第四章 汽车制动防抱死系统

16:56:53第四章汽车制动防抱死系统16:56:53引言随着汽车工业的迅猛发展和高速公路的不断修建，汽车的行驶安全性越来越为人们重视。为了全面满足制动过程中汽车对制动的要求，使制动器制动力分配调节更趋合理，防抱死制动装置（ABS)这项80年代末期以来汽车制动安全性的最大成就，已越来越多地应用在汽车上。16:56:53目录一概述二理论基础三机构及工作原理四ABS逻辑控制算法五ABS的整车控制技术16:56:53一概述1）制动性能评价标准2)开环控制系统3)闭环控制系统4）关于ABS16:56:53制动性能的评价标准汽车的制动性能通常用制动效能，制动效能的恒定性，制动时汽车的方向稳定性等项指标评价。16:56:53制动效能制动效能是指汽车以某一速度行驶制动时，迅速降低行驶速度直至停车的制动距离或制动减速度。16:56:53制动效能的恒定性制动效能的恒定性是指车轮制动器的抗热衰退性能，而车轮制动器的抗热衰退性能是指汽车高速行驶或下长坡连续制动时，制动效能的保持程度。16:56:53制动时汽车的方向稳定性制动时汽车的方向稳定性是指汽车在制动过程中维持直线形式的能力，或按预定弯道行驶的能力，制动时汽车若发生跑偏，侧偏或失去转向能力，则汽车必将偏离原来的行驶轨迹。16:56:53开环制动系统制动器制动力矩的大小仅与驾驶员的操纵力、制动力的分配调节、以及制动器的尺寸和形式有关，由于没有车轮运动状态的反馈信号，无法测知制动过程中车轮的运动状态，因此就不能据此调节轮缸或气室制动压力的大小。16:56:53开环系统可能出现的结果在紧急制动时，不可避免地出现车轮在地面上抱死拖滑的现象。当车轮抱死时，地面的侧向附着性能很差，所能提供的侧向附着力很小，在汽车所受到种种干扰外力作用下就会出现方向失稳问题，容易发生交通事故。16:56:53闭环系统出现由于开环制动系统的种种不便，所以产生了汽车制动防抱死系统(ABS)，它可感知制动轮每一瞬间的运动状态，并根据其运动状态响应地调节制动器制动力矩的大小，避免抱死，为闭环制动系统。16:56:53什么是汽车制动防抱死系统（ABS)汽车制动防抱死系统是指在汽车制动过程中自动控制和调节制动力的大小，防止车轮抱死，进而消除制动过程中的侧滑，跑偏，丧失转向能力等非稳定状态，以获得良好的制动性能，操作性能和稳定性能，英文全称为：AntilockBrakingSystem。16:56:53汽车制动防抱死系统•ABS是个闭环制动系统。路面状况交通状况气候状况制动踏板动作轮缸压力调节器车轮电子控制装置驾驶远制动意志管道流体压力制动轮缸压力转速信号控制指令地面制动力车轮运动状态16:56:53ABS的构成1）轮速传感器2）压力调节器3）电子控制装置16:56:53轮速传感器齿轮传感头16:56:53压力调节器此电磁阀工作原理如下：•压力上升:无激励时，既不供能，制动器主缸接口和车轮制动器分缸接口之间有一个无阻碍通道。此状态电磁阀中的两个弹簧起反作用。主弹簧的恢复力较大，故使进油阀在开启力作用下及时打开。•压力保持:如图所示。•压力下降:接通轮缸和回油路1。线圈进油孔回油孔去油槽来自制动总泵去制动轮缸16:56:53电子控制装置输入级数字逻辑电路输出级稳压与保辅装置16:56:53ABS的分类按控制方式分机械液压式电子控制式按安装方式分四通道三通道双通道单通道16:56:53四通道ABS对应于双制动管路的H型(前后)或X型(对角)两种布置形式，四通道ABS也有两种布置形式。由于四通道ABS可以最大程度地利用每个车轮的附着力进行制动，因此汽车的制动效能最好。但在附着系数分离(两侧车轮的附着系数不相等)的路面上制动时，由于同一轴上的制动力不相等，使得汽车产生较大的偏转力矩而产生制动跑偏。因此，ABS通常不对四个车轮进行独立的制动压力调节。16:56:53三通道ABS三通道系统都是对两前轮的制动压力进行单独控制，对两后轮的制动压力按低选原则一同控制。汽车紧急制动时，会发生很大的轴荷转移(前轴荷增加，后轴荷减小)，使得前轮的附着力比后轮的附着力大很多(前置前驱动汽车的前轮附着力约占汽车总附着力的70%-80%)。对前轮制动压力进行独立控制，可充分利用两前轮的附着力对汽车进行制动，有利于缩短制动距离，并且汽车的方向稳定性却得到很大改善。16:56:53双通道ABS双通道ABS在按前后布置的双管路制动系统的前后制动管路中各设置一个制动压力调节分装置，分别对两前轮和两后轮进行一同控制。两前轮可以根据附着条件进行高选和低选转换，两后轮则按低选原则一同控制。由于双通道ABS难以在方向稳定性、转向操纵能力和制动距离等方面得到兼顾，因此目前很少被采用。16:56:53单通道ABS所有单通道ABS都是在前后布置的双管路制动系统的后制动管路中设置一个制动压力调节装置，对于后轮驱动的汽车只需在传动系中安装一个转速传感器。16:56:53滑阀式液压制动驾驶员接到制动信号，踩下踏板，滑阀1通，2关，轮缸压力增大车轮开始制动，传感器检测车轮状态，电控装置分析将抱死，就向调节器发出减压信号，滑阀1关，2通，同时电机工作，驱动油泵抽轮缸油减压。电子控制装置车轮轮缸传感器压力调节器M滑阀1滑阀216:56:53阀滑式气压制动系统工作原理图16:56:53柱塞式制动与滑阀式结构相比，它最大优点是：当轮缸需减压时，调节系统不需打开，减压或增压只通过柱塞的移动来改变油缸容积即可，反应快捷。轮缸传感器制动总泵滑阀电控装置压力调节器柱塞驱动机构16:56:53ABS系统工作原理汽车制动时，速度传感器测定车轮转速，并将信号输送给电子控制单元，当车轮快要抱死时，电子控制单元发出指令给制动压力调节器，时其控制降压，此时轮速上升，制动器再将信号输送给电子控制单元，随之制动液压增加，轮速降低，如此反复，保持前轮转向能力，并维持汽车制动时的稳定性。16:56:53ABS有何特点ABS在制动时可以可以保持车轮转动，从而保证制动时车辆的方向稳定性，使制动力达到最大。有ABS的车辆制动力更强且制动距离更短，正常工作时不受车速的限制。ABS还有自诊断能力。16:56:53ABS发展历程1965年前后，开始安装在汽车上进行路试；1968年在英国投入实际运营；1971年后得到第一次大发展；80年代迎来了第二次大发展；80年代中期以后，得到迅猛发展；1991年起，欧共体规定所有成员国新车型都必须有防抱死系统。16:56:53ABS存在的缺陷汽车制动防抱死系统的优点很突出，当它还是有它的不足之处，主要是：（1）通用性差（2）振动和噪声（3）制动器的摩擦副，即制动鼓（盘）与摩擦片的磨损稍快16:56:53二理论基础要想充分了解汽车制动防抱死系统的整个工作原理及其结构，我们必须在理论方面了解其设计思路及其有关的参数和影响因素。16:56:53车轮滑移率ewee汽车在制动过程中，车轮在路面上的运动是一个边滚边滑的过程，车轮未制动时，车轮可以是纯滚动状态；当车轮抱死时，车轮在路面上的运动处于纯滑动状态。为了定量描述车轮的运动状态，引入车轮滑动率。：实际车速：车轮的切向速度w16:56:53车轮纵向和侧向附着系数纵向附着系数——令制动力Fx与车轮垂直载荷Fz之比为纵向附着系数。侧向附着系数——令车轮侧向力Fy与车轮垂直载荷Fz之比为侧向附着系数。16:56:53影响附着系数的因素影响汽车纵向附着系数和侧向附着系数的主要因素有：a路面因素Rb轮胎因素Tc汽车因素Vd制动工况因素M16:56:53（1）路面因素路面因素包括：路面基础、路面材料、路面宏观不平度、路面微观粗糙度、路表面的覆盖物（如灰尘、油污、水、雪、冰等等）、路面横向坡度、路面的曲率等。16:56:53路面因素曲线图16:56:53（2）轮胎因素轮胎因素包括：轮胎尺寸及其比例、帘布层结构、轮胎的径向、切向、侧向刚度、胎压、胎面花纹及其磨损程度、轮胎的类型等。16:56:53轮胎气压对附着力的影响16:56:53（3）汽车因素汽车因素包括：整车质量、悬挂质量、整车质心位置、轴距、前和后轮距、每个车轮的动态载荷、车身绕轮上的转动惯量、车轮外倾角、悬挂装置的类型和性能、转向系统的类型和性能、制动系统的类型和性能等。16:56:53垂直载荷和车速对附着系数的影响曲线图16:56:53（4）制动工况因素制动工况因素包括：车速、制动踏板动作速度、车辆行驶路迹、风速及其作用方向、侧向力和制动器的温度等。16:56:53三结构及工作原理汽车制动防抱死系统主要由轮速传感器、压力调节器和电子控制装置组成，以下我们将分别从这三部分介绍其结构及其工作原理。16:56:53轮速传感器轮速传感器的作用是检测车轮的转速，并把检测到的信息传递给电子控制装置，它由一个传感头和一个齿圈组成。16:56:53轮速传感器外形图16:56:53传感头外型图16:56:53传感器特性传感器输入输出特性是传感器的基本特性。一种是稳态特性，在这种情况下的待测信号是不随时间变化，或变化缓慢；另一种是动态特性。即待测信号是随时间变化的。16:56:53（1）稳态特性传感器的稳态特性的重要指标有：（1）线性度（2）灵敏度（3）迟滞（4）重复性16:56:53（2）动态特性动态特性是指传感器对输入量的响应特性，传感器若若不能很好地追随输入量的快速变化，会导致严重误差，这种误差若不能得以控制，将严重损害系统功能。16:56:53稳态特性与动态特性ABS传感器要有良好的特性，即阀值较小，分辨率较高，重复性良好，迟滞小，灵敏度高，线形度较高等，而且要有良好的动态特性，以确保ABS对制动压力的控制精度，改善汽车的制动性能，提高汽车的行驶稳定性。16:56:53传感头的工作原理齿圈（6）随车轮一起旋转，与永磁体（2）构成磁路，当轮速变化时，磁通变化，切割线圈（4），产生感应信号，由电缆（1）输出到电子控制装置。16:56:53轮速传感器头剖视图16:56:53轮速传感器输出信号曲线16:56:53轮速传感器安装注意事项为了保证轮速传感器无错误输出，安装轮速传感器时应使传感头精确地对准齿圈，且其之间的空气隙大小适合，并要求安装牢固。为了避免灰尘和飞溅的泥、水等对传感器工作的影响，应有适当的密封与润滑措施。16:56:53压力调节器压力调节器的功用是接受并执行来自电子控制装置的指令，使制动轮缸与气室能实现压力增高、压力保持或压力降低。它在自动调节轮缸或气室的压力时，不受驾驶员的控制。16:56:53典型压力调节器图16:56:53制动压力调节器分类根据电磁阀工作介质的不同可分为气动电磁阀式制动压力调节器液动电磁阀式制动压力调节器根据电磁阀结构不同，液动电磁阀式制动压力调节器可分为三位三通二位三通二位二通16:56:53压力调节器的构成制动压力调节器一般由回油泵、存储器或蓄能器（每个制动器回路一个）和电磁阀等组成，通过电磁阀的工作来实现车轮制动器中压力的自动调节。回油泵的作用是在压力减少的过程中，把制动轮缸的制动液，经存储器泵回制动主缸。存储器用于存储暂存压力减少时突然由轮缸流出的制动液。16:56:53二位三通压力调节阀16:56:53压力调节器特性调节器除必须具备制动系一般阀类部件的性能（如可靠性高，寿命长，高温和低温性能良好，密封性好，便于维护等）之外，还必须具备ABS对其特有的要求：（1）功能特性（2）反应频率及反应时间（3）调压速率（4）频率与速率的协调性16:56:53功能特性功能特性是指调节器能在各种制动力范围内，根据控制器的指令有效地控制制动压力的能力，以及ABS电器系统发生故障后保证制动管路畅通的能力。16:56:53反应频率及反应时间调节器的频率就是用来激励调节器的直流电的方形波电压的频率，调节器频率及反应时间高低的选择，首先取决与ABS功能的需要，其次取决于制动系的技术参数，性能和调节器的调压速率。16:56:53调压速率调压速率是指调节器在单位时间内改变制动轮缸（或制动气室）中制动压力的能力，有增压速率和减压速率之分，调压速率决定了调节器对制动器摩擦力矩的控