现代汽车的ABS和ASR技术

现代汽车的ABS和ASR技术[摘要]：本文主要介绍汽车防抱死制动系统的定义、结构组成及工作原理分析，同时还介绍ABS系统的电子控制部分的组成和原理，轮速传感器，液压控制等装置的组成和原理；并能进行控制电路的分析。ABS和ASR都是防止和控制汽车在行驶中出现“打滑”现象的电子控制系统。汽车在行驶中的“打滑”有2种概念：一是汽车制动时，车轮在路面上发生抱死拖滑移动现象。二是当汽车在泥泞、冰雪的路面上行驶．尤其是在起步或加速行驶时，常会发生驱动轮在旋转．而汽车却原地不动即驱动轮空转现象。而且ABS也会出现一些问题，我们可以通过一些简单简易的方式来自己检测下，明白一下自己的车子到底出什么问题。[关键词]:ABS技术ASR技术异同点检修目录一、汽车ABS和ASR的发展……………………………1二、汽车ABS和ASR的作用……………………………2三、汽车ABS的组成及其工作过程……………………31、汽车ABS的组成……………………………………32、ABS的工作原理……………………………………9四、ABS系统的布置形式……………………………12五、汽车ASR的组成及其工作原理…………………171、汽车ASR的组成及其工作原理……………………172、ASR制动液压系统…………………………………20六、ABS和ASR的比较…………………………………21七、ABS系统的检修…………………………………22结语……………………………………………………28致谢……………………………………………………29参考文献………………………………………………30一、ABS和ASR的发展史：早在1928年防抱死制动理论就被提出。BOSCH公司在1936年第一个获得了防抱死制动系统的专利权。1954年，FORD公司将ABS装在林肯轿车上。随着电子技术的发展，ABS进入电子控制时代。20世纪60年代后期到70年代初期，凯尔塞·海伊斯公司研制生产的两轮制动的ABS、克莱斯勒公司与BENDIX公司合作研制的四轮制动的ABS、BOSCH和TEVES公司研制的ABS、WABCO公司与BENZ公司合作研制的装备在气压制动的载货汽车上的ABS，都是由模拟式电子控制装置对设置在制动管路中的电磁阀进行控制，直接对各制动轮以电子控制压力进行调节。由于模拟式电子控制装置反应速度慢、控制精度低、易受干扰，致使各种ABS均未达到预期的控制效果。仅依靠调节发动机输出转矩不能解决汽车在对开路面上很好地起步加速的问题。为了解决这一问题，需要对附着不好的一侧驱动轮施加部分制动，以充分发挥附着条件较好的一侧的地面驱动力。随着ABS技术的不断发展和成熟，利用ABS压力调节系统可实现这一目标。采用制动干预控制的ASR系统通常都是同ABS集成在一起的，形成ABS/ASR系统。1986年12月，BOSCH公司第一次将ABS与ASR结合起来，率先推出了具有防抱死制动和驱动防滑转功能的防滑控制系统ABS/ASR2U装置。目前，虽然ABS/ASR已经广泛应用，但控制方法还是以逻辑门限值控制为主。该控制方法虽比较简单，但逻辑复杂，所有的门限值都需要大量的实验来确定，调试起来很困难。而且，采用逻辑门限值控制的ABS/ASR系统通用性比较差，需要针对不同的车型重新开发。随着各种现代控制理论不断发展和完善，采用优化控制理论，可实现伺服控制和高精度控制。将智能控制技术如模糊控制、神经网络控制技术应用到ABS/ASR系统中，可以提高系统的自适应性和可靠性。相对于目前的基于滑移率的控制算法，基于路面附着系数的控制算法容易实现连续控制，能适应各种路面变化，控制滑移率在最佳滑移率附近，使ABS/ASR的控制效果得以改善。二、汽车ABS和ASR的作用：1、ABS的功用：ABS的主要作用是改善整车的制动性能，提高行车安全性，防止在制动过程中车轮抱死（即停止滚动），从而保证驾驶员在制动时还能控制方向，并防止后轴侧滑。其工作原理为：紧急制动时，依靠装在各车轮上高灵敏度的车轮转速传感器，一旦发现某个车轮抱死，计算机立即控制压力调节器使该轮的制动分泵泄压，使车轮恢复转动，达到防止车轮抱死的目的。ABS的工作过程实际上是“抱死—松开—抱死—松开”的循环工作过程，使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态，有效克服紧急制动时由车轮抱死产生的车辆跑偏现象，防止车身失控等情况的发生。2、ASR的作用:它的主要目的是防止汽车驱动轮在加速时出现打滑，（特别是下雨下雪冰雹路冻等摩擦力较小的特殊路面上，当汽车加速时将滑动率控制在一定的范围内，从而防止驱动轮快速滑动。它的功能一是提高牵引力；二是保持汽车的行驶稳定。行驶在易滑的路面上，没有ASR的汽车加速时驱动轮容易打滑；如是后驱动的车辆容易甩尾，如是前驱动的车辆容易方向失控。有ASR时，汽车在加速时就不会有或能够减轻这种现象。在转弯时，如果发生驱动轮打滑会导致整个车辆向一侧偏移，当有ASR时就会使车辆沿着正确的路线转向;最重要的是车辆转弯时，一旦驱动轮打滑就会全车一侧偏移，这在山路上极度危险的，有ASR的车刚一般不会发生这种现象。在装有ASR的车上，从油门踏板到汽油机节气门(柴油机喷油泵操作杆)之间的机械连接被电控油门装置所代替。当传感器将油门踏板的位置及轮速信号送到单元(CPU)时，控制单元就会产生控制电压信号，伺服电机依此信号重新调整节气门的位置(或者柴油机操纵杆的位置)，然后将该位置信号反馈至控制单元，以便及时调整制动器。三、汽车制动系统组成1、汽车ABS的组成：1）通常，ABS是在普通制动系统的基础上加装车轮速度传感器、ABS电控单元、制动压力调节装置及制动控制电路等组成的，如下图-1：ABS系统的组成（分置式）1.前轮速度传感器2.制动压力调节装置3.ABS电控单元4.ABS警告灯5.后轮速度传感器6.停车灯开关7.制动主缸8.比例分配阀9.制动轮缸10.蓄电池11.点火开关制动过程中，ABS电控单元(ECU)3不断地从传感器1和5获取车轮速度信号，并加以处理，分析是否有车轮即将抱死拖滑。如果没有车轮即将抱死拖滑，制动压力调节装置2不参与工作，制动主缸7和各制动轮缸9相通，制动轮缸中的压力继续增大，此即ABS制动过程中的增压状态。如果电控单元判断出某个车轮(假设为左前轮)即将抱死拖滑，它即向制动压力调节装置发出命令，关闭制动主缸与左前制动轮缸的通道，使左前制动轮缸的压力不再增大，此即ABS制动过程中的保压状态。若电控单元判断出左前轮仍趋于抱死拖滑状态，它即向制动压力调节装置发出命令，打开左前制动轮缸与储液室或储能器(图中未画出)的通道，使左前制动轮缸中的油压降低，此即ABS制动过程中的减压状态。2）ABS各部件的介绍：（1）转速传感器转速传感器的功用是检测车轮的速度，并将速度信号输入ABS的电控单元。如下图-2所示为转速传感器在车轮上的安装位置。图-2：轮速传感器在车轮上的安装位置目前，用于ABS系统的速度传感器主要有电磁式和霍尔式两种。①电磁式转速传感器结构传感头的结构如下图-3所示，它由永磁体2、极轴5和感应线圈4等组成,极轴头部结构有凿式和柱式两种。图-3：车轮转速传感器剖视图齿圈6旋转时，齿顶和齿隙交替对向极轴。在齿圈旋转过程中，感应线圈内部的磁通量交替变化从而产生感应电动势，此信号通过感应线圈末端的电缆1输入ABS的电控单元。当齿圈的转速发生变化时，感应电动势的频率也变化。ABS电控单元通过检测感应电动势的频率来检测车轮转速。电磁式轮速传感器结构简单、成本低，但存在下述缺点：一是其输出信号的幅值随转速的变化而变化。若车速过慢，其输出信号低于1V，电控单元就无法检测；二是响应频率不高。当转速过高时，传感器的频率响应跟不上；三是抗电磁波干扰能力差。目前，国内外ABS系统的控制速度范围一般为15～160km/h，今后要求控制速度范围扩大到8～260km/h以至更大，显然电磁感应式轮速传感器很难适应。②霍尔轮速传感器霍尔轮速传感器也是由传感头和齿圈组成。传感头由永磁体，霍尔元件和电子电路等组成，永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮。图-4：霍尔轮速传感器示意图当齿轮位于图中(a)所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱；而当齿轮位于图中(b)所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。齿轮转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个毫伏(mV)级的准正弦波电压。此信号还需由电子电路转换成标准的脉冲电压。霍尔轮速传感器具有以下优点：其一是输出信号电压幅值不受转速的影响。；其二是频率响应高。其响应频率高达20kHz，相当于车速为1000km/h时所检测的信号频率；其三是抗电磁波干扰能力强。因此，霍尔传感器不仅广泛应用于ABS轮速检测，也广泛应用于其控制系统的转速检测。③ABS液压控制总成的结构：ABS液压控制总成是在普通制动系统的液压装置基础上经设计后加装ABS制动压力调节器而形成的。3）普通制动系统的液压装置一般包括制动助力器、双腔式制动主缸、储液室、制动轮缸和双液压管路等。除了普通制动系统的液压部件外，ABS制动压力调节器通常由电动泵、储能器、主控制阀、电磁控制阀和一些控制开关等组成。实质上，ABS系统就是通过电磁控制阀体上的控制阀控制分泵上的油压迅速变大或变小，从而实现了防抱死制动功能。(1)电动泵电动泵是一个高压泵，它可在短时间内将制动液加压(在储能器中)到15～18MPa，并给整个液压系统提供高压制动液体。电动泵能在汽车起动一分钟内完成上述工作。电动泵的工作独立于ABS电脑，如果电脑出现故障或接线有问题，电动泵仍能正常工作。(2)储能器储能器的结构形式多种多样。图5-109为活塞-弹簧式储能器示意图，该储能器位于电磁阀与回油泵之间，由轮缸来的液压油进入储能器，进而压缩弹簧使储能器液压腔容积变大，以暂时储存制动液。(3)电磁控制阀电磁控制阀是液压调节器的重要部件，由它完成对ABS的控制。ABS系统中都有一个或两个电磁阀体，其中有若干对电磁控制阀，分别控制前、后轮的制动。常用的电磁阀有三位三通阀和二位二通阀等多种形式。(4)压力控制、压力警告和液位指示开关压力控制开关(PCS)独立于ABS电脑而工作，监视着储能器下腔的压力。压力报警开关(PWS)和液位指示开关(FLI)的功能是，当压力下降到一定值(14MPa以下)时或制动液面下降到一定程度时，点亮制动系统故障指示灯和ABS故障指示灯，同时让ABS电脑停止防抱死制动工作。④制动压力调节器制动压力调节器串接在制动主缸与轮缸之间，通过电磁阀直接或间接地控制轮缸的制动压力。通常，把电磁阀直接控制轮缸制动压力的制动压力调节器称作循环式调节器，把间接控制制动压力的制动压力调节器称作可变容积式调节器。⑤循环式制动压力调节器此种形式的制动压力调节器是在制动总缸与轮缸之间串联一电磁阀，直接控制轮缸的制动压力。这种压力调节系统的特点是制动压力油路和ABS控制压力油路相通。2、ABS系统的工作原理如下：1)常规制动常规制动过程中，ABS系统不工作。电磁线圈中无电流通过，电磁阀处于“升压”位置，此时制动主缸与轮缸直通，由制动主缸来的制动液直接进入轮缸，轮缸压力随主缸压力而增减。此时回油泵也不需工作。2）保压过程当轮速传感器发出抱死危险信号时，ECU向电磁线圈通入一个较小的保持电流(约为最大电流的1/2)时，电磁阀处于“保压”位置。此时主缸、轮缸和回油孔相互隔离密封，轮缸中的制动压力保持一定。图-9：保压过程3）减压过程如果在“保持压力”命令发出后，仍有车轮抱死信号，ECU即向电磁线圈通入一个最大电流，电磁阀处于“减压”位置，此时电磁阀将轮缸与回油通道或储液室接通，轮缸中制动液经电磁阀流入储液室，轮缸压力下降。图-10：减压过程4）增压过程当压力下降后车轮加速太快时，ECU便切断通往电磁阀的电流，主缸和轮缸再次相通，主缸中的高压制动液再次进入轮缸，使制动压力增加。图-11：增压过程四、ABS系统的布置形式ABS系统中，能够独立进行制动压力调节的制动管路称为控制通道。如果对某车轮的制动压力可以进行单独调节，