的不足，但推遲點(diǎn)火時間控制不好易造成失火、燃燒不完全、增加排氣凈化裝置中三元催化器的負(fù)擔(dān)。如果只減少燃

18、油噴射量，因受燃燒室內(nèi)廢氣的影響，又會使燃燒過程延遲。第50頁/共65頁驅(qū)動防滑控制51目前廣為采用的控制方法是進(jìn)氣量控制。該方法連續(xù)性強(qiáng)，過度圓滑，較少排氣污染并且可以利用發(fā)動機(jī)制動效應(yīng)以增強(qiáng)控制效果。具體手段是在發(fā)動機(jī)主節(jié)氣門前方設(shè)置一個副節(jié)氣門。正常工作狀況或制動狀況時副節(jié)氣門處于初始全開位置。副節(jié)氣門由步進(jìn)電機(jī)根據(jù)ECU控制，通過改變進(jìn)氣系統(tǒng)流通面積，達(dá)到控制進(jìn)氣量從而減少發(fā)動機(jī)輸出扭矩的目的。第51頁/共65頁驅(qū)動防滑控制52把發(fā)動機(jī)多輸出的功率以熱的形式在制動器上消耗掉。該方式反應(yīng)時間最短，是防止滑轉(zhuǎn)的最迅速的一種控制方式，但為了制動過程平穩(wěn)，出于舒適性考慮，其制動力應(yīng)緩慢升高。此

19、外，該控制方式一般都作為調(diào)整進(jìn)氣量(如節(jié)氣門開度)、改變發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩方式的補(bǔ)充。第52頁/共65頁驅(qū)動防滑控制53當(dāng)出現(xiàn)某一驅(qū)動輪橫向附著系數(shù)等于零的全滑轉(zhuǎn)狀況時，系統(tǒng)自動運(yùn)行鎖止驅(qū)動輪差速器，強(qiáng)迫處于較好附著狀態(tài)的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動提供牽引力使車輛擺脫困境。第53頁/共65頁驅(qū)動防滑控制54第54頁/共65頁驅(qū)動防滑控制55第55頁/共65頁驅(qū)動防滑控制561. ASR電磁閥總成2. 溢流閥3. 電磁閥（8，13，16）4. 壓力開關(guān)5. 蓄能器6. 制動供能裝置7. 泵與電動機(jī)（6、7）8. 3/3電磁閥（17，12）9. 制動分泵（18，11）10.ABS制動壓力調(diào)節(jié)器11.回液泵（14）12

20、.溢流閥（9）13.儲液器（11）第56頁/共65頁驅(qū)動防滑控制57當(dāng)ABS/ARS需動作時，ASR制動電磁閥通電工作，16關(guān)閉通路，13與8接通油路。制動分缸油壓處于增壓狀態(tài)；ECU為3/3電磁閥供以小電流時，壓力調(diào)節(jié)器處以保壓狀態(tài)；ECU為3/3電磁閥供以大電流時，壓力調(diào)節(jié)器處以減壓狀態(tài)；第57頁/共65頁驅(qū)動防滑控制58汽車防防滑控制系統(tǒng)（汽車防防滑控制系統(tǒng)（ARS）第58頁/共65頁主動安全技術(shù)名詞解釋59由于四只輪胎附著地面的條件不同，因此，汽車制動時，很容易因輪胎與地面的摩擦力不同，產(chǎn)生打滑、傾斜和側(cè)翻等現(xiàn)象。就是在汽車制動的瞬間，分別計(jì)算出4個輪胎摩擦力數(shù)值，然后通過調(diào)整制動裝置，達(dá)到制動力與摩擦力（牽引力）的匹配，以保證車輛的平穩(wěn)和安全。 第59頁/共65頁主動安全技術(shù)名詞解釋60踩剎車時，EBD會依據(jù)車輛的重量分布和路面條件，有效分配制動力，以使4個車輪得到更接近理想化剎車力的分布。因此，ABS+EBD就是在ABS的基礎(chǔ)上，平衡每一個輪的有效地面抓地力，改善剎車力的平衡，防止出現(xiàn)甩尾和側(cè)移，使得汽車的安全性能更勝一籌。 第60頁/共65頁主動安全技術(shù)名詞解釋61踩剎車時，EBD會依據(jù)車輛的重量分布和路面條件，有效分配制動力，以使4個車輪得到更接近理想化剎車力的分布。因此，AB