汽车防抱死制动系统(ABS)（PDF63页）

车辆防抱死制动系统21.概述2.ABS的理论基础3.ABS的构造与工作原理4.ABS的控制技术5.典型ABS举例目录3防抱死制动系统及其功能简称：ABS（AntilockBrakingSystem）车辆制动效果的评价指标制动距离短：车轮与路面之间的制动力尽可能大制动跑偏、侧滑和失去转向能力：车辆与路面之间的侧向力越大越好车轮抱死的危害路面制动力减小侧向力减小防抱死制动系统的功能：防止车轮抱死不带ABS的车辆行驶表现带ABS的车辆行驶表现4ABS在车辆上的安装5液压制动原理简介油制动盘活塞支架6ABS工作原理简介轮速传感器传感器转子制动分缸制动灯开关制动盘电子控制单元ECU执行器Actuator轮速传感器安装在汽车驱动轮上，连续不断地测取车轮的转速，并将这些信号传递给ABSECU，电子控制单元将检测到的转速信号处理后与预先存储在电子控制单元中的参考值进行比较，如果车轮的角减速度急剧增大，表明该车轮即将抱死，ABSECU指示执行器降低该车轮制动轮缸的制动液压，车轮开始转动，当传感器的信号表明车轮又正常转动时，ABSECU又发出指令升高车轮制动轮缸的制动液压，而执行器则根据电子控制单元的指令“降低”、“增大”或“保持”各车轮制动轮缸的制动液压，从而以脉冲形式（每秒约4~10次）进行制动压力的调节，将车轮的滑移率始终控制在最佳滑移率范围内，从而保证在制动过程中车轮与路面之间的地面制动力和侧向力最大，缩短制动距离，最大限度地保证制动时车轮的稳定性，提高安全性。7ABS的发展(1)1932:英国专利“制动时防止车轮压紧转动车轮的安全装置”;1936:德国Bosch将电磁传感器用于测量车轮的转速;1978:德国Bosch将微处理器引入ABS控制;估计：本世纪初，全世界汽车ABS装备的比率将达到90%以上。8汽车ABS仍需进一步提高系统的技术性能，提高系统元器件的可靠性，其发展趋势为：1.ABS/ASR一体化:ASR是驱动力防滑转系统的英文缩写，全称为Anti-SlipRegulation。有时也称为驱动力控制系统，全称为TractionControlSystem，简称为TRC。ASR也是典型的机电一体化控制系统，其作用是在汽车的启动和加速过程中，控制传递到驱动轮上的驱动力矩，防止车轮空转，从而使启动和加速过程快速而稳定。由于ASR与ABS所需的工作部件和控制原理等有许多相近的地方，ABS制造公司常将二者集成为一体，实现信息与资源的共享；2.减小体积，降低重量:现代汽车装备的辅助装置越来越多，一方面汽车的重量随之增加，能耗与运行成本也相应地增加，另一方面，可供这些装置布置的空间受到限制，因此，减小ABS的体积，降低系统的总重量一直是ABS生产公司追求的目标；3.基于CAN总线的多控制系统集成网络控制:由于汽车上采用的机电一体化控制装置越来越多，每个系统都有自己的ECU和传感器，装置和信息不能共享。采用基于CAN总线的多控制系统集成网络控制，将ABS与其它系统集成控制，可以节约成本，提高控制效率。ABS的发展(2)92、ABS的理论基础制动过程中车轮的受力及运动分析制动力系数与侧向力系数曲线最佳滑移率范围10轮胎坐标系z轮胎接地区中心运动方向xyFzFyFx轮胎滚动方向轮胎旋转轴轮胎接地区轮胎轮胎接地区中心运动方向11制动力系数/侧向力系数Fx:沿X轴方向的分力,称为地面制动力，又称纵向力;Fy:沿Y轴方向的分力，称为侧向力，或称横向力；Fz：沿Z轴方向的分力，称为法向反作用力；zxxFfFzyyFfFfx:称为制动力系数；fy:称为侧向力系数。12制动滑移率:描述制动过程中的滑移程度ωrvvRvvvSRS—制动滑移率；v—车辆行驶速度；vR—车轮圆周速度；r—车轮动力半径；ω—车轮角速度。显然，车轮作纯滚动时，车轮实际行驶速度与车轮滚动的圆周速度相等，即v=vR，制动滑移率为0；车轮作纯滑动，即车轮抱死时，车轮的圆周速度为零，即vR=0，制动滑移率为1；车轮既滚动又滑动时，制动滑移率在0～1之间。可见制动滑移率描述了制动过程中车轮滑移的程度，滑移率值越大，表明滑移越严重。13有侧偏角时的车轮滑移率－侧偏角：车轮滚动方向与车辆的行驶方向之间的夹角vvSRbysin绝对滑移率vvvSRa侧向滑移率vvvSRbxcos纵向滑移率v-vRcosαvΔvvRsinα以上讨论的是汽车在直线路面上行驶的情形。当汽车转向或行驶在弯曲的道路上时，由于惯性等因素的作用，车轮受到侧向力的作用。此时车轮的滚动方向与汽车的行驶方向不一致，两者之间的夹角称为侧偏角。有侧偏角时的车轮滑移率定义如下:14制动滑移率与车轮运动状态的关系S＝０纯滚动０﹤S﹤１边滚动边滑动S＝１纯滑动结论：滑移率描述了制动过程中车轮滑移的程度，滑移率值越大，表明滑移越严重。15制动力系数特性曲线滑移率00.20.40.60.8100.20.40.60.81制动力系数1.2fsOABfmSm制动时轮胎与路面之间的制动力系数与滑移率有着密切的关系，这种函数关系通常用滑移率—制动力系数特性曲线来描述1600.20.40.60.81.01.20o2o4o6o8o10o12o14o16o18o侧偏角侧向力系数侧向力系数特性曲线由图可知，当侧偏角不超过5°时，侧向附着系数随着侧偏角的增大近似线性地增大；当侧偏角范围达到5°~10°时，侧向力系数继续增大并达到最大值；当侧偏角再增大时，侧向力系数反而有所下降。17路面对制动力系数特性曲线的影响00.20.40.60.811.200.20.40.60.81滑移率制动力系数干水泥路湿水泥路雪路冰路18制动力系数特性曲线与车速的关系00.20.40.60.81.01.200.20.40.60.81滑移率制动力系数V＝10km/h40102540干燥沥青路面潮湿沥青路面19不同侧偏角时侧向力系数随滑移率变化的曲线0.000.200.400.600.801.001.2000.20.40.60.811o6o12o=20o側向力系数滑移率20不同滑移率时侧向力系数随侧偏角变化的曲线0.000.200.400.600.801.001.200o2o4o6o8o10o12o14o16o18o0.40.30.20.160.120.080.04S=0.00侧偏角側向力系数21最佳滑移率范围0.000.200.400.600.801.001.2000.20.40.60.81滑移率附着系数侧向附着系数纵向附着系数最佳滑移率范围22小结车辆的制动性能与轮胎的附着性能密切相关；轮胎的附着性能与轮胎的滑移率密切相关；附着力－滑移率特性曲线与路况、行驶工况密切相关；最佳滑移率范围：0.1—0.3；制动时的最差状况：轮胎抱死。233、ABS的构造与工作原理轮速传感器ABS执行器制动液压系统电子控制单元ECU24轮速传感器：构造1234561、导线2、永久磁铁3、壳体4、线圈5、极轴6、转子25轮速传感器的安装转子：转子是一个带齿的圆环，由磁阻较小的铁磁性材料制成，随车轮一起转动的部件上，如半轴、轮毂或制动盘等，与车轮同步转动；传感头：传感头根据极轴形状的不同可以分为凿式、菱式和柱式极轴轮速传感头等，其内部结构基本相同，主要由永磁体磁芯、传感线圈和极轴等组成。传感头直接安装在车轮附近不随车轮转动的部件上，如半轴套管、转向节、制动底板等。26轮速传感器：工作原理+V-V输出信号感应线圈输出永磁体磁芯转子极轴27ABS执行器：2位2通进油阀构造1、进油管滤清器2、密封圈3、阀体4、阀座5、滤清器6、弹簧7、阀芯8、O形环9、衔铁10、密封盖11、线圈12、线圈架28ABS执行器：2位2通出油阀构造1.阀座2.O形环3.滤清支撑体4.滤清器5.密封圈6.阀芯7.弹簧8.阀体9.衔铁10.线圈11.线圈架29ABS执行器：3位3通电磁阀构造30ABS执行器:常规制动时的工作示意图制动总缸ABSECU单向阀1单向阀2单向阀3回位弹簧A孔打开B孔关闭0A0VC孔31ABS执行器:常规制动时的3位电磁阀和泵电机工作状态部件名工作状态3位电磁阀“A”口打开“B”口关闭泵电机不运转32ABS执行器:压力降低时的工作示意图制动总缸泵ABSECU单向阀1单向阀2单向阀3回位弹簧A孔关闭B孔打开5A12VC孔33ABS执行器:压力降低时的3位电磁阀和泵电机的工作状态部件名工作状态3位电磁阀“A”口关闭“B”口打开泵电机运转34ABS执行器:压力保持时的工作示意图制动总缸ABSECU单向阀1单向阀2单向阀3回位弹簧A孔关闭B孔关闭2A12VC孔35ABS执行器:压力保持时的3位电磁阀和泵电机的工作状态部件名工作状态3位电磁阀“A”口关闭“B”口关闭泵电机运转36ABS执行器:压力升高时的工作示意图制动总缸ABSECU单向阀1单向阀2单向阀3回位弹簧A孔打开B孔关闭0A12VC孔37ABS执行器:压力升高时的3位电磁阀和泵电机的工作状态部件名工作状态3位电磁阀“A”口打开“B”口关闭泵电机运转38制动液压系统39电子控制单元ECU计算电路计算电路轮速传感器输入放大电路输出信号轮速传感器FLRRFRRL电源监控电路故障记忆电路警告灯驱动电路电磁阀控制电路电磁阀控制电路左前电磁阀右前电磁阀后轮电磁阀ABS警告灯电磁阀继电器泵电动机继电器继电器电源外部信号输出信号泵电动机监视制动开关电磁阀继电器监视40小结ABS的三大组成部分：转速传感器、执行器和控制器ECU；转速传感器的工作原理：电磁感应；ABS执行器的三大组成部分：电磁阀、泵电机和低压储液器；ABS控制器;ABS是附加在液压制动系统上的辅助控制系统。414、ABS的控制技术ABS的布置及通道ABS控制方式ABS控制方法ABS控制过程42ABS的布置及通道四通道式三通道式双通道式单通道式43ABS的布置及通道：四通道式压力控制阀轮速传感器44ABS的布置及通道：三通道式压力控制阀轮速传感器45ABS的布置及通道：二通道式压力控制阀轮速传感器46ABS的布置及通道：单通道式压力控制阀轮速传感器四通道式制造成本高，制动过程中容易产生横摆力矩，ABS采用这种布置方式的很少。双通道式尽管制造成本低，但很难兼顾汽车对制动效能和方向稳定性的要求，ABS采用这种布置方式的也不多见。实际使用的ABS液压系统以三通道式居多。三通道式的前轮有两个独立的控制通道，后轮则只有一个控制通道，在下段的控制方式分析中我们可以看出，采用这种布置方式，可以充分利用两个前轮的附着力，同时保证制动过程中的方向稳定性。单通道式的控制通道一般布置在汽车的后桥上，其制造成本低，在一些轻型载货车上有较广泛的应用。47ABS控制方式独立控制低选择控制高选择控制修正的独立控制智能选择控制48ABS控制方式：独立控制控制方式：每个车轮都有专用通道，一个轮速传感器对应一个压力控制阀。优点：每个车轮的附着系数利用率达到最大值，以获得最佳制动效果，制动距离短！缺点：对不对称路面，由于附着系数不同，左右轮产生的路面制动力不同，导致车辆产生附加的横摆力矩，使车辆难以控制，操纵性和方向稳定性不太好！多用于中重型载货车的后轴。49独立控制时的制动横摆力矩lFrFcF50ABS控制方式：低选择控制控制方式：一个车桥上的两个车轮由一条通道控制，即两个轮速传感器对应一个压力控制阀，制动压力取决于预先抱死车轮的状态，对于不对称路面，选择附着系数较低的一侧车轮；优点：左右车轮产生的制动力相同，减少或消除了横摆和转向力矩；操纵性和方向稳定性好！缺点：附着系数较高的一侧车轮的附着系数得不到充分利用。制动距离加大！51ABS控制方式：高选择控制控制方式：一个车桥上的两个车轮由一条通道控制，即两个轮速传感器对应一个压力控制阀，制动压力取决于后抱死车轮的状态，对于不对称路面，选择附着系数较高的一侧车轮进行控制；优点：附着系数得到充分利用；制动距离短！缺点：对于附着系数不对称的路面，