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现代汽车安全技术 主讲 黑猫 第一章绪论 现代汽车的三大主题 节能 环保 安全 1 1汽车交通事故概述 联合国世界卫生组织 WHO 向安南秘书长提交的最新报告显示 近几年全球每年因交通事故造成死亡的人数多达约120万 另外还有数百万人在汽车事故中受伤致残 直接经济损失5000亿美元汽车交通事故 不分高低贵贱 各类时间地点 随时可能发生 黛安娜王妃事故发生率 发达国家低 发展中国家高 香港 南非 德国 1 2汽车安全技术研究的发展 图1 1主动安全技术 预防安全技术 车况 路况检测改善驾驶视野提高车辆被视让性驾驶员注意力检测 事故前安全技术 事故避免系统驾驶操纵性提高 ABS ASR VSC CCS AT 4WS 4WD 被动安全技术 碰撞安全技术 安全气囊安全带行人保护吸能车体 抑制安全技术 阻燃自动灭火自动报警安全门锁汽车黑匣子 先进安全汽车ASV 21世纪的汽车 汽车安全保障体系 哈顿矩阵模型 安全保障体系的构成 人 车 路 环境 法规 管理 碰撞前 碰撞时 碰撞后人员 车辆 环境 简述哈顿矩阵模型 从工作实际出发 论述如何建立完善汽车安全保障体系 第二章汽车主动安全技术 2 1ABS 防抱制动系统 车轮的三种运动状态 滚动 滑动 边滑边滚发展历史 火车 飞机 中高档轿车 大型客车 汽车标准配置ABS是目前世界上最成功的汽车电子产品 滑移率与附着系数 附着系数的意义纵向附着系数 制动附着系数 横向附着系数 侧滑附着系数 滑移率的定义 V w r v 100 滑移率 单纯的滚动 边滚边滑 抱死拖滑 制动时轮胎的印迹 滑移率0100 制动时的车辆运动分析 制动力受到地面附着力的限制当左右制动力不一致时会产生偏转力矩 制动跑偏情况 问题 是不是有了制动力不平衡就一定会产生制动跑偏 前轴侧滑受力图 A B C Fj离心力 后轴侧滑受力图 A B C 滑移率与附着系数曲线 ABS的作用 1 防止后轮抱死 提高制动时的行驶稳定性 2 防止前轮抱死 提高制动时的操纵性 3 最大可能利用车轮与地面的附着 减少制动距离4 减少轮胎磨损 减轻驾驶员的紧张程度 地面制动力 制动器制动力与附着力之间的关系 制动时车轮动力学方程 ABS的控制原理基础 ABS单轮模型 理论曲线 实际附着系数 滑移率曲线 各种路面上的附着系数与滑移率的关系曲线 车速对附着系数与滑移率的关系曲线的影响 ABS控制滑移率区域 车轮与发动机的转动惯量对ABS控制的影响 车轮运动状态的重要参数 角速度 角减 加 速度 滑移率 ABS逻辑门限值控制 滑移率在峰值附着系数附近波动 获得较大的纵向和横向力 单独使用时 不能适应各种变化的路况 单独使用时 不能充分的利用附着条件 ABS控制的基本思想 已知 某车整车质量为2t 制动器最大制动力为1500Nm 车轮半径为0 25m 求该车的72km h初速度制动的有ABS作用和无ABS作用时的最短制动距离 该车车速为20m s 有ABS作用时 附着系数取0 9制动时间为20m s 0 9 10 2 2s制动距离为2 2s 20m s 2 22m需要制动器提供最大制动力为 0 9 10 2000 18000N制动器能产生的制动力最大为 1500 0 25 4 24000N满足要求无ABS作用时 附着系数取0 720m s 0 7 10 2 86s2 86s 20m s 2 28 6m 如果整车重量为3t 如果车速为100km h 车轮制动趋于抱死 部分制动液流出减小制动压力 车轮抱死趋势消除 增大制动压力 制动开始 2 1 2 5ABS控制技术 2 1 2 5ABS控制技术 ABS控制策略 逻辑门限 滑模控制 模糊控制 最优控制 控制策略 车轮速度 车轮的减速度 汽车的减速度 参考车速 滑移率s s大于门限值 车轮的角减速度低于门限值 a 制动压力保持 制动压力减小 车轮的角减速度减小到 a 车轮因惯性加速越过 a越过 Ak Y N 制动压力增加 Y N 车轮角加速回到 Ak 车轮角加速回到 a 制动压力保持 制动压力增加 逻辑门限值的控制过程 1 预测控制技术 只以车轮减速度作为控制参数减速度测量比较准确 但受转动惯量影响比较大只以滑移率作为控制参数车速测量主要靠估算 精度有限 同时响应慢 估计外部环境变化能力有限 以车轮减速度和车轮加速度作为控制参数以车轮减速度和车轮加速度 以及滑移率作为控制参数 预测控制技术的实用化 1 制动装置的滞后性2 驱动轴的振动 学习控制算法 制动防抱装置 ABS 的基本结构 ABS构造1 ABS构造2 轮速传感器 电磁感应式利用电磁感应原理 将车轮转动的位移信号转化为电压信号 由随车轮旋转的齿盘和固定的感应元件组成 此类传感器的不足之处在于 传感器输出信号幅值随转速而变 低速时检测难 频响低 高速时易产生误信号 抗干扰能力差 霍尔式利用霍尔半导体元件的霍尔效应工作 当电流Iv流过位于磁场中的霍尔半导体层时 电子向垂直于磁场和电流的方向转移 在半导体横断面上出现霍尔电压UH 这种现象称之为霍尔效应 传感器安装位置 ECU 电子控制单元 ABS的ECU接受由设于各车轮上的传感器传来的转速信号 经过电路对信号的整形 放大和计算机的比较 分析 判别处理 向ABS执行器发出控制指令 一般来说 ABS电控单元还具有初始检测 故障排除 速度传感器检测和系统失效保护等功能 l 输入级电路以完成波形转换整形 抑制干扰和放大信号为目的 将车轮转速传感器输人的正弦波信号转换成为脉冲方波 经过整形放大后 输给运算电路 2 运算电路 微型计算机 根据输入信号运算电磁阀控制参数 主要根据车轮转速传感器输人信号进行车轮线速度 开始控制的初速度 参考滑动率 加速度和减速度等运算 调节电磁阀控制参数的运算和监控运算 并将计算出的电磁阀控制参数输送给输出级 3 输出级电路利用微机产生的电磁阀控制参数信号 控制大功率三极管向电磁阀线圈提供控制电流 4 安全保护电路将汽车12V电源电压改变并稳定为ECU作所需的5V标准电压 监控这种工作电压的稳定性 同时监控输人放大电路 ECU运算电路和输出电路的故障信号 当系统出现故障时 控制继动电动机和继动阀门 使ABS停止工作 转人常规制动状态 点亮ABS警示灯 将故障以故障码的形式存储在ECU内存中 减压时高速运转 迅速将制动液泵回制动主缸 其余时间低速运转 油泵低速运转 将储能器中制动液抽空 以备下次减压时储油 制动压力调节器中三个电磁阀线圈与一个监测电阻并联 监测电阻用来检测电磁阀线圈的故障 当线圈出现故障时 电阻两端的电压发生变化 通过AST端子将此故障信息输人ECU 同时切断调节器电路 ABS退出工作 1 常规制动ABS不介入控制 各进液调压电磁间断电导通 各回液电磁阀断电关闭 电动泵不通电运转 各制动轮缸与储液器隔绝 系统处于正常制动状态 2 调节制动制动压力调节过程由制动保压 制动减压和制动增压组成 l 制动保压进液调压电磁阀通电关闭 回液调压电磁阀仍断电关闭 实现制动保压 2 制动减压回液调压电磁间也通电导通 轮缸制动液回流储液器 实现制动减压 3 制动增压进液调压阀导通 回液调压阀关闭 电动泵运转 与主缸一起向右前轮轮缸送液 实现制动增压 循环式调压系统 可变容积式 电磁阀不通电通大电流较小电流 柱塞右边左边中间 活塞通回油通储能器不通 单向阀打开 增压关闭 减压关闭 保压 液压式制动主要由供能装置 液压泵 储液器等 电磁阀和调压缸等组成 从布置方式上看 有将压力调节装置独立于制动主缸 助力器的分离式布置型式 它具有布置灵活 成本低但管路复杂的特点 也有将压力调节装置以螺栓与主缸和助力器相连的组合式布置型式 它具有结构较紧凑 成本较低的优点 也还有将压力调节装置与主缸和助力器制成一体的整体式布置方式 其结构更加紧凑 管路少 更加安全可靠 空气压力式调节器 隔