3第三章--制动防抱死系统的解析

第三章制动防抱死系统的结构与工作原理交通运输系：周卫琪防抱死制动系统的作用:1、汽车制动性能与防抱死制动制动性能评价制动性能的主要指标：(1)制动效能——汽车在行驶中，强制减速以至停车的能力称为制动效能。即制动距离、制动时间、制动减速度。受制动器的摩擦力矩、车轮与地面的附着系数的制约。第一节概述汽车制动时车轮受力分析Ｖ——车速ω——车轮旋转角速度Ｍｊ——惯性力矩Ｍμ——制动阻力矩Ｗ——车轮法向载荷Ｆｚ——地面法向反力Ｔ——车轴对车轮的推力Ｆｘ——地面制动力ｒ——车轮半径ｒω——车轮切向速度，简称轮速（1）制动器制动力制动蹄与制动鼓（盘）压紧时形成的摩擦力矩Mμ通过车轮作用于地面的切向力——Fμ（2）地面制动力制动时地面对车轮的切向反作用力——FX（3）地面制动力FX、制动器制动力Fμ及附着力Fφ之间的关系附着力——地面对轮胎切向反作用力的极限值Fφ。附着力取决于轮胎与路面之间的摩擦作用及路面的抗剪强度。地面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系硬路面上附着系数φ与滑移率s的关系（1）制动过程中车轮的三种运动状态第一阶段：纯滚动，路面印痕与胎面花纹基本一致车速V=轮速Vω第二阶段：边滚边滑，路面印痕可以辨认出轮胎花纹，但花纹逐渐模糊。车速V＞轮速Vω第三阶段：抱死拖滑，路面印痕粗黑。轮速Vω=0滑移曲线动画若需增大Fx，必须增大F。F取决于附着系数φ，φ又受滑移率s的影响。（2）滑移率S定义：s=[(V－Vω)/V]×100%=[(V－r·ω)/V]×100%滑移率S=（车身瞬时速度-车轮瞬时速度）/车身瞬时速度制动力的最大值=附着力Fmax=Z×B在法向反力Z一定时，制动力的最大值取决于车轮与地面的纵向附着系数B;而：B与车辆相对地面的滑移率s有关。法向反力纵向附着系数制动力的最大值附着系数与滑移率的关系：在s=20％左右时：纵向附着系数B=Bmax，F=Fmax。当车轮抱死：s=100％时，B反而有所下降，制动力F有所下降，即制动效能将下降。(2)制动时汽车的方向稳定性。定义：指汽车在制动时仍能按指定方向的轨迹行驶，即不发生跑偏、侧滑、失去转向能力。方向稳定性相关因素：横向附着系数S横向附着力车轮与路面的滑移率S图知：S增大时，s减小，当S=100％，即车轮抱死时，s=0，此时，车轮在极小的侧向外力下即产生侧滑。转向轮抱死后失去转向操纵能力。即：车轮抱死将导致汽车的方向稳定性变坏。结论：1）制动时车轮抱死，制动效能和制动时的方向稳定性均变坏。2）制动时将车轮滑移率S控制15％～20％处，纵向附着系数最大，可得到最大制动力，同时横向附着系数也保持较大值，使汽车具有良好的抗侧滑能力及制动时的转向操纵能力，得到最佳期制动效果。稳定区域：0≤S≤(15％～20％)；非稳定区域：15％≤S≤100％。2、防抱死制动系统(ABS)功能获得理想的制动过程最理想的制动过程，制动开始时让制动压力骤升，滑移率达到15%~20%的时间的时间最短。当达到s=15%~20%后，随即适当降低制动压力，并使滑移率保持在S=15%~20%，B=Bmax这样即可得到最短的制动距离——最佳控制。二、防抱死制动系统的发展和应用1950年，世界第一台ABS，首先被应用于飞机上。60年代初，德国博世公司(BOSCH)，开始ABS的开发工作，1978年正式生产出ABSl型汽车防抱死制动系统。1984年推出ABS2型。1986开始生产ABS3型，以后相继开发出ABS2S型、将汽车防抱死制动系统与驱动力自动调节装置有机结合的ABS/ASR系统。ABS在世界汽车的应用BOSCH公司研发单位：80年末期已达到年生产ABS2型100万套的能力，并自1987年起已向欧洲、美国、日本、南韩的22家轿车生产厂和9家载货汽车生产厂的66种汽车提供大量的产品。目前世界各国已有300多种汽车装有ABS，如：德国的奔驰、宝马、雅迪、保时捷、欧定等车。英国的劳斯莱斯、捷达、路化、宾利等车系；意大利的法拉利、的爱快、领先、快意等车系；瑞典的袄尔沃：绅宝等车系；法国的波尔舍车系；美国的福特、红慧星，克莱斯勒的帝王、纽约豪客、男爵、道奇、右风等车系；日本的思域、凌志、本田、奔跃、俊朗、淑女300等车系均采用了ABs系统。长安之星等微型客车上也装备了ABS系统：ABS在轿车上装有率可达95%以上。三、ABS的组成传统制动系统工作原理ABS是在传统制动基础上，又增设如下装置：☆车轮轮速传感器☆电子控制单元ECU☆制动压力调节器☆ABS警告灯ABS的组成传感器电子控制单元(ECU)制动压力调节器（执行器）车速传感器（测速雷达）轮速传感器制动压力调节器回油泵电磁截止器活塞驱动电机等ABS在汽车上布置：ABS执行器ABS控制电脑左后轮速传感器右后轮速传感器左前轮速传感器右前轮速传感器1.故障警告灯2.轮速传感器3.电控单元4.制动开关5.电动液压泵6.ABS液控单元ABS工作原理ABS工作原理动画三、ABS控制参数1.以车轮滑移率为控制参数根据车速和车速传感器的信号计算车轮的滑移率作为控制制动力的依据。S高于设定值，ECU就会输出减小制动力信号，并通过制动压力调节器减小制动压力；S低于设定值时，ECU就会输出增大制动力信号，并通过制动压力调节器增大制动压力，控制滑移率在设定的范围内。已有用多普勒雷达测量车速的ABS。2.以车轮角加速度为控制参数ECU根据车轮的车速传感器信号计算车轮的角加速度作为控制制动力的依据。ECU中设置合理的角加速度、角减速度门限值。制动时，当车轮角减速度达到门限值时，ECU输出减小制动力信号；当车轮转速升高至角加速度门限值，ECU输出增加制动力信号。第二节ABS主要组成的结构及工作原理控制通道—能够独立进行制动压力调节的制动管路；（一）四传感器、四控制通道特点：（1）各制动轮压力均可单独调节（轮控制）-控制精度高；（2）制动时可最大限度地利用每个车轮的附着力-方向稳定性好；一、ABS控制方式及特点（二）四传感器、三控制通道特点：两前轮独立控制，两后轮一同控制（轴控制）；按附着力较小车轮不发生抱死为原则进行制动压力调节-低选原则控制；按附着力较大车轮不发生抱死为原则进行制动压力调节-高选原则控制；二、轮速传感器功用：检测车轮的速度，并将速度信号输入ECU。类型：电磁式轮速传感器、霍尔式轮速传感器。安装轮轴支架技术要求传感器和信号盘间隙:1mm左右测量交流信号0.5以上轮速传感器1．电磁式轮速传感器组成：传感器头（静止）：永久磁铁、感应线圈、极轴；齿圈（转动）：凸齿数40～100不等；脉冲式轮速传感器的外形、剖视图。(a)凿式极轴轮速传感器DF2(b)柱式极轴轮速传感器DF3极轴工作原理齿圈随车轮转动，凸齿和齿隙不断交替在极轴下掠过，使铁心磁通发生变化在感应线圈中产生交变信号电压，频率：f=30～6000Hz，电压幅值：U=1～15V。2、霍尔式轮速传感器组成：传感头、齿圈。传感头组成：永磁体、霍尔元件、电子电路等。霍尔式轮速传感器优点：(1)输出信号电压幅值不受转速的影响。(2)频率响应高。其响应频率高达20KHZ，用于ABS系统时，相当于车速为1000km／h检测的信号频率。(3)抗电磁波干扰能力强。由于其输出信号电压不随转速的变化而变化，且幅值高，故有很强抗电磁波干扰的能力。由于上述原因，霍尔式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。三、制动压力调节器功用：接受ECU的指令，通过电磁阀的动作来实现车轮制动器的制动。类型：有液压式、气压式、空气液压加力式等(一)液压式制动压力调节器组成：电磁阀、液压泵、储液器等电磁阀类型：目前，在轿车上应用较多的液压式制动力调节器：三位置三通电磁阀(一轮一阀)制动力调节器两位两通电磁阀(一轮二阀)。1、BOSHC三位置三通电磁阀液压式制动力调节器——ABS执行器作用：ABS执行器中的三位电磁阀可控制前轮左右分泵的液压、后轮分泵的液压，以调节系统对车轮的制动力。①执行器的构造控制单元、减压单元ABS执行器外形制动控制动画制动控制动画执行器控制单元组成：三位电磁阀（线圈、单向阀、阀芯）；功能：在ABS防抱死制动系统作用时，根据ABS的ECU信号，自动进行增压、保压、减压模式．工作原理：ABS电脑根据车轮传感器的信号分三级向线圈输入0安培、2安培、5安培的电流，产生不同电磁力，使阀芯分别处在相对于单向阀的三种不同位置来开闭A孔、B孔达到三种不同模式。执行器包括控制单元、减压单元三种模式：增压模式：A孔开、B孔关闭，保压模式；A、B孔均关闭，减压模式；B孔开、A孔关闭。执行器控制单元的执行器减压单元组成：储油罐、油泵；功能：在ABS系统作用过程中的保压模式，随着液压的降低，制动液从车轮分泵回流至储油罐，通过油泵将储油罐内的液压油送至制动总泵。执行器包括控制单元、减压单元②系统液压油路示意图制动总泵③执行器工作原理：制动踏板被踩下：A孔开流入C孔，B孔关闭；松开制动踏板：C孔流入A孔，3号阀，B孔关闭正常制动时两种状态正常制动时，ABS电脑不向执行器的三位电磁阀供电，三位电磁阀的阀芯在回位弹簧作用下处于最底位置。A孔开，B孔关闭。制动踏板被踩下，使总泵内油压上升，制动液通过开启的A孔到达三位电磁阀的C孔，进入车轮分泵。由于1号单向阀的作用由总泵加压的制动液不能进入执行器的油泵。松开制动踏板，车轮分泵内的制动液通过C孔由开启的A孔和3号单向阀回流到制动总泵。正常制动时的(ABS系统不作用)工作过程紧急制动时当四轮中任一个将要抱死时，ABS执行器可根据电脑的信号控制作用在车轮分泵上的制动力达到防止车轮抱死的目的。减压模式在一车轮行将抱死时，ECU提供5安培电流到三位电磁阀的电磁线圈，线圈产生一电磁力使阀芯上升，A孔关闭，B孔开启。制动液从分泵通过C孔进入B孔到ABS储油罐。同时油泵在ECU控制下启动，再将制动液从储油罐吸出，加了压的制动液开启单向阀进入制动总泵。同时，由于A孔和3号单向阀关闭了油路，使制动液不能进人车轮分泵，从而导致了车轮分泵减压，以防车轮抱死。减压模式：A孔关闭，CB储液罐；储液罐2号阀液压泵制动总泵减压模式保压模式车轮分泵内制动液的减少、增加过程中，车轮传感器不断的向ECU提供车轮的状态信号，以控制制动力水平。ECU向电磁阀提供2安培的电流，进行保压。电磁阀电流：5安培——2安培，阀芯部分回落，B孔关闭，A未开启。液体不流动增压模式ECU停止向电磁阀供电，A孔开启，B孔关闭，AC。制动过程中，保压和增压模式是交替进行的。ABS防抱死制动系统四、电子控制单元（ECU）功用:接受轮速传感器及其他传感器输入的信号，进行测量、比较、分析、放大和判别处理，通过精确计算，得出制动时车轮的滑移率、车轮的加速度和减速度，以判断车轮是否有抱死趋势，再由其输出级发出控制指令，控制制动压力调节器去执行压力调节的任务。ECU动画组成：（硬件、软件）输入电路计算电路输出电路安全保护电路故障自诊断电路控制动画(一)BOSCH公司ABS电脑控制系统分析在行车过程中，ABS电脑始终在通过车轮传感器接收信号，计算出每个车轮的速度和减速度，来判断汽车的速度；当制动踏板被踩下时，各个车轮分泵的制动压力开始增加．车轮速度开始减低，如果有一个车轮接近抱死，根据其它车轮的减速度，路面条件和车轮的相对速度ABS电脑可分别独立控制前轮左右分泵的制动力;同时控制后轮左右轮分泵的制动力，为了稳定车辆的行驶状态，如果有一个后轮趋向于抱死两个后轮的制动力将根据车轮的状态同时被控制。如一个车轮有抱死趋势时(1)A阶段的控制过程——减压模式ECU根据车轮的减速度将三位电磁阀置于车轮分泵的减压模式下，减压后ECU关闭三位电磁阀进油孔，进入分泵的保压模式，并监视各车轮的速度变化状况，如过ECU判断到系统需要减压时，则可再次减压。(2)B阶段的控制过程当分泵内油压在A阶段减低时，作用于车轮上的制动力相应减弱，这使即将抱死的车轮增加了转速。如果制动液压保持的较低车轮上作用的制动力就较弱。因此，ECU使三位电磁进入增压模式和保压模式相互交替状