第11章 底盘电子控制技术

电子控制转向系统电子控制悬架系统ABS/ASR系统,第11章底盘电子控制技术,动力转向系,机械转向器,转向摇臂,转向拉杆,转向节,梯形臂,转向横拉杆,转向油罐,转向油泵,转向控制阀,转向动力缸,11.1电子控制转向系统,电子控制动力转向系统(EPS-ElectronicPowerSteering)可以在低速时减轻转向力，以提高转向系统的操纵稳定性；在高速时则可适当加重转向力，以提高操纵稳定性。,电子控制动力转向系统分为:电控液压助力转向系统(又称EHPS)电动助力转向系统,一、电控液压助力转向系统,电控液压助力转向系统是在传统的液压动力转向系统的基础上增设电子控制装置而构成的。,根据控制方式的不同，液压式电子控制动力转向系统又可分为流量控制式、反力控制式和阀灵敏度控制式三种形式。,电控液压助力转向系统,ECU根据车速传感器的信号，控制旁通电磁阀的流量，从而控制转向动力缸活塞两侧油室的旁路液压油流量，来改变转向盘上的转向力。,流量控制式动力转向系统,图11-2日产公司蓝鸟牌汽车的转向力车速敏感特性及转换特性,EPS转向操舵力特性,近年来随着微机在汽车上的广泛应用，出现了电动式电子控制动力转向系统，简称电动式EPS。,EPS根据电动机安装部位可分三种类型：转向柱助力式。齿轮助力式。电动机和减速机构与齿轮相连，直接驱动齿轮实现转向助力。齿条助力式。电动机和减速机构直接驱动齿条实现转向助力。,二、电动助力转向系统,齿条助力式电动助力转向系统,电动式EPS的原理,电动式EPS通常由转矩传感器、车速传感器、电子控制单元(ECU)、电动机和电磁离合器等组成。,1转向盘；2输入轴3ECU；4电动机；5电磁离合器；6转向齿条；7横拉杆；8转向轮；9转向齿轮10输出轴；11扭矩传感器；12扭力杆,转向柱助力式EPS,电动式EPS的优点：,(1)将电动机、离合器、减速装置、转向杆等部件装配成一个整体，这既无管道也无控制阀，使其结构紧凑、质量减轻，一般电动式EPS的质量比液压式EPS质量轻25%左右,(2)没有液压式动力转向系统所必须的常运转式转向液压泵，电动机只是在需要转向时，才接通电源，所以动力消耗和燃油消耗均可降到最低。,(3)省去了油压系统，所以不需要给转向液压泵补充油，也不必担心漏油。,(4)可以比较容易地按照汽车性能的需要设置、修改转向助力特性。,奥拓(Alto)汽车电动式EPS,1转矩传感器；2控制臂；3传感器轴；4扭杆；5滑块；6球槽；7连接环；8钢球；9蜗轮；10蜗杆；11离合器；2电动机,电动式EPS实物,行驶中汽车的动力特征：,行驶性能汽车平稳驶过崎岖不平的路面的性能操纵性能汽车安全地加速、制动和转弯的性能,悬架系统用于支撑重量、吸收和消除振动以及帮助维持轮胎接触的装置悬架具备的三个基础部件：弹簧、减振器和防横摇稳定杆,弹簧较松的汽车（如林肯城市这样的豪华汽车）可以彻底消除颠簸并提供极平稳的行驶感觉，但同时在制动和加速过程中易产生俯冲和蹲伏现象，在转弯时易产生侧倾和翻滚趋势。弹簧较紧的汽车（如马自达Miata）在颠簸路面上的平稳性稍差，但车身移动非常小，这意味着即使是在转弯处，也可以用较激烈的方式来驾驶。,减振器。该设备也称为缓冲器，它通过一种称为阻尼的过程来控制不希望发生的弹簧运动。减振器通过将悬架运动的动能转换为可通过液压油耗散的热能，来放缓和减弱振动性运动的大小。如果不使用阻尼结构，汽车弹簧将以不可控制的速率弹开并释放它所吸收的颠簸能量，并继续按其自身频率弹起，直到耗尽最初施加在它上面的所有能量。,当车轮遇到颠簸路面并导致弹簧压紧和拉伸时，弹簧的能量通过上支座传递到减振器，并经由活塞杆向下传递到活塞。活塞上打有孔，当活塞在压力筒内上下运动时，液压油可通过这些小孔渗漏出来。因为这些孔非常微小，所以在很大的压力下也只能有很少的液压油通过。这样就减缓了活塞的运动速度，从而使弹簧的运动缓慢下来。所有现代的减振器都带有速度传感功能悬架的运动速度越快，减振器提供的阻力越大。这使得减振器能够根据路况进行调整，并控制行驶的车辆中可能出现的所有不希望发生的运动，包括弹跳、侧倾、制动俯冲和加速蹲伏等。,防横摇稳定杆（也叫防侧倾杆）与减振器配合使用，以便为行驶中的汽车提供附加稳定性。防横摇稳定杆是一个横跨整个车轴的金属杆，将悬架的两侧有效地连接在一起。当一个车轮上的悬架上下移动时，防横摇稳定杆会将移动传递给其他车轮。这样可以使行驶更平稳，并减少了车辆的倾斜度。尤其是它能抵消转弯时悬架上的汽车的侧翻趋势。,11.2电子控制悬架系统一、车身高度控制,1-压缩机和调压器2-电动机3-干燥器和排气阀4-高度控制电磁阀5-空气悬架6-指示灯7-ECU8-车身高度传感器,11.2电子控制悬架系统一、车身高度控制,1-压缩机和调压器2-电动机3-干燥器和排气阀4-高度控制电磁阀5-空气悬架6-指示灯7-ECU8-车身高度传感器,二、全主动悬架,主动悬架根据载荷、车速、路面等条件的变化，自动调节弹簧刚度、减振器阻尼、车身高度。按弹簧的种类又可分为空气弹簧主动悬架和油气弹簧主动悬架。,主动悬架的控制功能：1.车速与路面感应控制当车速高时，提高弹簧刚度和减振器阻尼力，以提高汽车高速行驶时的操纵稳定性。当前轮遇到突起时，减小后轮悬架弹簧刚度和减振器阻尼力，以减小车身的振动和冲击。当路面差时，提高弹簧刚度和减振器阻尼力，以抑制车身的振动。,2.车身姿态控制转向时侧倾控制：急转向时，提高弹簧刚度和减振器阻尼力，以抑制车身的侧倾。制动时点头控制：紧急制动时，提高弹簧刚度和减振器阻尼力，以抑制车身的点头。加速时后坐控制：急加速时，提高弹簧刚度和减振器阻尼力，以抑制车身的后坐。,3.车身高度控制高速感应控制：车速超过90km/h，降低车身高度，以减少空气阻力，提高汽车行驶的稳定性。连续差路面行驶控制：车速在40-90km/h，提高车身高度，以提高汽车的通过性；车速在90km/h以上，降低车身高度，以满足汽车行驶的稳定性。点火开关OFF控制：驻车时，当点火开关关闭后，降低车身高度，便于乘客的乘降。自动高度控制：当乘客和载质量变化时，保持车身高度恒定。,空气悬架的结构,1-执行器2-副气室3-减振器阻尼调节杆4-主气室5-减振器活塞杆6-滚动膜7-减振器,悬架刚度的自动调节原理,1阻尼调节杆；2空气阀调节杆；3主、副气室通道；4副气室；5主气室；6气阀体；7气体小通道；8阀芯；9气体大通道,奔驰轿车早在1998年就已经开始采用主动式空气悬架系统,半主动悬架多采用手动控制方式，由驾驶员根据路面状况和汽车的行驶条件，手动控制相关的动作，对减振器的阻尼力进行“硬”、“软”变换。,当减振器的阻尼力被调整为“硬”时，还可增强汽车在转弯或在不平道路上行驶时抗侧倾的能力，提高汽车操纵的稳定性。,当减振器的阻尼力被调整为“软”时，使汽车行驶时的上下颠簸的加速度幅度减少，提高汽车乘坐的舒适性。,三、半主动悬架,电控半主动悬架的一般工作原理是：利用传感器把汽车行驶时路面的状况和车身的状态进行检测，检测到的信号经输入接口电路处理后，传输给计算机进行处理，再通过驱动电路控制悬架系统的执行器动作，完成悬架特性参数的调整。,图11-11阻尼可调减震器,1步进电机2驱动杆3空心活塞杆4活塞,汽车电子控制防抱死制动系统(AntilockBrakingSystem,ABS)和驱动防滑系统(AccelerationSlipRegulation,ASR)是现代汽车用于提高主动安全性的两项重要措施。最近汽车工业发达国家又在ABSASR系统的基础上发展成汽车动态控制系统(英文名称为VehicleDynamicsControl，简称VDC)。这个系统把汽车的制动、驱动、悬架、转向、发动机等各主要总成的控制系统在功能上、结构上有机的综合在一起，可使汽车在各种恶劣工况下，如冰雪路面上、对开路面上、弯道路面上以及采取规避动作移线、制动、加速和下坡等工况行驶时，对不同承载、不同轮胎气压和不同程度的轮胎磨损都有良好的方向稳定性，表现出最佳的行驶性能。,11.3电子控制汽车制动防抱死装置,一.ABS的作用,轮胎侧向力轮胎侧向附着力FyFz,地面附着系数与轮胎滑移率（滑动率）之间的关系：,如果没有ABS，紧急制动通常会造成轮胎抱死，这时，滚动摩擦变成滑动摩擦，制动力大大下降。而且如果前轮抱死，车辆就失去了转向能力；如果后轮先抱死，车辆容易产生侧滑，使行车方向变得无法控制。所以，ABS系统通过电子或机械的控制，以非常快的速度精密的控制制动液压力的收放，来达到防止车轮抱死，确保轮胎的最大制动力以及制动过程中的转向能力，使车辆在紧急制动时也具有躲避障碍的能力。,从微观上分析，在轮胎从滚动变为滑动的临界点时轮胎与地面的摩擦力达到最大。在汽车起步时可充分发挥引擎动力输出（缩短加速时间），如果在刹车时则减速效果最大（刹车距离最短）。ABS系统内控制器利用液压装置控制刹车压力在轮胎发生滑动的临界点反复摆动，使在刹车盘不断重复接触、离开的过程而保持轮胎抓地力最接近最大理论值，达到最佳刹车效果。,ABS的工作过程可以分为常规制动制动压力保持制动压力减小制动压力增大,二.ASR的作用,AccelerationSlipRegulation/AntiSlipRegulation驱动防滑系统又称驱动/牵引控制系统TCSTractionControlSystem或驱动/牵引调节控制系统TRCTractionRegulationControl,制动防抱死系统，在制动方面解脱了对驾驶员的高要求。驱动防滑控制系统则是在行驶方面、加速方面解脱对驾驶员的高要求。驱动防滑系统是汽车制动防抱死系统功能的自然扩展，它的作用是维持汽车行驶时的方向稳定性，并尽可能利用车轮路面间的纵向附着能力，提供最大的驱动力。当驾驶员在光滑路面上过分踩下油门时，会造成车轮的过分滑转，驱动防滑装置通过自动施加部分制动或减少发动机功率输出的方式可使车轮的滑动率保持在最佳范围内，由此可防止驾驶员过分踩下油门踏板所带来的负效应，获得较好的行驶安全性及良好的起步加速性能。,“制动力控制”。可减少轮胎及动力传动系统的磨损。以市内公共汽车的行驶为例。若公共汽车停车站右侧是结冰路面，左侧为水泥或沥青路面，这在北方的冬季是常见的路况。两边的附着能力不同，汽车起步受阻。如果汽车装备有ASR系统，它可通过制动飞转车轮的办法来平衡驱动轮的转速差。这实际上产生的是差速锁效应。这样一方面提高了驱动力的发挥，可在较大程度上发挥附着较好一侧的附着能力l另?方面防止了差速器行星齿轮的快速转动，避免了差速器的早期磨损。,“发动机调速控制”。车的两侧附着状况均不好，例如都是结冰路面，当猛踩加速踏板时，由于地面附着能力不足，两侧驱动轮会同时飞转。在这种情况下，驱动防滑系统通过自动减少发动机功率输出的办法来控制。发动机输出功率和发动机转速的适度降低，可减少驱动轮的过分滑转，一方面提高了车轮路面间的侧向附着能力，维持了方向稳定性；另一方面增大了纵向附着能力，有利了起步和加速。,“光滑路面状况显示控制”。ASR系统进行制动力控制和发动机调速控制时，仪表盘上的ASR指示灯就发光。这样驾驶员就被告知路面的状况，从而可及时采取相应的措施，以改善驱动条件。,“轴荷转移控制”。如果应用气体悬架的汽车在光滑路面上起步或行驶比较困难，可通过ASR控制作用使驱动力获得一定程度的增加，但仍不足以正常行驶，为增加驱动力，改善行驶状况，可通过轴荷转移的方法，增大驱动桥的附着载荷，增大驱动力。轴荷转移是通过部分释放驱动桥气体悬架中压力气体，造成悬挂质量向驱动桥一边倾斜，整车质心位置的改变来实现。压力气体释放的多少取决于驱动轮的滑转程度。,三、VDC的作用,ABSASR系统成功地解决了汽车在制动和驱动时的方向稳定性问题，但不能解决汽车转向行驶时的方向稳定性问题。例如当汽车转向行驶时，不可避免地受到侧向和纵向力的作用，只有当地面能够提供充分的侧向和纵向力时，驾驶员才能控制住车辆。如果地面侧向附着能力比较低，就会损害汽车按预定方向行驶的能力。雨天汽车高速转向行驶时，常常侧向滑出，就是地面侧向附着能力不足的缘故。为解决此问题，在ABSASR系统的基础上发展成汽车动态控制系统(英文名称为VehicleDynamicsControl，简称VDC)。VDC的应用，在制动、加速和转向方面完全解脱对驾驶员的高要求，在汽车的主动安全行驶方面竖立了一个新的里程碑。,VDC系统对转向行驶的控制主要是借助于对各个车轮的制动控制和发动机功率输出控制来实现的。例如汽车左转弯时，若前轮因转向能力不足而趋于滑出弯道，VDC系统即可测知侧滑即将发生，就采取适当制动左后轮的办法。左后轮产生的制动力可帮助汽车转向，使汽车继续按照理想的路线行驶。若在同一弯道上，因后轮趋于侧向滑出而转向过多，VDC系统即采取适当制动右前轮的办法，维持车辆的稳定行驶。在极端情况下，VDC系统还可采取降低发动机功率输出的办法降低行驶车速，减少对地面侧向附着能力的需求来维持车辆的稳定行驶。采用VDC系统后，汽车在对开路面上或弯道路面上的制动距离还可进一步缩短。,VDC系统主要应用了下述传感器：车轮转速传感器，用来跟踪每一车轮的运动状态；方向盘转角传感器，用来传感方向盘的转角；横摆角速度传感器，用来记录汽车绕垂直轴线转动的所有运动；侧向加速度传感器，用来检测转向行驶时离心力的大小；车轮位移传感器，用来测量车轮和车身相对位置的变化。这些传感器的核心部分是横摆角速度传感器，这是因为汽车的横摆角速度和方向盘转角的比值是反应汽车转向行驶品质的一个重要参数。位移传感器的信号传给电子控制装置，用来控制半主动悬架，改善汽车的接地性能。其它传感器则把汽车每一瞬时的运动状态的信息传给电子控制装置，使之与理想的运动状态相比较，一旦汽车偏离了理想的路线，它就会在极短的时间内采取纠正措施，给制动控制系统或发动机控制系统发出相应的指令，维持汽车在理想的路线上行驶。图为美国Delphi公司的VIDC系统轿车的布置示意图。,二.ASR的作用,汽车在起步、加速或冰雪路面上行驶时，容易出现打滑现象。,驱动轮的滑转程度用滑转率表示：,制动防抱死系统一般由车轮转速传感器、ECU、制动压力调节装置和报警灯等组成。,三.ABS的基本组成与工作过程,1车轮转速传感器；6电子控制装置(ECU)；9比例阀；10ABS警示灯；11储液器；12调压电磁阀；13电动泵；,压力调节装置,ABS工作原理,三位三通电磁阀,回油泵,储液器,未制动状态,进油口,出油口,回油口,常规制动/ABS：加压,ABS：减压,第二节防抱死制动系统的组成ABS：保压,ABS：加压,车轮速度控制过程,A汽车速度线；B车轮转速曲线；,C车轮加速度曲线；DECU控制信号图线；,E制动分泵中制动液压力图线,四.ABS分类,根据压力调节装置分为：可变容积式和循环式制动压力调节装置,根据电磁阀通道数，循环式分为：三位三通和二位二通电磁阀,1.可变容积式制动压力调节装置,常规制动,1.可变容积式制动压力调节装置,减压,1.可变容积式制动压力调节装置,保压,1.可变容积式制动压力调节装置,加压,2.二位二通电磁阀,桑塔纳2000GSi型轿车MK20I型ABS,目前，各类AB