ABS系統(tǒng)工作原理(1)PPT課件

1、東南大學機械工程學院 馮崇毅第1頁/共65頁復習上節(jié)課（復習上節(jié)課（ 2011-2011-0 05-15-16 6 ）內容：）內容：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內容復習：有關內容復習：本節(jié)課（本節(jié)課（2011-2011-0 05-15-16 6）內容：）內容： 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. 當地面制動力Fxb 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橫向附著系數縱向附著系數第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與制動時滑移率有很大關系。第7頁/共65頁緒論8前軸側滑后軸一旦側滑，離心力與側滑方向相同，導致側滑程度不斷加劇，以至可能翻車，這是十分危險的運動狀態(tài)。Fy：側向干擾力Gx：制動慣性力Fy1：前輪側

3、向力Fy2：后輪側向力目前已經認識到：制動時，若后軸比前軸先拖滑，就可能發(fā)生側滑；前后軸同時抱死可后軸始終不抱死，則能防止后軸側滑。后軸側滑前軸產生側滑，由于離心力與側滑方向相反能減小側滑量。第8頁/共65頁緒論9前輪抱死失去轉向能力；后輪抱死統(tǒng)計表明，后軸側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致的側滑、甩尾等現(xiàn)象，大大提高車輛制動過程的方向穩(wěn)定性； 防止前輪抱死導致車輛喪失轉向能力，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)的關系，強制性地把車輪的滑移率控制在臨界點Sp的附近，使路面附著性能得到最充分的發(fā)揮，從而達到最佳效果。第11頁/共65頁ABS的基本結構與工作原理12如上圖所示。主要由轉速傳感器、電子控制器和制動壓力調節(jié)器等三大部分組成。第12頁/共65頁ABS的基本結構與工作原理13ECU根據輪速傳感器的“滑移率”信號，調節(jié)制動器的制動壓力，達到控制車輪“滑移率”的目的。輪速傳感器輪速傳感器液壓調節(jié)單元第13頁/共65頁ABS的基本結構與工作原理14傳感器與普通的交流發(fā)電機原理相同，永久磁鐵產生一定強度的磁場，齒圈在磁場中旋轉時，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的基本結構與工作原理15其結果使磁通量周期性衰減，在線圈兩端產生正比于磁通量增減速度的感應電壓。第15頁/共65頁ABS的基本結構與工作原理16ABS系統(tǒng)中的制動壓力調節(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、液壓泵和電動機等組成。又可分為循環(huán)式和可變容積式。第16頁/共65頁ABS的基本結構與工作原理17第17頁/共65頁ABS的基本結構與工作原理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的基本結構與工作原理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的基本結構與工作原理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的基本結構與工作原理21第21頁/共65頁ABS的基本結構與工作原理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的基本結構與工作原理23第23頁/共65頁ABS的基本

7、結構與工作原理24制動主缸制動主缸第24頁/共65頁ABS的基本結構與工作原理25第25頁/共65頁ABS的基本結構與工作原理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設路面條件是一定的，則無論車輪的滑移率在任何范圍內，其路面附著系數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。基于上述分析，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，至負加速度進入門限值-a內結束。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，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，也不能適應路面附著系數的變化。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不同

9、的路面特性，一般能消除汽車輪抱死現(xiàn)象。但當路面附著系數出現(xiàn)躍變時，就不能快速適應，故對快速變化的路面跟蹤性能較差。車輪正負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加速度構造車輛的參考車速（見右圖）。在初始制動時，當車輪的負加速度小于-a時，把此時對應的車輪速度當作初始參考速度V Re0，以后以減速度aRe（通常取汽車在一般路面制動時能達到的減速度）計算參考車速。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，至負加速度超過門限值內結束。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，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，也不能適應路面附著系數的變化。vR車輪轉動速度，由輪速傳感器測得；vF汽車車速；vRe0汽車參考車速，可由公式計算；車輪瞬時運動滑移率，公式計算第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因為在高附著系數路面和低附著系數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、一般和高附著系數路面三種情況）的依據。再根據識別結果，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單輪控制技術的本質是把

12、車輪的滑移率控制在附著系數的峰值點。因此在制動時可保證取得最短的制動距離和轉向時和操縱穩(wěn)定性。但作為整車，如所有車都采用單輪方式進行獨立控制，在非對稱路面制動時，會產生偏轉力距，使汽車不能保持行駛方向的穩(wěn)定性。在當前技術下，最為實用方法就是通過ABS自身的整車布置方式和整車控制技術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，能夠獨立進行制動壓力調節(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行制動，因此汽車的制動效能最好。但在附著系數分離(兩側車輪的附著系數不

13、相等)的路面上制動時，由于同一軸上的制動力不相等，使得汽車產生較大的偏轉力矩而產生制動跑偏。因此，ABS通常不對四個車輪進行獨立的制動壓力調節(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對兩后輪進行一同控制，對于后輪驅動的汽車可以在變速器或主減速器中只設置一個轉速傳感器來檢測兩后輪的平均轉速。汽車緊急制動時，會發(fā)生很大的軸荷轉移，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44兩前輪可以根據附著條件進行

14、高選和低選轉換，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總體性能與通道數和傳感器數目有關，一般而言，傳感器和通道數越多，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定其控制目標，因而可取得最佳效果。但所有車輪均采用獨立控制，則會導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，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)通常采用由二路獨立的液壓回路組成，并布置成前后或對角兩種形式。第45頁/共65頁驅動防滑控制46采用驅動防滑控制（Acceleration Slip Regulation,ASR）技術對驅動輪進行控制，防止汽車起步、加速過程中驅動輪打滑（空轉），特別是防止汽車在非對稱路面或轉彎時驅動輪空轉。第46頁/共65頁驅動防滑控制47眾所周知，作用在車輪上的驅動力和側向力是依賴于摩擦的存在，其合力不會超出摩擦圓。即若驅動力增加則側向力就必然減小。若驅動輪發(fā)生滑轉時，驅動力和側

16、向力就處在A區(qū)，相應的側向力很小。驅動力與側向力摩擦圓第47頁/共65頁驅動防滑控制48 車輪滑轉，車輪的橫向附著系數很小，相應的側向力很??； 車輪滑移，車輪的橫向附著系數很小，相應的側向力很??；從控制車輪與路面的滑移率看，ABS和ASR采用了相同的技術。ASR控制技術實際上是ABS邏輯上的延伸。第48頁/共65頁驅動防滑控制49ASR控制驅動輪最佳滑移率的控制方式主要有以下幾種：l對發(fā)動機輸出轉矩進行控制（TCS）l對驅動輪進行制動控制l對可變鎖止差速器進行控制l對發(fā)動機與驅動輪之間的扭矩進行控制這種控制方法包括對離合器和變速器等進行控制，實用中多是通過控制變速器的換擋特性改變傳動比來實現(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使用；但目前實車上采用組合使用的較為普遍。 第49頁/共65頁驅動防滑控制50合理地控制發(fā)動機輸出轉矩，可以使汽車獲得最大驅動力。發(fā)動機輸出轉矩的控制手段有：l 調節(jié)燃油噴油量，如減少或中斷供油； l 調整點火時間，如減小點火提前角或停止點火l 調整進氣量，如調整節(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，調整進氣量最好，但整節(jié)氣門反應速度較慢。調整點火時間和燃油噴射量反應速度較快，能補償調整節(jié)氣門的不足，但推遲點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擔。如果只減少燃

18、油噴射量，因受燃燒室內廢氣的影響，又會使燃燒過程延遲。第50頁/共65頁驅動防滑控制51目前廣為采用的控制方法是進氣量控制。該方法連續(xù)性強，過度圓滑，較少排氣污染并且可以利用發(fā)動機制動效應以增強控制效果。具體手段是在發(fā)動機主節(jié)氣門前方設置一個副節(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)氣門由步進電機根據ECU控制，通過改變進氣系統(tǒng)流通面積，達到控制進氣量從而減少發(fā)動機輸出扭矩的目的。第51頁/共65頁驅動防滑控制52把發(fā)動機多輸出的功率以熱的形式在制動器上消耗掉。該方式反應時間最短，是防止滑轉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，其制動力應緩慢升高。此

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

20、.溢流閥（9）13.儲液器（11）第56頁/共65頁驅動防滑控制57當ABS/ARS需動作時，ASR制動電磁閥通電工作，16關閉通路，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，壓力調節(jié)器處以減壓狀態(tài)；第57頁/共65頁驅動防滑控制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，產生打滑、傾斜和側翻等現(xiàn)象。就是在汽車制動的瞬間，分別計算出4個輪胎摩擦力數值，然后通過調整制動裝置，達到制動力與摩擦力（牽引力）的匹配，以保證車輛的平穩(wěn)和安全。 第59頁/共65頁主動安全技術名詞解釋60踩剎車時，EBD會依據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頁主動安全技術名詞解釋61踩剎車時，EBD會依據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