汽车电子电气第11章汽车行驶安全性控制系统

汽车行驶安全性控制系统汽车行驶安全性控制系统第十一章第十一章主要内容主要内容nn11.111.1汽车防滑控制系统汽车防滑控制系统nn11.211.2汽车电子制动系统（汽车电子制动系统（EBSEBS））nn11.311.3汽车防汽车防//避撞控制系统避撞控制系统nn11.411.4安全气囊和安全带安全气囊和安全带nn11.511.5汽车行驶记录系统简介汽车行驶记录系统简介11.111.1汽车防滑控制系统汽车防滑控制系统nnABSABS和和ASRASR汽车防抱死制动系统（汽车防抱死制动系统（AntiAnti--lockBrakinglockBrakingSystemSystem，缩写，缩写ABSABS）是汽车的一种主动安全装）是汽车的一种主动安全装置，附加于原来的制动系统。置，附加于原来的制动系统。汽车驱动防滑系统（汽车驱动防滑系统（ASRASR）是）是ABSABS的延伸，也是的延伸，也是对对ABSABS的完善和补充。的完善和补充。11.1.111.1.1汽车防抱死制动系统（汽车防抱死制动系统（ABSABS））ABSABS在任何情况下都能使紧急制动的车轮保持在在任何情况下都能使紧急制动的车轮保持在最佳的制动状态，获得最佳的制动效果。最佳的制动状态，获得最佳的制动效果。具有以下优点：具有以下优点：（（11）保持汽车制动时的方向稳定性。）保持汽车制动时的方向稳定性。（（22）保持汽车制动时的转向能力。）保持汽车制动时的转向能力。（（33）缩短制动距离。）缩短制动距离。（（44）减少制动时轮胎的磨损，）减少制动时轮胎的磨损，ABSABS能防止轮胎在制能防止轮胎在制动过程中产生剧烈地拖痕，提高轮胎使用寿命。动过程中产生剧烈地拖痕，提高轮胎使用寿命。（（55）减少驾驶员的疲劳强度（特别是汽车制动时的）减少驾驶员的疲劳强度（特别是汽车制动时的紧张情绪）。紧张情绪）。1.1.汽车汽车ABSABS的理论依据的理论依据在驾驶员、汽车和环境三者所组成的闭环控制系在驾驶员、汽车和环境三者所组成的闭环控制系统中，汽车与路面之间的联系是轮胎与路面之间的统中，汽车与路面之间的联系是轮胎与路面之间的作用力。作用力。轮胎与路面之间的附着力遵循摩擦定律，附着力轮胎与路面之间的附着力遵循摩擦定律，附着力取决于其间的垂直载荷和附着系数，其关系如下：取决于其间的垂直载荷和附着系数，其关系如下：FFμμ=F=FNNμμ(11(11--1)1)式中式中FFμμ————轮胎与路面间的附着力，单位为轮胎与路面间的附着力，单位为NN；；FFNN————轮胎与路面间的垂直载荷，单位为轮胎与路面间的垂直载荷，单位为NN；；μμ————轮胎与路面间的附着系数。轮胎与路面间的附着系数。由式（由式（1111--11）可知，要提高地面制动力，）可知，要提高地面制动力，改善汽车的制动效果，则须提高路面附着系改善汽车的制动效果，则须提高路面附着系数。由于汽车行驶过程中的制动，其路面附着数。由于汽车行驶过程中的制动，其路面附着系数并非是一个常数，它是一个与车轮滑移程系数并非是一个常数，它是一个与车轮滑移程度即滑移率有关的变量。滑移即为汽车制动度即滑移率有关的变量。滑移即为汽车制动时，出现车轮速度小于汽车车身速度而导致车时，出现车轮速度小于汽车车身速度而导致车轮既滚动又滑动的现象。轮既滚动又滑动的现象。车轮的滑移率定义为：车轮的滑移率定义为：%100)1(%100)1(%100×-=×-=×-=VVVVVRVVVVVwlww式中式中VVVV————汽车行驶（平移）的瞬时速度；汽车行驶（平移）的瞬时速度；VVωω————车轮的瞬时线速度；车轮的瞬时线速度；ωω————车轮旋转的角速度；车轮旋转的角速度；RR————车轮有效滚动半径。车轮有效滚动半径。（11-2）汽车制动效能的高低也主要反映在对地面最大附着系汽车制动效能的高低也主要反映在对地面最大附着系数的利用率上。附着系数与滑移率之间的变化关系如数的利用率上。附着系数与滑移率之间的变化关系如图图1111--11所示。所示。附着系数与滑移率的关系随路面的性质和状况不同而附着系数与滑移率的关系随路面的性质和状况不同而不尽相同，图不尽相同，图1111--22所示为几种典型路面附着系数随滑所示为几种典型路面附着系数随滑移率变化的曲线。移率变化的曲线。2.2.汽车汽车ABSABS的结构组成、工作原理与分类的结构组成、工作原理与分类(1)(1)汽车汽车ABSABS的结构组成与控制部件的安装位置的结构组成与控制部件的安装位置目前，目前，ABSABS的形式与结构不尽相同，一般来说它的形式与结构不尽相同，一般来说它都是在常规制动装置的基础上，增设车轮速度传感都是在常规制动装置的基础上，增设车轮速度传感器、电子控制单元（器、电子控制单元（ECUECU）、制动压力调节器和）、制动压力调节器和ABSABS警告灯等构成。警告灯等构成。ABSABS的结构组成如图的结构组成如图1111--33所示。所示。ABSABS控制部件的安装位置如图控制部件的安装位置如图1111--44所示。所示。左前轮速度传感器右前轮速度传感器左后轮速度传感器右后轮速度传感器电子控制单元（ECU）液压控制单元(液压调节器)故障指示灯自诊断系统图11-5ABS系统及基本输入、输出信号ABSECUABSECU与基本输入与基本输入//输出信号如图输出信号如图1111--55所示。所示。nn车轮转速传感器车轮转速传感器车轮速度传感器通常是电磁感应式转速传感器，目前车轮速度传感器通常是电磁感应式转速传感器，目前也有霍尔效应式车轮转速传感器。功用是检测车轮的也有霍尔效应式车轮转速传感器。功用是检测车轮的转速并把速度信号送到转速并把速度信号送到ECUECU。。它安装在随车轮或驱动它安装在随车轮或驱动轴旋转的齿圈处，并与轴旋转的齿圈处，并与齿圈对准，如图齿圈对准，如图1111--66所示。所示。nn①电磁感应式车轮转速传感器①电磁感应式车轮转速传感器nnA.A.两种安装形式两种安装形式nnB.B.电磁感应头的组成部分电磁感应头的组成部分由永磁铁、磁极和线圈组成。传感器齿圈是由磁阻由永磁铁、磁极和线圈组成。传感器齿圈是由磁阻较小的铁磁性材料组成，其基本结构如图较小的铁磁性材料组成，其基本结构如图1111--99所所示。示。nn②霍尔传感器②霍尔传感器霍尔效应式车轮转速传感器的基本原理如图霍尔效应式车轮转速传感器的基本原理如图1111--1010所示。永磁铁的磁力线穿过霍尔元件，通向齿所示。永磁铁的磁力线穿过霍尔元件，通向齿轮，这时齿轮的作用相当于一个集磁器。当齿轮处轮，这时齿轮的作用相当于一个集磁器。当齿轮处于图于图1111--10a10a状态时，磁力线分散，穿过霍尔元件状态时，磁力线分散，穿过霍尔元件的磁场相对较弱。当齿轮处于图的磁场相对较弱。当齿轮处于图1111--10b10b状态时，状态时，磁力线密集，穿过霍尔元件的磁场较强，引起霍尔磁力线密集，穿过霍尔元件的磁场较强，引起霍尔电压的变化。电压的变化。通过齿轮的运动，霍尔元件输出通过齿轮的运动，霍尔元件输出mVmV级的准正弦波电级的准正弦波电压。若要将它变换成标准压。若要将它变换成标准TTLTTL脉冲电压，需通过放脉冲电压，需通过放大、整形电路来实现。经放大整形后的转速信号波形大、整形电路来实现。经放大整形后的转速信号波形如图如图1111--1111所示。所示。nn减速度传感器减速度传感器减速度传感器（也称减速度传感器（也称GG传感器）能测出汽车传感器）能测出汽车制动时的减速度，识别是否为雪路、冰路等制动时的减速度，识别是否为雪路、冰路等易滑路面。易滑路面。目前使用的减速度传感器有：目前使用的减速度传感器有：①差动变压器式传感器①差动变压器式传感器②水银开关式传感器②水银开关式传感器③光电式传感器③光电式传感器nn①差动变压器式传感器①差动变压器式传感器差动变压器式传感器通常是利用差动变压器差动变压器式传感器通常是利用差动变压器获得减速度信号，其动作原理如图获得减速度信号，其动作原理如图1111--1212、、1111--1313所示。所示。汽车在正常行使时，差动变压器线圈内的铁汽车在正常行使时，差动变压器线圈内的铁芯处于线圈中部位置，当汽车制动减速时，芯处于线圈中部位置，当汽车制动减速时，铁芯受惯性力（其惯性力与汽车的加、减速铁芯受惯性力（其惯性力与汽车的加、减速度的大小成正比，而方向相反）作用前后移度的大小成正比，而方向相反）作用前后移动，从而使差动变压器线圈内的感应电流发动，从而使差动变压器线圈内的感应电流发生变化，转换为电压作为输出信号。惯性力生变化，转换为电压作为输出信号。惯性力不同，铁芯在线圈内所处的位置随之不同，不同，铁芯在线圈内所处的位置随之不同，输出电压信号值的大小也不同。输出电压信号值的大小也不同。nn②水银开关式传感器②水银开关式传感器图图1111--1414所示是采用水银开关的所示是采用水银开关的GG传感传感器的剖面图。如器的剖面图。如AA--AA剖面所示，水银开关剖面所示，水银开关与水平面有一定的夹角，汽车处于水平位与水平面有一定的夹角，汽车处于水平位置时开关处在置时开关处在““开开””状态。可识别出路面的状态。可识别出路面的附着系数信息并传送到电子控制单元附着系数信息并传送到电子控制单元（（ECUECU）。）。nn③光电式传感器③光电式传感器光电式减速度传感器由两只发光二极管光电式减速度传感器由两只发光二极管LEDLED、、两只光电三极管、一块透光板和信号处理电路等组两只光电三极管、一块透光板和信号处理电路等组成，结构如图成，结构如图1111--15a15a所示。所示。另外还有采用霍尔元件的模拟方式的另外还有采用霍尔元件的模拟方式的GG传感传感器。器。nn电子控制单元（电子控制单元（ECUECU））ECUECU是是ABSABS的控制中枢，其作用是接受的控制中枢，其作用是接受从各个车轮速度传感器送来的信号，经整形从各个车轮速度传感器送来的信号，经整形放大变换为同频率的方波脉冲信号，经计算放大变换为同频率的方波脉冲信号，经计算电路计算汽车参考车速、各车轮速度和减速电路计算汽车参考车速、各车轮速度和减速度（或加速度），并对计算结果与设定的基度（或加速度），并对计算结果与设定的基准值加以比较，发出控制指令信号，经功率准值加以比较，发出控制指令信号，经功率放大器放大，控制制动压力调节器的电磁阀放大器放大，控制制动压力调节器的电磁阀动作，从而调节制动压力。动作，从而调节制动压力。nn制动压力调节装置制动压力调节装置制动压力调节装置种类较多，其结构和工作原理制动压力调节装置种类较多，其结构和工作原理也有较大的差异。可以根据动力来源、调压方式或总也有较大的差异。可以根据动力来源、调压方式或总体结构进行分类。主要介绍液压式制动压力调节器。体结构进行分类。主要介绍液压式制动压力调节器。液压式制动压力调节器主要用于小轿车和轻型载液压式制动压力调节器主要用于小轿车和轻型载货车，气压式制动压力调节器主要用于大型客车和载货车，气压式制动压力调节器主要用于大型客车和载重车。液压式制动压力调节器通常配置于制动主缸和重车。液压式制动压力调节器通常配置于制动主缸和车轮制动缸之间，其作用是接受从车轮制动缸之间，其作用是接受从ECUECU的控制命令，的控制命令，驱动电磁阀或电机，直接或间接地调节制动压力。驱动电磁阀或电机，直接或间接地调节制动压力。nn液压式（液压式（ABS/ASRABS/ASR）制动调节装置主要）制动调节装置主要由电磁阀、电动泵、储液器等元件构成。由电磁阀、电动泵、储液器等元件构成。①电磁阀①电磁阀主要有二位二通电磁阀、二位三通电磁阀、主要有二位二通电磁阀、二位三通电磁阀、三位三通电磁阀。三位三通电磁阀。nnA.A.二位二通电磁阀二位二通电磁阀电磁阀在电磁线圈中没有电流通过时处于开启状态，故称为二位二通常开电磁阀。nnB.B.二位三通电磁阀二位三通电磁阀二位三通电磁阀中衔铁只有两个动作位置，即一个位置是电磁线圈的断电位置（图11-19中所示位置