第三章汽车防抱死制动系统.ppt

第三章汽车防抱死制动系统,ABS的理论基础,1.汽车的制动性汽车在行驶过程中，强制地减速以至停车且维持行驶方向稳定性的能力称为汽车的制动性。,评价制动性能的指标主要有：（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。（2）制动时的方向稳定性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、以及失去转向能力称为制动时的方向稳定性。,制动效能即汽车以一定的初速度制动到停车所产生的：制动距离；制动时间；制动减速度。即制动效能取决于制动力的大小,2.汽车制动时车轮受力分析,车速车轮旋转角速度惯性力矩制动阻力矩车轮法向载荷地面法向反力车轴对车轮的推力地面制动力车轮半径车轮切向速度，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M通过车轮作用于地面的切向力F（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F及附着力F之间的关系,附着力地面对轮胎切向反作用力的极限值F。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,若需增大Fx，必须增大F。F取决于附着系数，又受滑移率S的影响。,3.硬路面上附着系数与滑移率s的关系,观察车轮的三种运动状态,（1）制动过程中车轮的三种运动状态第一状态：纯滚动，路面印痕与胎面花纹基本一致车速V=轮速V,第二状态：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V,第三状态：抱死拖滑，路面印痕粗黑。轮速V=0,（2）滑移率S定义：S=(VV)/V100%=(Vr.)/V100%,（3）附着系数与滑移率s的关系,纵向附着系数y制动效能横向附着系数x制动稳定性,结论：S20%为制动稳定区域；S20%为制动非稳定区域；将车轮滑移率s控制在20%左右，便可获取最大的纵向附着系数和较大的横向附着系数，是最理想的控制效果。,4.理想的制动控制过程,（1）制动开始时，让制动压力迅速增大，使S上升至20%所需时间最短，以便获取最短的制动距离和方向稳定性。（2）制动过程中：当S上升稍大于20%时，对制动轮迅速而适当降低制动压力，使S迅速下降到20%；当S下降稍小于20%时，对制动轮迅速而适当增大制动压力，使S迅速上升到20%；,右图是汽车理想的制动过程。制动开始时制动压力骤升，滑移率达到Sopt的时间，即S达到最大值Bmax的时间最短。当达到Sopt后，随即适当降低制动压力，并使滑移率S保持在Sopt，纵向附着系数B保持在最大值Bmax，同时横向附着系数S也保持较大值。这样既可获得最短的制动距离，又具有良好的抗侧滑能力和转向操纵能力，这种制动控制称为最佳控制。,第一节概述第二节ABS结构与工作原理第三节ABS系统电控零件第四节ABS应用实例,第一节概述,1.1ABS的作用1.2ABS的分类1.3ABS在汽车上的应用1.4ABS的发展趋势,1.1ABS的作用,在汽车制动时，防止车轮抱死而在路面上滑移，以提高汽车制动过程中的方向稳定性、转向控制能力和缩短制动距离，使汽车制动更为安全有效。使实际的制动过程接近理论制动过程好处：提高制动性能提供制动时的方向稳定性改善轮胎磨损状况,1.2ABS的分类,按照制动压力动力源不同按照制动压力调节装置和制动总泵相对位置按照控制方式按照控制通道数目,ABS控制参数,以车轮滑移率为控制参数以车轮角加速度为控制参数,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。,以车轮角加速度为控制参数ECU根据车轮的转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。,车轮转速传感器,控制通道,四传感器四通道四轮独立控制,三通道,四传感器双通道前轮独立控制,四传感器三通道前轮独立，后轮低选择控制,三传感器三通道前轮独立，后轮低选择控制,特点：,（一）四传感器、四控制通道,（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；,（1）各制动轮压力均可单独调节（轮控制）-控制精度高；,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）四传感器、三控制通道,1.3ABS在汽车上的应用历程,20世纪初最先应用于火车20世纪40年代尝试用于飞机50年代开始尝试用于汽车70年代电子控制技术的发展，应用成为可能80年代进入批量生产与规模应用90年代逐步普及,1.4ABS的发展趋势,ABS控制技术的提高减小体积与质量，简化结构控制功能的扩展与集成与驱动防滑系统ASR集成与电子制动力分配ESP系统集成与汽车巡航控制ACC系统集成应用总线技术与其他控制系统的信息交换,第二节ABS的基本组成与工作原理,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系统通常由车轮速度传感器、液压控制单元（液压调节器、制动压力调节器）和电控单元ECU等组成。,ABS的基本组成,第三节ABS系统电控零件,车轮转速传感器加速度传感器制动压力调节器电子控制单元,一、车轮转速传感器,【别名】轮速传感器、转速传感器【作用】检测车轮的转速，送给ECU决定是否开始进行防抱死制动。一般采用磁感应式。【安装位置】车轮上。【结构】由传感器头和齿圈组成。按传感器头的外形分凿式极轴车速传感器头、柱式极轴车速传感器头和菱形极轴车速传感器头。,凿式极轴,柱式极轴,车速传感器头剖视图,传感器头（静止）：永久磁铁、感应线圈、极轴；齿圈（转动）：凸齿数40100不等；,传感器头与齿圈间隙：0.60.7mm；,齿圈-轮毂、制动盘；传感器头-转向节、制动底板；,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=306000Hz，电压幅值：U=115V。,车速传感器工作原理,转子,感应线圈,永久磁铁,车轮转速传感器,二、加速度传感器,【作用】对检测到的车速进行补偿，使汽车制动时对滑移率的计算更加精确。【形式】水银开关型、摆型、应变仪型。【结构】如图,三、制动压力调节器,【作用】接受ECU的指令，通过电磁阀的动作来实现车轮制动器制动压力的自动调节。【形式】液压式、气压式、空气液压加力式【组成】电磁阀、液压泵、储液器等现代轿车常用液压式制动压力调节器。循环式制动压力调节器：电磁阀直接控制制动压力。可变容积式制动压力调节器：电磁阀间接控制制动压力。,1、循环式制动压力调节器,回油泵：电磁阀在减压时，从制动轮缸流出的制动液经储能器由回油泵泵回制动主缸。储能器：电磁阀在减压时，从轮缸流出的制动液由储能器暂时储存，然后由回油泵泵回主缸。,循环式制动压力调节器基本结构,3位3通电磁阀基本结构及简化图,在制动主缸和制动轮缸之间串连一个电磁阀，由电磁阀的通断来控制油路的压力。电磁阀有3/3、2/2等多种类型。电磁阀由ECU控制，实现升压、保压、减压三种状态。,循环式制动压力调节器工作原理：升压（常规制动）,电磁阀不通电，ABS不工作，回油泵也不工作，进入常规制动阶段。,循环式制动压力调节器工作原理：保压,电磁阀通较小的电流，电磁阀处于保压位置，ABS工作。,循环式制动压力调节器工作原理：减压,电磁阀通较大的电流，电磁阀处于减压位置，ABS工作。,2、可变容积式制动压力调节器,在汽车原有制动系统基础上增加一套液压控制装置。制动压力油路和ABS控制压力油路是相互隔开的。常规制动：电磁阀无电流，柱塞左移，控制活塞在弹簧作用下左移顶开单向阀，常规制动油路接通。ABS不工作。,保压：电磁阀通入较小电流，柱塞右移将所有油路相互隔开，控制活塞保持在某一位置，轮缸侧的容积不发生变化，制动压力保持一定。,减压：电磁阀通入一大电流，柱塞右移，控制活塞在压力油作用下右移，单向阀关闭，常规制动油路切断。同时由于控制活塞的右移，使轮缸侧容积增大，制动压力减小。,四、电子控制器（ECU）,【作用】接受传感器信息计算车轮转速、加减速度、车轮滑移率，并判断车轮是否有抱死趋势，然后向制动压力调节器发出制动压力控制指令，由制动压力调节器执行压力调节的任务。【组成】输入级电路：将传感器输入的信号整形放大后输入运算电路。运算电路：进行车轮转速、车轮加减速度、滑移率等控制参数的计算，以及电磁阀的开启和监控运算。输出级电路（电磁阀控制电路）：接受运算电路的控制信号，对电磁阀的动作进行控制。安全保护电路：将电源电压稳压成5V标准电压，并对控制信号进行监控。当出现故障时，停止ABS的工作，转入常规制动状态，同时点亮仪表板上的警告灯。,四传感器四通道ECU的内部结构,ABS的工作过程,在制动时，车轮转速传感器测量车轮的速度，如果一个车轮有抱死的可能时，车轮减速度增加很快，车轮开始滑转。如果该减速度超过设定的值，控制器就会发出指令，让电磁阀停止或减少车轮的制动压力，直到抱死的可能消失为止。为防止车轮制动力不足，必须再次增加制动压力。在自动制动控制过程中，必须连续测量车轮运动是否稳定，应通过调节制动压力（升压、保压、减压、加压）使车轮保持在制动力最大的滑转范围内。,ABS制动防抱死系统工作过程,典型ABS系统,一、MK20I型ABS系统此系统由戴维斯（TWVES）研制，装在上海桑塔纳2000、桑塔纳3000、捷达、都市先锋、赛欧及奇瑞等汽车上。特点：四传感器三通道，前轮独立控制，后轮低选择控制；液压对角线双回路系统；泵电机、液压控制单元和电子控制单元集成一体，简称为液压电子控制单元（HECU）；C语言编写的控制程序并加密固化在电子控制单元中；电磁阀线圈集成在电子控制单元内部；采用大功率集成电路直接驱动电磁阀及泵电机，省去电磁继电器；诊断接口可借助于VAG1551进行自诊断。,1、系统布置,2、系统组成,ABS：制动防抱死系统,EBD：电子制动力分配,3、ABS工作流程,液压控制单元HCU电子控制单元ECU,4、液压电子控制单元HECU,常规制动阶段：常开阀断电-ON，常闭阀断电-OFF，来自制动总泵的制动液进入制动轮缸。此时ABS不工作。,5、ABS工作原理升压,保压阶段：当车轮趋于抱死时，常开阀通电-OFF，常闭阀断电-OFF，通往制动轮缸的通道被切断，轮缸内的油压保持不变。,6、ABS工作原理保压,减压阶段：保压后，若车轮仍趋于抱死时，常开阀通电-OFF，常闭阀通电-ON，制动轮缸内的制动液进入储能器，并由液压泵泵回到制动总泵。,减压后，车轮转速上升若太快，再次进入到升压阶段，进入新的一个循环，重复上述过程，直至汽车停车为止。,7、ABS工作原理减压,8、ABS电路图,HECU,制动灯开关,车轮转速传感器,ABS警告灯,9、大众车系ABS系统其他辅助功能,10、电子制动力分配EBD,前后分配,左右分配,二、丰田凌志LS400ABS系统,1、压力调节器外形,2、系统油路,3、电路图,三、本田车系ABS系统,博世ABS系统,电磁阀：三位三通电磁阀两位两通电磁阀,控制方式：两前轮独立控制，两后轮按低选原则一同控制；,调压方式：流通式（循环式）,制动压力调节器：分离式且独立安装；,1、结构特点,制动压力调节器组成,组成：电磁阀、储液器、电动回液泵,（1）电磁阀,三位三通电磁阀由博世公司生产，应用于博世ABS中。,作用：接收ECU指令，通过控制阀门的切换，调节制动分泵压力，完成增压、保压和减压。,型式：三位三通电磁阀二位二通电磁阀,三位三通电磁阀结构：线圈、铁心、衔铁套筒、软硬弹簧、进液口,二位二通电磁阀,二位二通常闭电磁阀,二位二通常开电磁阀,二者配合工作，完成增压、保压、减压的控制过程,（2）蓄压器与电动回液泵,蓄压器：接纳ABS减压过程中，从制动分泵回流的制动液。,电动回液泵：将从制动分泵回流的制动液泵回电磁阀进液口。,2、制动压力调节过程,（1）制动压力增大过程,踏下制动踏板，由于电磁阀的进液阀开启，回液阀关闭，各电磁阀将制动总泵与各制动分泵之间的通路接通，制动总泵中的制动液将通过各电磁阀的进出液口进入各制动分泵，各制动分泵的制动液压力将随着制动总泵输出制动液压力的升高而升高-增压。,（2）制动压力保持过程,当某车轮制动中，滑移率接近于20%时，ECU输出指令，控制电磁阀线圈通过较小电流（约2A），使电磁阀的进液阀关闭（回液阀仍关闭），保证该控制通道中的制动分泵制动压力保持不变-保压。,（3）制动压力减小过程,当某车轮制动中，滑移率大于20%时，ECU输出指令，控制电磁阀线圈通过较大电流（约5A），使电磁阀的进液阀关闭回液阀开启，制动分泵中的制动液将通过回液阀流入储液器，使制动压力减小-减压。与此同时，ECU控制电动泵通电运转，将流入储液器的制动液泵回到制动总泵出液口。,3、电子控制系统原理及控制过程,控制过程：（1）打开点火开关，ECU进入自检ABS保护继电器线圈通电,蓄电池电压（12V）经触点送至ECU端子1，触发自检，时间大约为35秒。自检中，ECU端子27、28均未搭铁，电动泵继电器、电磁阀继电器常开触点均不闭合，电动泵及电磁阀均不工作。,(2)ABS警示灯亮,ABS警示灯亮后可能出现两种情况：灯亮35秒后熄灭，说明系统正常；灯亮35秒后不熄灭，说明系统有故障，ECU关闭ABS，汽车仅保持传统制动。,（3）自检正常ABS等待工作ECU端子27搭铁，接通电磁阀继电器线圈电路。,电磁阀继电器线圈通电，铁芯产生吸力，常闭触点（3087A）张开，ABS警示灯熄灭；常开触点（3087）闭合，蓄电池电压作用在三个三位三通电磁阀线圈及ECU端子32。,（4）制动防抱死调节过程制动中，各车轮滑移率均小于20%时，ECU端子2、35、18均开路，三个三位三通电磁阀线圈中均无电流通过，各制动分泵制动液压力将随制动总泵输出制动液压力的变化而变化-增压。,制动中，某一车轮滑移率接近20%，ECU对其相应的电磁阀线圈通电（2A），使其制动分泵制动液压力保持不变-保压。制动中，某一车轮滑移率大于20%，ECU对其电磁阀线圈通电（5A），使其制动分泵制动液压力减小-减压。,ABS型式各异，以下二个方面相同：,2、ABS都具有自诊断功能。一但发生影响系统正常工作的故障时，ABS自动关闭，同时ABS警告灯点亮。传统制动仍可正常工作。,1、ABS工作车速必须达到一定值后，才会对制动过程中趋于抱死车轮进行制动防抱死控制调节。,ABS的使用与检修,1、装备ABS的汽车易出现的一些特殊现象发动机起动时，踏下制动踏板会弹起；而发动机熄火时，制动踏板会下沉。制动时转方向盘，会感到方向盘有轻微的振动。制动时，会感到制动踏板有轻微下沉，或轻微振动。高速行驶急转弯时，或冰雪路面上行驶时，有时会出现制动警告灯亮起的现象。制动时，ABS继电器不断地动作，这是ABS起作用的正常现象。制动后期，会有车轮被抱死，在地面上留下拖滑的印痕。这是因为在车速小于710km/h时，ABS不起作用。此时的印痕很淡，与普通制动时留的长而深的印痕不同。,2、检修ABS时应注意的事项,ABS故障一般有几种情况，一是紧急制动时，车轮被抱死；二是制动效果不良；三是警告灯亮；四是ABS出现不正常情况。检修时注意：首先对ABS外观进行检查。区分是ABS机械部分（制动器、制动总泵、制动管路等）不良还是ABS电子控制部分的故障。方法：拔下ABS控制线束，让汽车以普通制动方式制动，如果故障消失，为电子控制部分故障；否则说明机械部分有故障。ABS电子控制部分故障多为线束插接器或导线松脱、车速传感器不良等。制动压力调节器的故障相对较少。在检修制动压力调节器、制动分泵、储压器、后轮比例分配阀、电动油泵、制动液管路、压力警告和控制开关时需泄压。泄压方法：关闭点火开关，反复踩制动踏板20次以上，直到感觉到踩制动踏板力明显增加为止。,3、ABS故障自诊断,ABS的自检点火开关接通，ABSECU立即对其外部电路进行检查。这时制动警告灯亮，3S后熄灭。若制动警告灯一直亮或不亮说明ABS电路有故障。对制动压力调节器的检查是通过控制阀的开关循环来实现。发动机起动后，车速第一次达60km/h，ABS系统完成自检。自检过程中若有异常，则停止使用ABS，储存故障码并点亮故障警告灯。两个制动警告灯ABS灯：黄色，标记为ABS或ANTILOCK。制动灯：红色，标记为BREAK，由制动液压力开关和液面开关及手制动