ABS和ASR.ppt

第四章底盘部分电子控制 包括 汽车防抱死制动系统 ABS 汽车驱动防滑系统 ASR 悬架的电子控制 第一节汽车防抱死制动系统 ABS 1 1概述1 汽车制动性能 制动效能 制动距离 制动减速度制动时的方向稳定性 跑偏 侧滑 失去转向能力 2 普通制动系统的缺点 紧急制动时 车轮被抱死 造成轮胎与路面形成滑动摩擦 摩擦力小 刹车效果差 车辆滑行距离长 且易造成车辆转向困难等 3 ABS的发展简史 1932年 英国人活纳摩姆申报专利 制动时防止车轮压紧转动的安全装置 1936年 德国Bosch公司用电磁传感器测量车轮转速 探测到车轮抱死拖滑时 调节装置启动 调节制动管路压力 这一思路延续至今 50年代始 飞机用ABS 向汽车移植70年代初 ABS控制器采用模拟计算机 80年代 ABS采用微处理器 输入输出 集成化 同时ABS又向纵深扩展 如ASR等 进入90年代 ABS的发展越来越快 欧洲和美国 日本等均在高速发展ABS 福特公司首次使用ABS 凯尔塞 海伊斯公司开始研制ABS 福特开始生产凯尔塞 海伊斯的后轮ABS 克莱斯勒开始生产Bendix的 Sure Brake Johnsonmotors开始生产带ABS的四轮驱动车 Bosch开始批量生产数字电路的ABS Teves推出使用微处理器的整体式ABS系统 Lucasgirling生产机械式ABS系统 凯尔塞 海伊斯的后轮ABS引入到轻型卡车上 德科推出ABSV1 Bosch推出ABS5 3采用微型混合电路 Kelsey Hayes 4 与ABS相关技术的发展 制动防抱死 ABS Anti lockBrakeSystem 在紧急制动时 防止车轮完全抱死 提高汽车的制动性能 驱动防滑 ASR AccelerationSlipRegulation 在驱动过程 起步 加速 转弯 中 防止驱动车轮发生滑转 使汽车在驱动过程中的方向稳定性 转向操纵能力和加速性能等得到提高 ESP 电子稳定程序 ElectronicStabiltyProgram 包含ABS及ASR 是这两种系统功能上的延伸 因此 ESP称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式 ESP最重要的特点就是它的主动性 ABS及ASR只能被动地作出反应 而ESP则能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误 防患于未然 防抱死制动系统 ABS Anti lockBrakeSystem 驱动防滑系统 ASR AccelerationSlipRegulation 电子稳定程序 ESP ElectronicStabilityProgram 电子制动力分配系统 EBD ElectricBrakeforceDistribution ESP系统通常是支援ABS及ASR的功能 它通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析 然后向ABS ASR发出纠偏指令 来帮助车辆维持动态平衡 ESP可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性 在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显 ESP一般需要安装转向传感器 车轮传感器 侧滑传感器 横向加速度传感器等 ESP可以监控汽车行驶状态 并自动向一个或多个车轮施加制动力 以保持车子在正常的车道上运行 甚至在某些情况下可以进行每秒150次的制动 目前ESP有3种类型 能向4个车轮独立施加制动力的四通道或四轮系统 能对两个前轮独立施加制动力的双通道系统 能对两个前轮独立施加制动力和对后轮同时施加制动力的三通道系统 电子制动力分配系统 EBD EBD ElectricBrakeforceDistribution 能够根据由于汽车制动时产生轴荷转移的不同 而自动调节前 后轴的制动力分配比例 提高制动效能 并配合ABS提高制动稳定性 EBD的功能就是在汽车制动的瞬间 高速计算出四个轮胎由于附着力不同而导致的摩擦力数值 然后调整制动装置 使其按照设定的程序在运动中高速调整 达到制动力与摩擦力 牵引力 的匹配 以保证车辆的平稳和安全 汽车在制动时 四只轮胎附着的地面条件往往不一样 这会导致汽车制动时四只轮子与地面的摩擦力不一样 制动时容易造成打滑 倾斜和车辆侧翻事故 EBD用高速计算机在汽车制动的瞬间 分别对四只轮胎附着的不同地面进行感应 计算 得出不同的摩擦力数值 使四只轮胎的制动装置根据不同的情况用不同的方式和力量制动 并在运动中不断高速调整 从而保证车辆的平稳 安全 当紧急制动车轮抱死的情况下 EBD在ABS动作之前就已经平衡了每一个轮的有效抓地力 可以防止出现甩尾和侧移 并缩短汽车制动距离 EBD实际上是ABS的辅助功能 它可以改善提高ABS的功效 所以在安全指标上 汽车的性能又多了 ABS EBD 转弯对比 5 ABS系统的优点 缩短制动距离和制动时间 增加制动时的方向稳定性 前轮抱死 后轮抱死 改善轮胎的磨损状况 6 ABS的分类 1 按构造分为两大类 整体式 刹车总泵与蓄压器 液压调节元件做成一体 且无真空辅助液压元件 分离式 刹车总泵与液压调节元件不做成一体 其总泵及真空辅助元件仍采用传统式装置 整体式 分离式 整体式液压控制系统 分离式液压控制系统 2 按控制管路分为四种 单一控制管路双控制管路三控制管路四控制管路 3 按控制参数车轮滑移率控制车轮减速度控制车轮滑移率控制和车轮减速度控制的综合控制 7 ABS与普通制动系统的关系 ABS系统是在原来普通制动系统之上另增加一套控制系统而成 普通制动系统的正常工作是ABS系统工作的基础 如果普通制动系统发生故障或失灵 ABS系统随即失去控制作用 倘若ABS系统发生故障 普通制动系统会照常工作 只是没有了防抱死的功能 1 2车轮防抱死的理论基础 车轮制动器产生摩擦阻力 使车轮转速减慢 制动器制动力 车轮与地面间产生摩擦力 使汽车减速 地面制动力 汽车制动时 车轮抱死前 地面制动力 制动器制动力地面制动力随制动器制动力增加而增加车轮抱死后 地面制动力 地面附着力地面制动力不再随制动器制动力增加而增加 而是取决于地面附着力 地面制动力 加速和减速 制动 受纵向附着力限制 转向和抗外界横向力 受侧向附着力限制 二 滑动率对附着力的影响 地面附着力 F Fz 实际行驶过程中 Fz 会随许多因素变化 F 便也发生变化 试验证明 影响F 的因素很多 其中车轮的滑动率S有着重要的影响 制动时轮胎在地面上的印痕 滑动率 汽车的实际车速与车轮滚动的圆周速度之差与车速的比值S v r v 100 纯滚动 v r S 0纯滑动 0 S 100 边滚边滑 v r 0 S 100 附着系数 与滑动率S的关系 纵向附着系数侧向附着系数 结论 1 当S 20 左右时纵向附着系数处于最大值附近 侧向附着系数也较大 50 75 结论 2 当S 100 时 即车轮抱死拖滑时 纵向附着系数较小 制动效能差 而侧向附着系数 0 失去转向和抵抗横向力的能力 三 最佳制动点 实际控制中 ABS就是将滑动率S控制在20 左右 以获得较大的纵向和侧向附着力 从而将汽车的制动效果调整到最佳状态 最佳制动点并不是产生最大制动力时的点 而是在一定条件下车轮与路面之间处于某一特定状态下产生的 最佳制动点与路面和车轮的运动状态有关 车轮抱死后 地面制动力不再随制动器制动力增加而增加 而是取决于地面附着力F 影响F 的因素很多 其中车轮的滑动率S有着重要的影响 当S 20 左右时纵向附着系数处于最大值附近 侧向附着系数也较大 50 75 实际控制中 ABS就是将滑动率S控制在20 左右 以获得较大的纵向和侧向附着力 从而将汽车的制动效果调整到最佳状态 4 3ABS的基本组成与工作原理 1 常规制动系统的基本组成和工作原理 2 ABS的基本组成 除传统的常规制动装置外 ABS的基本组成主要有四部分 1 电子控制单元 ECU 2 传感器 车轮转速传感器 车速传感器 3 执行器 制动压力调节器 电磁阀 4 ABS故障指示灯 ABS系统在汽车上的布置 ABS的分类 整体式ABS 制动压力调节器与总泵装在一起分离式ABS 制动压力调节器装在制动总泵与分泵之间 整体式ABS 分离式ABS 3 ABS的基本工作原理 根据车速传感器和轮速传感器的信号 ECU计算出车轮滑动率S 进行判断 输出信号控制液压调节器的电磁阀 调节制动压力增大 减小或保持 控制S在20 左右 常规制动 滑动率S 控制上限 ABS减压 滑动率S在控制范围内 ABS保压 滑动率S 控制下限 ABS增压 ABS的工作过程 常规制动减压过程保压过程增压过程 1 3ABS的结构和工作原理 普通制动系统一般包括 真空助力器制动总泵 主缸 储油箱制动分泵 轮缸 液压管路 1 制动踏板 2 推杆 3 主缸活塞 4 制动主缸 5 油管 6 制动轮缸 7 轮缸活塞 8 制动鼓 9 摩擦片 10 制动蹄 11 制动底板 12 支承销 13 制动蹄回位弹簧 14 调整凸轮 1 3 1ABS基本组成现代ABS采用的控制方式 方法及结构形式各不相同 但除原有的传统的常规制动装置外 一般ABS主要还有以下三部分 1 电子控制单元 ECU 2 传感器 主要是车轮转速传感器 3 执行器 主要指电磁阀及制动压力调节器 液压调节器 ABS液压调节器装在制动总泵与分泵之间 与总泵装在一起的为整体式 否则为分离式 一 电子控制单元 ECU 作用 接收轮速传感器的信号 计算出车轮滑移率S 进行判断 输出信号控制液压调节器的电磁阀 调节制动压力 二 车轮转速传感器 1 作用 是检测车轮运动状态 获得车轮转速 速度 信号 2 安装位置 一般都安装在车轮处 但有些驱动车轮的轮速传感器则设置在主减速器或变速器中 一些四轮驱动汽车上 还装有汽车减速度传感器 G传感器 其作用是汽车制动时 获得汽车减速度信号 当汽车在高附着系数路面上制动时 汽车减速度大 在低附着系数路面上制动时 汽车减速度小 因而该信号送入ECU后 可以对路面进行区别 判断路面附着系数高低情况 当判定汽车行驶在雪路 结冰路等易打滑的路面时 采取相应控制措施 以提高制动性能 3 轮速传感器的结构型式按工作原理可分为两种 电磁感应式霍尔效应式目前通常都采用电磁感应式 电磁感应式车轮转速传感器主要由传感头和齿圈 转子 组成 前轮转速传感器 后轮转速传感器 电磁感应式传感器根据极轴端部的形状 可分为凿式 圆柱式和菱形式三种 它们内部结构大同小异 其工作原理完全相同 凿式轮速传感器 圆柱式轮速传感器 传感器工作原理 传感头与齿圈紧挨着固定 当齿圈随车轮旋转时 在永久磁铁上的电磁感应线圈中就产生一交流信号 交流信号的频率与车轮速度成正比 交流信号的振幅随轮速的变化而变化 ECU通过识别传感器信号的频率来确定车轮的转速 如果ECU发现车轮的圆周减速度急剧增加 滑移率S达到20 时 它立刻给液压调节器发出指令 减小或停止车轮的制动力 以免车轮抱死 三 执行器 ABS中的主要执行器是电磁阀及制动压力调节器 作用 接受ECU的指令 驱动调节器中的电磁阀动作 调节制动系的压力 使之增大 保持或减小 实现制动系压力的控制功能 ABS是在普通制动系统的液压装置上加装液压调节器而形成的 因此 ABS是在常规制动基础上工作的 在制动过程中 车轮还没有趋于抱死时 其制动过程与常规制动过程完全相同 只有车轮趋于抱死时 ABS才会对趋于抱死车轮的制动压力进行调节 ABS液压调节器装在制动总泵与分泵之间 如果是与总泵装在一起的为整体式否则为分离式 1 整体式液压调节器 除了普通制动系统的液压部件外 通常由电动泵 蓄压器 主控制阀 电磁控制阀体 三对控制阀 和一些控制开关等组成 整体式液压调节器 实质上ABS系统就是通过电磁控制阀体上的三对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 电动泵和蓄压器可使制动液有很大的压力 而较大的压力正是ABS系统工作的基础 电动泵是一个高压泵 它可在短时间内将制动液加压 在蓄压器中 到14000 18000kPa 并给整个液压系统提供高压制动液体 其在汽车起动一分钟内完成上述工作 电动泵的工作独立于ECU 如果ECU出现故障或接线有问题 电动泵仍能正常工作 2 蓄压器 蓄压器内部充有氮气 可存贮高压和向制动系统提供高压 蓄压器被一个隔板分成上下两个腔室 上腔室充满了氮气 下腔室充满了来自电动泵的制动液 蓄压器下腔与电动泵泵油腔相通 3 主控制阀 主控制阀和电磁控制阀体是液压调节器中很重要的部件 由它们完成防抱死制动的控制 电磁控制阀体固定在制动总泵和液压助力装置的一侧 阀体中有三对电磁控制阀 其中两对分别控制两个前轮的制动 一对控制两个后轮的制动 每对电磁阀中一个是常开输出阀 一个是常闭输入阀 主控制阀在防抱死控制时 主控制阀接通液压助力器的压力腔与总泵内的油室 关闭通向储油箱的回油路 提供连续的高压制动液 使ABS系统正常 有效的工作 防抱死系统停止工作 主控制阀关闭液压助力器与总泵之间的油路 打开通向储油箱的回油油路 蓄压器的压力不再经总泵到制动分泵 而直接到回油油路 工作过程 在普通制动系统的工作状态下 制动压力通过常开的输入电磁阀到制动分泵 如果系统进入防抱死制动状态 ECU发出指令 使输入 输出电磁阀适时打开和关闭 让制动分泵的压力快速变化 增压或减压 防止车轮在制动时被完全抱死 ECU控制速度很高 它可在防抱死制动过程中打开 关闭相应的输入 输出电磁阀 频率高达每秒12次 如果ABS系统出现故障 输入电磁阀始终常开 输出电磁阀始终常闭 使普通制动系统能正常工作而ABS系统不能工作 直到系统故障被排除为止 4 警告开关 压力控制开关 PCS 是由一组触点组成 它独立于ECU而工作 一般位于蓄压器下面 监视着蓄压器下腔的液压压力 当液压压力下降到一定的数值 一般是14000kPa 时 压力开关闭合 使电动泵继电器通电 触点闭合 电源通过此电路让电动泵运转 压力警告开关 PWS 它有两个功能 当压力下降到14000kPa以下时先点亮红色制动系统故障指示灯 然后紧接着点亮琥珀色ABS故障指示灯 同时让ECU停止防抱死制动的工作 2 分离式液压调节器 分离式较整体式相比 除了由储液室代替蓄压器以外 液压控制元件和总泵分离开来 而其液压控制元件中各组件的结构 工作原理和整体式系统是相同的 滑阀式液压ABS 增压 阀8接通 阀7断开 减压 阀8断开 阀7接通 泵6抽吸轮缸中的压力油至主缸 保压 阀8和阀7都断开 增压 阀1接通 阀2断开 气动阀下移 储气筒a与制动气室相通 减压 阀1断开 阀2接通 气动阀上移至排气位置 制动气室压力下降 保压 阀1和阀2都断开 气动阀处于中间位置 不工作 增压 减压 第二节汽车驱动防滑系统 ASR 一 ASR的作用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 二 ASR的基本组成和工作过程 1 基本组成 控制单元车轮速度传感器制动压力调节器节气门位置传感器节气门控制电机油门踏板位置传感器 电子油门 控制开关指示灯 ASR工作原理 汽车在光滑路面上起步 加速等 因驾驶员过分踩下油门而造成车轮滑转时 ASR通过对车轮施加部分制动 ABS 或减少发动机输出功率 通过控制节气门开度 使车轮的滑动率保持在最佳范围内 以防止驾驶员过分踩下油门踏板带来的负效应 获得较好的行驶安全性及良好的起步加速性能 实现方法 控制制动力 ASR的制动压力调节装置通常与ABS共用 只需增加ASR电磁阀 位于通往驱动车轮制动轮缸的制动管路中 控制发动机输出功率 即控制节气门开度有两种方法 1 采用电子节气门 2 增加电控副节气门轴荷转移 电控悬架汽车 电子节气门 Throttle By Wire 装有ASR的车上 从油门踏板到汽油机节气门 柴油机喷油泵操纵杆 之间的机械连接被电控油门装置所取替 当传感器将油门踏板的位置及轮速信号送至控制单元 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 传统发动机节气门操纵机构是通过拉索 软钢丝 或者拉杆 一端联接油门踏板 加速踏板 另一端联接节气门连动板而工作 但这种传统油门应用范畴受到限制并缺乏精确性 传统节气门 与传统油门比较 电子油门明显的一点是可以用线束 导线 来代替拉索或者拉杆 在节气门那边装一只微型电动机 用电动机来驱动节气门开度 即所谓的 导线驾驶 用导线代替了原来的机械传动机构 电子节气门 电子节气门控制系统组成 油门踏板 油门踏板位移传感器 安装在油门踏板内部 随时监测油门踏板的位置 节气门位置传感器ECU 电控单元 数据总线伺服电动机节气门执行机构组成 电子节气门工作原理 当监测到油门踏板高度位置有变化 会瞬间将此信息送往ECU ECU对该信息和其它系统传来的数据信息进行运算处理 计算出一个控制信号 通过线路送到伺服电动机继电器 伺服电动机驱动节气门执行机构 数据总线则是负责系统ECU与其它ECU之间的通讯 由于电子油门系统是通过ECU来调整节气门的 因此电子油门系统可以设置各种功能来改善驾驶的安全性和舒适性 电子节气门ASR的工作过程 当ASR系统工作时 ECU就根据油门踏板的位置 车轮速度和方向盘转向角度等之间的不同而求出滑动率 通过减少节气门开度来调整混合气流量 以降低发动机功率来达到控制目的 而在ASR系统中 电子油门起到十分关键的作用 它涉及整个ASR系统中对车速控制 怠速控制等