汽車(chē)電子技術(shù)電子教案--CHAPTER5.2

1、北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)一、概述1、汽車(chē)開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介開(kāi)環(huán)控制：制動(dòng)器制動(dòng)力矩的大小僅與駕駛員的操縱力、制動(dòng)力的分配調(diào)節(jié)、制動(dòng)器的尺寸和型式有關(guān)，與車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，制動(dòng)時(shí)易出現(xiàn)抱死拖滑。閉環(huán)控制：可感知制動(dòng)輪每一瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相應(yīng)地調(diào)節(jié)制動(dòng)器制動(dòng)力矩的大小，避免出現(xiàn)車(chē)輪抱死的現(xiàn)象?？墒蛊?chē)在制動(dòng)時(shí)維持方向的穩(wěn)定性和縮短制動(dòng)距離，有效地提高了行車(chē)的安全性。制動(dòng)防抱死系統(tǒng)CHAPTER 5.2 汽車(chē)制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)2、汽車(chē)制動(dòng)防抱死技術(shù)的發(fā)展 制動(dòng)防抱死裝置最早應(yīng)用在20年代初期的火車(chē)上，二戰(zhàn)期間開(kāi)始應(yīng)用到噴氣式飛

2、機(jī)上。二戰(zhàn)后，出現(xiàn)汽車(chē)用純機(jī)械式ABS。60年代隨電子技術(shù)的發(fā)展開(kāi)始研究電子式ABS。70年代用于豪華轎車(chē)上，80年代開(kāi)始普及。87年歐共體頒布法規(guī)，從91年起歐共體國(guó)家生產(chǎn)的新車(chē)型均需裝備ABS系統(tǒng)二、汽車(chē)路面附著性能1、滑移率S S = （v -rr0）/ v 100 %其中v 車(chē)輪中心的速度即汽車(chē)車(chē)身的速度 rr0車(chē)輪的動(dòng)力半徑 車(chē)輪的角速度純滾動(dòng)時(shí)v = rr0，S=0；純抱死拖滑時(shí)=0，S=100%CHAPTER 5.2北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)CHAPTER 5.22、附著系數(shù)與滑移率S之間的關(guān)系3、影響附著系數(shù)的因素有四大類(lèi)：路面因素R、輪胎因素T、汽車(chē)因素V和制動(dòng)工況

3、因素M路面因素：路面基礎(chǔ)、材料、宏觀不平度、微觀粗糙度、表面覆蓋物、橫向坡度、路面曲率等輪胎因素：輪胎尺寸及其比例、簾布層結(jié)構(gòu)、輪胎徑向、切向、側(cè)向剛度、胎壓、胎面花紋及磨損程度、輪胎類(lèi)型等汽車(chē)因素：整車(chē)質(zhì)量、懸架質(zhì)量、整車(chē)質(zhì)心位置、輪距、軸距、車(chē)輪動(dòng)態(tài)載荷、車(chē)身繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、各車(chē)論轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、轉(zhuǎn)換到驅(qū)動(dòng)車(chē)輪上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、車(chē)輪外傾角、懸架裝置的類(lèi)型和性能、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類(lèi)型和性能、制動(dòng)系統(tǒng)的類(lèi)型和性能制動(dòng)工況因素：車(chē)速、制動(dòng)踏板動(dòng)作速度、車(chē)輛行駛路跡、風(fēng)速及其作用方向、側(cè)向力和制動(dòng)器的溫度等。北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)CHAPTER 5.2北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)CHAPT

4、ER 5.2三、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理由三大部分組成：輪速傳感器、壓力調(diào)節(jié)器和電子控制裝置（1）輪速傳感器作用：檢測(cè)車(chē)輪轉(zhuǎn)速，并把檢測(cè)到的信息傳給電子控制裝置。分類(lèi)：鑿式，柱式和菱形內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理：安裝方式：北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)CHAPTER 5.22、壓力調(diào)節(jié)器作用：接受并執(zhí)行ECU的指令，使制動(dòng)輪缸或氣室能實(shí)現(xiàn)壓力增高、壓力保持或壓力降低。安裝：在制動(dòng)輪缸和制動(dòng)總缸之間分類(lèi)：滑閥式和柱塞式。每種類(lèi)型又有不同的形式和結(jié)構(gòu)，一般由回油泵、存儲(chǔ)器和電磁閥組成?；赜捅茫涸谥苿?dòng)壓力減少時(shí)，抽吸制動(dòng)輪缸的制動(dòng)液，并把它泵回制動(dòng)主缸存儲(chǔ)器：暫時(shí)儲(chǔ)存壓力減少時(shí)流出的制動(dòng)液電磁閥

5、：用于制動(dòng)壓力的調(diào)節(jié)北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)CHAPTER 5.2（1 1）壓力上升）壓力上升無(wú)激勵(lì)，制動(dòng)主缸進(jìn)口和輪缸進(jìn)口之間有一個(gè)無(wú)障礙通道（2 2）壓力保持）壓力保持最大電流半值，副彈簧從壓縮狀態(tài)釋放，不再有壓縮力，僅有主彈簧力作用，三個(gè)孔相互隔離（3 3）壓力降低）壓力降低最大電流激勵(lì)，主彈簧繼續(xù)被壓縮，卸載閥打開(kāi)，輪缸壓力降低3、電子控制裝置系統(tǒng)構(gòu)成：輸入級(jí)、數(shù)字控制器、輸出級(jí)和穩(wěn)壓與保護(hù)裝置（1 1）輸入級(jí)）輸入級(jí) 主要由低通濾波器和用來(lái)抗干擾并放大輪速信號(hào)的輸入放大器等組成。把由輪速傳感器送來(lái)的正弦交流電壓變換成方波輸出，并用此信號(hào)去控制數(shù)字電路的兩個(gè)大規(guī)模集成電路L

6、S1和LS2北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)CHAPTER 5.2（2 2）數(shù)字控制器）數(shù)字控制器 數(shù)字控制器由兩個(gè)相似的相互獨(dú)立的數(shù)字電路LS1和LS2組成。兩個(gè)電路平行，各自獨(dú)立處理來(lái)自?xún)奢啠ㄗ笄癡L+右后HR，右前VR+左后HL）的信號(hào)，并執(zhí)行邏輯加過(guò)程。這種方式可以很容易實(shí)現(xiàn)通道隔離，隔開(kāi)電路中的錯(cuò)誤。（3 3）輸出級(jí)）輸出級(jí) 兩個(gè)輸出級(jí)電路均采用大功率晶體管，接受來(lái)自LS1和LS2傳來(lái)的電磁閥激磁執(zhí)行指令。（4 4）穩(wěn)壓與保護(hù)裝置）穩(wěn)壓與保護(hù)裝置 具有檢測(cè)和保護(hù)功能，內(nèi)部有一檢測(cè)電路，一個(gè)故障存儲(chǔ)器和一個(gè)報(bào)警電路，當(dāng)汽車(chē)電源電壓太低時(shí)，除警告燈發(fā)出報(bào)警信號(hào)外，還可切斷汽車(chē)電源系統(tǒng)

7、的電路，暫時(shí)停止向外供電。北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)CHAPTER 5.24、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)工作原理工作原理分為兩類(lèi)：滑閥式和柱塞式（1）滑閥式：為獲得理想的輪缸壓力，系統(tǒng)必須做得相當(dāng)精密，響應(yīng)要快?？膳c驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)配合使用（2）柱塞式：輪缸需要減壓時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)不需打開(kāi)，制動(dòng)液不需流出制動(dòng)管路，減壓和增壓只需通過(guò)柱塞移動(dòng)來(lái)改變油缸容積即可，反應(yīng)快捷，調(diào)節(jié)性能改善北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)CHAPTER 5.2四、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)在汽車(chē)上的布置1、車(chē)輪的控制方式（1）直接控制：?jiǎn)我卉?chē)輪，輪缸或氣室壓力的調(diào)節(jié)根據(jù)自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行（2）間接控制：?jiǎn)我卉?chē)輪，壓力調(diào)節(jié)不根據(jù)自身運(yùn)動(dòng)

8、狀態(tài)，而根據(jù)另外車(chē)輪的（3）不加控制：不對(duì)車(chē)輪輪缸或氣室壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)（4）低選擇控制：兩個(gè)或多個(gè)車(chē)輪聯(lián)合控制。該組壓力調(diào)節(jié)根據(jù)先趨于抱死車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的信號(hào)進(jìn)行。（5）高選擇控制：兩個(gè)或多個(gè)車(chē)輪聯(lián)合控制。該組壓力調(diào)節(jié)根據(jù)后趨于抱死車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的信號(hào)進(jìn)行。（6）獨(dú)立控制：兩個(gè)或多個(gè)車(chē)輪聯(lián)合控制。該組車(chē)輪每一個(gè)車(chē)輪的壓力調(diào)節(jié)都是根據(jù)自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行。即每個(gè)車(chē)輪均為直接控制。（7）修正獨(dú)立控制：兩個(gè)或多個(gè)車(chē)輪聯(lián)合控制。該組車(chē)輪中每一個(gè)車(chē)輪均為直接控制，但這組車(chē)輪輪缸或氣室的壓力差限制在一定范圍內(nèi)。（8）平均控制：兩個(gè)或多個(gè)車(chē)輪聯(lián)合控制。它得到這組車(chē)輪的平均瞬時(shí)角速度，并根據(jù)此信號(hào)對(duì)這組車(chē)輪進(jìn)行

9、控制。北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)CHAPTER 5.22、制動(dòng)防抱死裝置在汽車(chē)上的布置方案考慮因素：與汽車(chē)的其他性能相適應(yīng)、與成本相適應(yīng)、與使用環(huán)境相適應(yīng)，獲得較高的性?xún)r(jià)比。（1）在兩軸貨車(chē)上的布置方案方案a：僅用一個(gè)傳感器和一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，單通道結(jié)構(gòu)，只一個(gè)后輪直接控制，其他輪不加控制。該方案已淘汰 方案b：一個(gè)傳感器和一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，單通道結(jié)構(gòu)，但兩后輪均得到控制方案c：一個(gè)傳感器和一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，前兩輪不加控制，后兩輪為平均控制方案d：兩后輪各一個(gè)傳感器，一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，單通道結(jié)構(gòu)，兩后輪選用低選控制北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)方案e：兩前輪各一個(gè)傳感器，一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器

10、，兩前輪采用高選控制，兩后輪不加控制方案f：兩后輪兩個(gè)傳感器和兩個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，雙通道結(jié)構(gòu)，兩后輪直接控制，兩前輪為間接控制。方案g：兩前輪兩個(gè)傳感器和兩個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，雙通道結(jié)構(gòu)，前輪直接控制，后輪經(jīng)感載比例閥后為間接控制。方案h：前后輪各一個(gè)傳感器，兩個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，雙通道結(jié)構(gòu)，對(duì)角布置的一對(duì)車(chē)輪為直接控制，另一對(duì)車(chē)輪不加控制CHAPTER 5.2北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)CHAPTER 5.2方案i：前后輪各一個(gè)傳感器，兩個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，雙通道結(jié)構(gòu)，對(duì)角布置的一對(duì)車(chē)輪為直接控制，另一對(duì)車(chē)輪為同橋的間接控制方案j：四個(gè)傳感器和四個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，四通道結(jié)構(gòu)，獨(dú)立控制方案k：四個(gè)傳感器和三個(gè)壓

11、力調(diào)節(jié)器，三通道結(jié)構(gòu)，兩后輪獨(dú)立控制，兩前輪采用低選控制。方案l：四個(gè)傳感器，四個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，四通道結(jié)構(gòu)，兩前輪應(yīng)用修正獨(dú)立控制，兩后輪獨(dú)立控制北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)CHAPTER 5.2（2）在小轎車(chē)上的布置方案方案a：四個(gè)傳感器和四個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，四通道結(jié)構(gòu)，獨(dú)立控制方式。采用了對(duì)角線布置的雙管路系統(tǒng)，優(yōu)缺點(diǎn)同貨車(chē)中的方案j方案b：四個(gè)傳感器和三個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，三通道結(jié)構(gòu)，兩前輪為獨(dú)立控制，兩后輪為低選控制。此方案應(yīng)用廣泛。方案c：三個(gè)傳感器和兩個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，兩通道結(jié)構(gòu)，兩前兩輪為低選控制，兩后輪為平均控制。方案d：四個(gè)傳感器和兩個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，雙通道雙管路結(jié)構(gòu)，對(duì)角布置的前后輪均

12、選用低選控制北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)CHAPTER 5.2方案e：兩個(gè)傳感器，兩個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，兩后輪采用低選控制，前輪不加控制。同貨車(chē)中的方案d方案f：兩兩個(gè)傳感器和兩個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，雙通道結(jié)構(gòu)，前輪為直接控制，對(duì)角布置的后輪經(jīng)比例閥后為間接控制。在中低檔前置前驅(qū)動(dòng)轎車(chē)上應(yīng)用較多方案g：四個(gè)傳感器和兩個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，雙通道結(jié)構(gòu)，兩前輪選用高選控制方式，兩后輪采用低選控制方式。前置前驅(qū)動(dòng)轎車(chē)上的另一方案。北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)CHAPTER 5.2（3）在城市公交車(chē)上的布置方案方案a：六個(gè)傳感器，三個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，每個(gè)橋上一個(gè)壓力傳感器，三通道結(jié)構(gòu)，每個(gè)橋上均選用低選控制方式

13、方案b：六個(gè)傳感器，六個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，六通道結(jié)構(gòu)，各輪均為獨(dú)立控制北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)CHAPTER 5.2（4）在牽引頭上的布置方案方案a：六個(gè)傳感器和六個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，六通道結(jié)構(gòu)，兩后軸四個(gè)車(chē)輪應(yīng)用獨(dú)立控制，兩前輪應(yīng)用修正獨(dú)立控制。方案b：四個(gè)傳感器和四個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，四通道結(jié)構(gòu)，前橋應(yīng)用的是修正獨(dú)立控制，第二后軸應(yīng)用的是獨(dú)立控制，第一后軸為間接控制。也可以布置成，第一后軸為直接控制，第二后軸為間接控制，但第二后軸抱死可能性很大，影響車(chē)輛的方向穩(wěn)定性，不宜采用。方案c：6個(gè)傳感器和三個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，三通道結(jié)構(gòu)，前橋?yàn)榈瓦x控制，后兩橋?yàn)檫厡?duì)邊控制，每邊控制形式的選擇取決于懸架的形式。

14、平衡懸架，兩邊都應(yīng)用低選控制，以維持車(chē)輛的方向穩(wěn)定性；非動(dòng)態(tài)平衡懸架，兩邊常采用高選控制方式。北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)CHAPTER 5.2（5）在半掛車(chē)上的布置方案方案a：兩個(gè)傳感器和兩個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，第一軸上的兩車(chē)輪為直接控制，后兩軸的車(chē)論為邊對(duì)邊的間接控制方案b：四個(gè)傳感器和四個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，四通道結(jié)構(gòu)，前軸為獨(dú)立控制，后軸為修正獨(dú)立控制。方案c：四個(gè)傳感器和兩個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，兩通道結(jié)構(gòu)，每側(cè)應(yīng)用的是低選控制方式方案d：四個(gè)傳感器和四個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，四通道結(jié)構(gòu)，第一軸為獨(dú)立控制；第二軸為間接控制，與之配合的是第一軸的同側(cè)車(chē)輪；第三軸為修正獨(dú)立控制北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)C

15、HAPTER 5.21、三種典型布置方案的試驗(yàn)比較方案A：獨(dú)立控制。制動(dòng)距離短，方向盤(pán)轉(zhuǎn)角最大。方案B：后軸獨(dú)立控制，前軸低選控制。制動(dòng)距離最長(zhǎng)，方向盤(pán)轉(zhuǎn)角最小方案C：后軸獨(dú)立控制，前軸修正獨(dú)立控制。制動(dòng)距離和方向盤(pán)轉(zhuǎn)角基本接介于A、B之間。制動(dòng)距離實(shí)驗(yàn)：低附著系數(shù)路面、對(duì)開(kāi)路面和低附著系數(shù)轉(zhuǎn)彎路面方向盤(pán)轉(zhuǎn)角實(shí)驗(yàn)：對(duì)開(kāi)路面北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)CHAPTER 5.2五、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的控制技術(shù)1、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)控制參數(shù)（1）車(chē)輪滑動(dòng)率S。最佳滑動(dòng)率S0P在各種不同附著系數(shù)路面及各種不同的制動(dòng)工況下變化很大，適應(yīng)各種制動(dòng)工況的滑動(dòng)率的門(mén)限值很難確定，僅選用S，難以勝任（2）車(chē)輪滑動(dòng)

16、率對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)ds/dt。當(dāng)車(chē)輪從穩(wěn)定工況過(guò)渡到不穩(wěn)定工況時(shí)，S迅速增加，從而可通過(guò)限制ds/dt的辦法把車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，但不能保證車(chē)輪滑動(dòng)率S始終保持在起最佳值附近（3）車(chē)輪的角減速度或角加速度dw/dt。對(duì)非驅(qū)動(dòng)輪是可行的，對(duì)于驅(qū)動(dòng)輪，如在緊急制動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系不是斷開(kāi)的，發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系轉(zhuǎn)換到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，車(chē)輪減速度的響應(yīng)就比較遲鈍，因此應(yīng)用受限（4）車(chē)輪的角減速度或角加速度dw/dt和車(chē)輪滑動(dòng)率S的組合。實(shí)用的ABS系統(tǒng)都采用這兩個(gè)參數(shù)對(duì)車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行聯(lián)合控制（5）車(chē)輪的角減速度或角加速度dw/dt和車(chē)輪滑動(dòng)率S作為主調(diào)節(jié)參數(shù)，汽車(chē)的減速度a作為輔助調(diào)節(jié)參數(shù)。（6）車(chē)輪路面的縱向附著系數(shù)對(duì)滑動(dòng)率的一階導(dǎo)數(shù)和車(chē)輪滑動(dòng)率S的組合。在不同制動(dòng)工況下，峰值附著系數(shù)對(duì)應(yīng)的最佳滑動(dòng)率是不同的，但在最佳滑動(dòng)率S0P時(shí)，路面的縱向附著系數(shù)對(duì)滑動(dòng)率的一階導(dǎo)數(shù)等于零，所以以此為調(diào)節(jié)參數(shù)，可方便地設(shè)置門(mén)限值，從而保證縱向附著系數(shù)能在最大值附近變動(dòng)，獲得最短的制動(dòng)距離北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)CHAPTER 5.22、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的控制技術(shù)（1）高附著系數(shù)控制技術(shù)（2）低附著系數(shù)控制技術(shù)（3）高附著系數(shù)低附著系數(shù)控制技術(shù)北京航空航天大學(xué) 汽車(chē)工程系 徐向陽(yáng)CHAPTER 5.2（4）汽車(chē)參考速度的計(jì)算 汽車(chē)參考速度Vref是