防抱死制动系统.doc

防抱死制动系统 听一听！ 了解防抱死制动系统的发展历史； 掌握防抱死制动系统的基本原理； 掌握防抱死制动系统的基本组成以及各部件的结构和功能； 了解其它几种先进的制动系统。 通过本章的学习，使读者对日益受到关注的ABS系统有一个全面的认识。 从汽车如何制动、该怎样制动、如何充分利用地面的附着条件等问题出发，理解防抱死制动系统的控制内容、控制过程以及最终的控制目标。对于ABS的基本原理要有充分的理解，可参阅有关介绍ABS的书籍；对于ABS的基本结构，掌握各元件的功能以及如何实现这些功能；了解其它先进的制动系统。建议读者对实际的汽车制动系统进行观察，了解其布置及各部件的结构功能。 发展历史 基本原理 滑动率与附着系数的关系 ABS控制及布置方式 ABS的工作过程 汽车的制动过程基本结构 轮速传感器 液压调节器 电子控制单元 其它先进的制动系统 电子控制助力器 滑动率与附着系数的关系 ABS控制及布置方式 汽车的制动过程 ABS的工作过程 小结 转速传感器 液压调节器 电子控制单元 小结 电子控制助力器 全电子制动系统 智能制动控制系统 小结 全电子制动系统 智能制动控制系统 当汽车制动前轮抱死时，汽车会失去转向能力，后轮抱死时会造成汽车急转甩尾。制动防抱死系统就是在制动过程中防止车轮被制动抱死，提高制动减速度、缩短制动距离，能有效地提高汽车的方向稳定性和转向操纵能力，保证汽车的行驶安全。ABS 系统对汽车性能的影响主要表现在减少制动距离、保持转向操纵能力、提高行驶方向 稳定性以及减少轮胎的磨损方面。 显示视频 用鼠标指向下图框中的文字，你将看到更多信息！ 下一页 滑动率与附着系数的关系汽车在制动时，车速与轮速之间产生速度差，车轮发生滑动现象。滑动率的定义为： 在非制动状态（滑动率为0）下，制动附着系数等于0；在制动状态下，滑动率达到最优滑动率时，制动附着系数最大，在此之前的区域为稳定区域；之后，随着滑动率的增大制动附着系数反而减少，侧向附着系数也下降很快，汽车进入不稳定区域，特别是当滑动率为100%时，侧向附着系数接近于0，也就是汽车不能承受侧向力，这是很危险的。所以应将制动滑动率控制在稳定区域内。附着系数的大小取决于道路的材料、状况以及轮胎的结构、胎面花纹和车速等因素。 上一页 下一页 汽车的制动过程在制动时车轮由于制动力矩的作用，地面给车轮一个制动力。随着制动力矩的增大，制动压力增大，车轮速度开始降低，滑动率和车轮转矩增大。可以认为在最优滑动率之前，车轮转矩和制动力矩同步增长，这就是说，在该阶段车轮减速度和制动力矩增大速度成正比且在该区域制动主要是滑转。但是，继续增大制动力矩，滑动率超过最优滑动率后进入不稳定区域，车轮的滑转程度不断增加，制动附着系数将减少，侧向附着系数将迅速降低。最终使车轮速度大幅度减少直至车轮抱死，这期间的车轮减速度非常大。轮胎印迹的变化经历了车轮自由滚动、制动和抱死三个过程。 ABS的控制及布置方式ABS系统中，能够独立进行制动压力调节的制动管路称为控制通道。 如果对某车轮的制动压力可以进行单独调节，这种控制方式称为独立控制；如果对两个(或两个以上)车轮的制动压力一同进行调节，则称这种控制方式为一同控制。在两个车轮的制动压力进行一同控制时，如果以保证附着力较大的车轮不发生制动抱死为原则进行制动压力调节，称这种控制方式为按高选原则一同控制；如果以保证附着力较小的车轮不发生制动抱死为原则进行制动压力调节，则称这种控制方式为按低选原则一同控制。 按照控制通道数目的不同，ABS系统分为四通道、三通道、双通道和单通道四种形式，而其布置形式却多种多样。 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。 为了对四个车轮的制动压力进行独立控制，在每个车轮上各安装一个转速传感器，并在通往各制动轮缸的制动管路中各设置一个制动压力调节分装置(通道)。 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。 ABS的控制及布置方式 三通道ABS 四轮ABS大多为三通道系统，而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。 按对角布置的双管路制动系统中，虽然在通往四个制动轮缸的制动管路中各设置一个制动压力调节 分装置，但两个后制动压力调节分装置却是由电子控制装置一同控制的，实际上仍是三通道ABS。由于三通道ABS对两后轮进行一同控制，对于后轮驱动的汽车可以在变速器或主减速器中只设置一个转速传感器来检测两后轮的平均转速。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。 ABS的控制及布置方式 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。对于后轮驱动的汽车，可以在两前轮和传动系中各安装一个转速传感器。当在附着系数分离的路面上进行紧急制动时，两前轮的制动力相差很大，为保持汽车的行驶方向，驾驶员会通过转动转向盘使前轮偏转，以求用转向轮产生的横向力与不平衡的制动力相抗衡，保持汽车行驶方向的稳定性。但是在两前轮从附着系数分离路面驶入附着系数均匀路面的瞬间，以前处于低附着系数路面而抱死的前轮的制动力因附着力突然增大而增大，由于驾驶员无法在瞬间将转向轮回正，转向轮上仍然存在的横向力将会使汽车向转向轮偏转方向行驶，这在高速行驶时是一种无法控制的危险状态。 双通道ABS多用于制动管路对角布置的汽车上，两前轮独立控制，制动液通过比例阀(P阀)按一定比例减压后传给对角后轮。 对于采用此控制方式的前轮驱动汽车，如果在紧急制动时离合器没有及时分离，前轮在制动压力较小时就趋于抱死，而此时后轮的制动力还远未达到其附着力的水平，汽车的制动力会显著减小。而对于采用此控制方式的后轮驱动汽车，如果将比例阀调整到正常制动情况下前轮趋于抱死时，后轮的制动力接近其附着力，则紧急制动时由于离合器往往难以及时分离，导致后轮抱死，使汽车丧失方向稳定性。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。 上一页 下一页 ABS的控制及布置方式 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。 对于后轮驱动的汽车，可以在两前轮和传动系中各安装一个转速传感器。当在附着系数分离的路面上进行紧急制动时，两前轮的制动力相差很大，为保持汽车的行驶方向，驾驶员会通过转动转向盘使前轮偏转，以求用转向轮产生的横向力与不平衡的制动力相抗衡，保持汽车行驶方向的稳定性。在两前轮从附着系数分离路面驶入附着系数均匀路面的瞬间，以前处于低附着系数路面而抱死的前轮的制动力因附着力突然增大而增大，由于驾驶员无法在瞬间将转向轮回正，转向轮上仍然存在的横向力将会使汽车向转向轮偏转方向行驶，这在高速行驶时是一种无法控制的危险状态。 ABS的工作过程在制动时轮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（加压、减压和保压）使车轮保持在制动力最大的滑转范围内。 制动控制的参数一般为车轮的减速度、加速度以及滑动率的三者综合。 在制动开始时，制动压力和车轮角减速度增加，在阶段1末，即轮减速度达到设定的门限值-a，（这里指绝对值），相应的电磁阀转换到“压力保持”状态，同时形成参考车速并在给定的斜率下作相应递减，滑动率的值是由参考车速计算得出，如果滑动率小于门限值，系统则进行一段保压（阶段2），当滑动率大于门限值，电磁阀转换到“压力下降”的状态，即阶段3，由于制动压力下降，车轮的角减速度回升，当达到-a值时，制动压力开始保持（第4阶段），当轮角减速度随着车轮的回升达到加速，达到门限值a，这时压力仍然保持，让车轮进一步回升到门限值Ak（表明是高附着系数路面），这时使制动压力再次增加（第5阶段），使车轮角加速度下降，；当车轮角加速度再回到+Ak时，进行保压（第6阶段）；车轮角加速度值回落到a值，此时车轮已进入稳定制动区域，并且稍有制动不足，这一区域的制动时间要尽可能延长，因此，阶段7的制动压力采用小的阶梯上升，一般较初始压力梯度小得多，直到车轮减速度再次超过门限值-a值，以后的控制循环过程就和前面一样了。 转速传感器 液压调节器 电子控制单元 返回 滑动率与附着系数的关系 ABS控制及布置方式 汽车的制动过程 ABS的工作过程 返回 电子控制助力器 全电子制动系统 智能制动控制系统 返回 本节主要介绍了滑动率与附着系数的关系、ABS的控制及布置方式以及ABS的工作过程。滑动率与附着系数的关系是ABS控制的基础和控制的目标，采用ABS系统的主要目的就是充分利用地面的附着系数。ABS的控制及布置方式介绍了目前普遍的几种形式。简单讨论了ABS的工作过程。 与一般的制动系统相比，防抱死制动系统有什么优点？ 清华大学汽车工程系本书编写组，汽车构造，北京：人民邮电出版社，2000 陈家瑞主编，汽车构造（下册），北京：机械工业出版社，2001 余志生主编，汽车理论，北京：机械工业出版社，2000 王望予主编，汽车设计，北京：机械工业出版社，2001 Horsp Bauer. Automotive Handbook(Bosch)(4th Edition). Stuttgart:Robert Bosch GmbH,1996 Rudolf limpert. Brake Design and Safety. Society of Automotive Engineering. Inc, 1992 (德)M.米奇克, 汽车动力学A卷(第2版). 陈荫三译. 北京:人民交通出版社,1992 李东江,宋良玉,现代汽车电子控制技术,北京:科学技术文献出版社,1998 下一页 看看这个小动画！ 电磁式转速传感器 作用 测出车轮的转速，并把速度信号送到ECU。 信号产生原理传感器与普通的交流发电机原理相同。永久磁铁产生一定强度的磁场，齿圈在磁场中旋转时，齿圈齿顶和电极之间的间隙就以一定的速度变化，这样就会使齿圈和电极组成的磁路中的磁阻发生变化。其结果使磁通量周期性增减，在线圈两端产生正比于磁通量增减速度的感应电压。测出交变电压的周期T，设齿圈齿数为z，齿圈转动角速度为 ，又因为，r为车轮滚动半径。则车速为电磁式转速传感器 安装方式 霍尔式转速传感器电磁式车轮传感器的缺点是： 其输出信号随车速的变化而变化； 其响应过慢； 抗电磁波干扰能力差。 而霍尔式转速传感器就克服了这些缺点。其能保证在很低的速度下都有很强的信号。霍尔式转速传感器是利用霍尔效应的原理制成的。霍尔效应是指在一个矩形半导体薄片上有一电流通过，此时如有一磁场也作用于该半导体材料上，则在垂直于电流方向的半导体两端，会产生一个很小的电压，该电压就称为霍尔电压。当磁性材料制成的传感器转子上的凸齿交替经过永久磁铁的空隙时，就会有一个变化的磁场作用于霍尔元件（半导体材料）上，使霍尔电压产生脉冲信号。根据所产生的脉冲数目即可检测转速。 液压调节装置 根据制动压力装置与制动助力器的结构关系，分为分离式、组合式和整体式。 液压调节装置含有电机驱动的回流泵、储压器、阻尼室、节流阀和两位液压电磁阀（2/2电磁阀）。回流泵：回流泵将制动分泵中排出的制动液泵回到制动总泵。 储压器：储压器为在减压过程中大量回流的制动液提供暂时的储存所。 阻尼器：阻尼器及其下游的节流装置能减少返回到制动总泵中的液压脉冲幅值，使噪声减少。 看看这个小动画！电磁阀 电磁阀控制三种状态：加 压：进油阀开，出油阀关减 压：进油阀关，出油阀开保 压：进油阀关，出油阀关电子控制单元 看看这个小动画！ ABS的控制软件一般由防滑控制和安全检查保证两部分组成，本迪克斯ABS系统的主程序流程图。主循环是相隔一定时间就循环一次，其功能主要是对各模块和子程序进行初始化，对控制标志进行重新设置，对地址和参数进行确认。安全保障 主要是对系统的工作状态进行监视并作出检测和诊断，当发现存在影响系统正常工作的故障时，作出相应的响应。 模式选择 根据汽车的参考速度、车轮速度以及系统的故障决定是否进入ABS工作状态。分析子程序 将计算的车轮运动特性与参考车速比较决定如何调用电磁阀的控制命令，门限值的设定、控制逻辑的选择都是在此模块中实现。 转速传感器 液压调节器 电子控制单元 返回 滑动率与附着系数的关系 ABS控制及布置方式 汽车的制动过程 ABS的工作过程 返回 电子控制助力器 全电子制动系统 智能制动控制系统 返回 本节主要介绍了轮速传感器的工作原理及其结构，液压调节器的结构和工作过程的动画显示，以及ABS的核心中央控制单元的组成，并给出了实例。 详述防抱死制动系统的工作原理以及工作过程。 防抱死制动系统有哪几部分组成？各部分起到什么作用？ 详述液压调节器的组成以及工作过程？ 电子控制单元的组成以及各部分的功能？ 清华大学汽车工程系本书编写组，汽车构造，北京：人民邮电出版社，2000 陈家瑞主编，汽车构造（下册），北京：机械工业出版社，2001 余志生主编，汽车理论，北京：机械工业出版社，2000 王望予主编，汽车设计，北京：机械工业出版社，2001 Horsp Bauer. Automotive Handbook(Bosch)(4th Edition). Stuttgart:Robert Bosch GmbH,1996 Rudolf limpert. Brake Design and Safety. Society of Automotive Engineering. Inc, 1992 (德)M. 米奇克, 汽车动力学A卷(第2版). 陈荫三译. 北京:人民交通出版社,1992 李东江,宋良玉,现代汽车电子控制技术,北京:科学技术文献出版社,1998 下一页 电子控制助力器 电子控制助力器是自动施加制动力的一种制动系统。自动制动力上升速度很快，大大提高了安全性。 全电子制动系统 这是一个舍弃了制动主缸、助力器、