汽车电子技术电子教案--CHAPTER5.2

1、北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳一、概述1、汽车开环和闭环控制系统简介开环控制：制动器制动力矩的大小仅与驾驶员的操纵力、制动力的分配调节、制动器的尺寸和型式有关，与车轮的运动状态无关，制动时易出现抱死拖滑。闭环控制：可感知制动轮每一瞬时的运动状态，并根据运动状态相应地调节制动器制动力矩的大小，避免出现车轮抱死的现象。可使汽车在制动时维持方向的稳定性和缩短制动距离，有效地提高了行车的安全性。制动防抱死系统CHAPTER 5.2 汽车制动防抱死系统（ABS）北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳2、汽车制动防抱死技术的发展 制动防抱死装置最早应用在20年代初期的火车上，二战期间开始应用到喷气式飞

2、机上。二战后，出现汽车用纯机械式ABS。60年代随电子技术的发展开始研究电子式ABS。70年代用于豪华轿车上，80年代开始普及。87年欧共体颁布法规，从91年起欧共体国家生产的新车型均需装备ABS系统二、汽车路面附着性能1、滑移率S S = （v -rr0）/ v 100 %其中v 车轮中心的速度即汽车车身的速度 rr0车轮的动力半径 车轮的角速度纯滚动时v = rr0，S=0；纯抱死拖滑时=0，S=100%CHAPTER 5.2北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 5.22、附着系数与滑移率S之间的关系3、影响附着系数的因素有四大类：路面因素R、轮胎因素T、汽车因素V和制动工况

3、因素M路面因素：路面基础、材料、宏观不平度、微观粗糙度、表面覆盖物、横向坡度、路面曲率等轮胎因素：轮胎尺寸及其比例、帘布层结构、轮胎径向、切向、侧向刚度、胎压、胎面花纹及磨损程度、轮胎类型等汽车因素：整车质量、悬架质量、整车质心位置、轮距、轴距、车轮动态载荷、车身绕质心的转动惯量、各车论转动惯量、转换到驱动车轮上的转动惯量、车轮外倾角、悬架装置的类型和性能、转向系统的类型和性能、制动系统的类型和性能制动工况因素：车速、制动踏板动作速度、车辆行驶路迹、风速及其作用方向、侧向力和制动器的温度等。北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 5.2北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPT

4、ER 5.2三、制动防抱死系统的结构与工作原理由三大部分组成：轮速传感器、压力调节器和电子控制装置（1）轮速传感器作用：检测车轮转速，并把检测到的信息传给电子控制装置。分类：凿式，柱式和菱形内部结构和工作原理：安装方式：北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 5.22、压力调节器作用：接受并执行ECU的指令，使制动轮缸或气室能实现压力增高、压力保持或压力降低。安装：在制动轮缸和制动总缸之间分类：滑阀式和柱塞式。每种类型又有不同的形式和结构，一般由回油泵、存储器和电磁阀组成。回油泵：在制动压力减少时，抽吸制动轮缸的制动液，并把它泵回制动主缸存储器：暂时储存压力减少时流出的制动液电磁阀

5、：用于制动压力的调节北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 5.2（1 1）压力上升）压力上升无激励，制动主缸进口和轮缸进口之间有一个无障碍通道（2 2）压力保持）压力保持最大电流半值，副弹簧从压缩状态释放，不再有压缩力，仅有主弹簧力作用，三个孔相互隔离（3 3）压力降低）压力降低最大电流激励，主弹簧继续被压缩，卸载阀打开，轮缸压力降低3、电子控制装置系统构成：输入级、数字控制器、输出级和稳压与保护装置（1 1）输入级）输入级 主要由低通滤波器和用来抗干扰并放大轮速信号的输入放大器等组成。把由轮速传感器送来的正弦交流电压变换成方波输出，并用此信号去控制数字电路的两个大规模集成电路L

6、S1和LS2北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 5.2（2 2）数字控制器）数字控制器 数字控制器由两个相似的相互独立的数字电路LS1和LS2组成。两个电路平行，各自独立处理来自两轮（左前VL+右后HR，右前VR+左后HL）的信号，并执行逻辑加过程。这种方式可以很容易实现通道隔离，隔开电路中的错误。（3 3）输出级）输出级 两个输出级电路均采用大功率晶体管，接受来自LS1和LS2传来的电磁阀激磁执行指令。（4 4）稳压与保护装置）稳压与保护装置 具有检测和保护功能，内部有一检测电路，一个故障存储器和一个报警电路，当汽车电源电压太低时，除警告灯发出报警信号外，还可切断汽车电源系统

7、的电路，暂时停止向外供电。北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 5.24、制动防抱死系统工作原理工作原理分为两类：滑阀式和柱塞式（1）滑阀式：为获得理想的轮缸压力，系统必须做得相当精密，响应要快。可与驱动防滑系统配合使用（2）柱塞式：轮缸需要减压时，调节系统不需打开，制动液不需流出制动管路，减压和增压只需通过柱塞移动来改变油缸容积即可，反应快捷，调节性能改善北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 5.2四、制动防抱死系统在汽车上的布置1、车轮的控制方式（1）直接控制：单一车轮，轮缸或气室压力的调节根据自身运动状态信号进行（2）间接控制：单一车轮，压力调节不根据自身运动

8、状态，而根据另外车轮的（3）不加控制：不对车轮轮缸或气室压力进行调节（4）低选择控制：两个或多个车轮联合控制。该组压力调节根据先趋于抱死车轮的运动状态的信号进行。（5）高选择控制：两个或多个车轮联合控制。该组压力调节根据后趋于抱死车轮的运动状态的信号进行。（6）独立控制：两个或多个车轮联合控制。该组车轮每一个车轮的压力调节都是根据自身运动状态信号进行。即每个车轮均为直接控制。（7）修正独立控制：两个或多个车轮联合控制。该组车轮中每一个车轮均为直接控制，但这组车轮轮缸或气室的压力差限制在一定范围内。（8）平均控制：两个或多个车轮联合控制。它得到这组车轮的平均瞬时角速度，并根据此信号对这组车轮进行

9、控制。北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 5.22、制动防抱死装置在汽车上的布置方案考虑因素：与汽车的其他性能相适应、与成本相适应、与使用环境相适应，获得较高的性价比。（1）在两轴货车上的布置方案方案a：仅用一个传感器和一个压力调节器，单通道结构，只一个后轮直接控制，其他轮不加控制。该方案已淘汰 方案b：一个传感器和一个压力调节器，单通道结构，但两后轮均得到控制方案c：一个传感器和一个压力调节器，前两轮不加控制，后两轮为平均控制方案d：两后轮各一个传感器，一个压力调节器，单通道结构，两后轮选用低选控制北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳方案e：两前轮各一个传感器，一个压力调节器

10、，两前轮采用高选控制，两后轮不加控制方案f：两后轮两个传感器和两个压力调节器，双通道结构，两后轮直接控制，两前轮为间接控制。方案g：两前轮两个传感器和两个压力调节器，双通道结构，前轮直接控制，后轮经感载比例阀后为间接控制。方案h：前后轮各一个传感器，两个压力调节器，双通道结构，对角布置的一对车轮为直接控制，另一对车轮不加控制CHAPTER 5.2北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 5.2方案i：前后轮各一个传感器，两个压力调节器，双通道结构，对角布置的一对车轮为直接控制，另一对车轮为同桥的间接控制方案j：四个传感器和四个压力调节器，四通道结构，独立控制方案k：四个传感器和三个压

11、力调节器，三通道结构，两后轮独立控制，两前轮采用低选控制。方案l：四个传感器，四个压力调节器，四通道结构，两前轮应用修正独立控制，两后轮独立控制北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 5.2（2）在小轿车上的布置方案方案a：四个传感器和四个压力调节器，四通道结构，独立控制方式。采用了对角线布置的双管路系统，优缺点同货车中的方案j方案b：四个传感器和三个压力调节器，三通道结构，两前轮为独立控制，两后轮为低选控制。此方案应用广泛。方案c：三个传感器和两个压力调节器，两通道结构，两前两轮为低选控制，两后轮为平均控制。方案d：四个传感器和两个压力调节器，双通道双管路结构，对角布置的前后轮均

12、选用低选控制北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 5.2方案e：两个传感器，两个压力调节器，两后轮采用低选控制，前轮不加控制。同货车中的方案d方案f：两两个传感器和两个压力调节器，双通道结构，前轮为直接控制，对角布置的后轮经比例阀后为间接控制。在中低档前置前驱动轿车上应用较多方案g：四个传感器和两个压力调节器，双通道结构，两前轮选用高选控制方式，两后轮采用低选控制方式。前置前驱动轿车上的另一方案。北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 5.2（3）在城市公交车上的布置方案方案a：六个传感器，三个压力调节器，每个桥上一个压力传感器，三通道结构，每个桥上均选用低选控制方式

13、方案b：六个传感器，六个压力调节器，六通道结构，各轮均为独立控制北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 5.2（4）在牵引头上的布置方案方案a：六个传感器和六个压力调节器，六通道结构，两后轴四个车轮应用独立控制，两前轮应用修正独立控制。方案b：四个传感器和四个压力调节器，四通道结构，前桥应用的是修正独立控制，第二后轴应用的是独立控制，第一后轴为间接控制。也可以布置成，第一后轴为直接控制，第二后轴为间接控制，但第二后轴抱死可能性很大，影响车辆的方向稳定性，不宜采用。方案c：6个传感器和三个压力调节器，三通道结构，前桥为低选控制，后两桥为边对边控制，每边控制形式的选择取决于悬架的形式。

14、平衡悬架，两边都应用低选控制，以维持车辆的方向稳定性；非动态平衡悬架，两边常采用高选控制方式。北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 5.2（5）在半挂车上的布置方案方案a：两个传感器和两个压力调节器，第一轴上的两车轮为直接控制，后两轴的车论为边对边的间接控制方案b：四个传感器和四个压力调节器，四通道结构，前轴为独立控制，后轴为修正独立控制。方案c：四个传感器和两个压力调节器，两通道结构，每侧应用的是低选控制方式方案d：四个传感器和四个压力调节器，四通道结构，第一轴为独立控制；第二轴为间接控制，与之配合的是第一轴的同侧车轮；第三轴为修正独立控制北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳C

15、HAPTER 5.21、三种典型布置方案的试验比较方案A：独立控制。制动距离短，方向盘转角最大。方案B：后轴独立控制，前轴低选控制。制动距离最长，方向盘转角最小方案C：后轴独立控制，前轴修正独立控制。制动距离和方向盘转角基本接介于A、B之间。制动距离实验：低附着系数路面、对开路面和低附着系数转弯路面方向盘转角实验：对开路面北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 5.2五、制动防抱死系统的控制技术1、制动防抱死系统控制参数（1）车轮滑动率S。最佳滑动率S0P在各种不同附着系数路面及各种不同的制动工况下变化很大，适应各种制动工况的滑动率的门限值很难确定，仅选用S，难以胜任（2）车轮滑动

16、率对时间的一阶导数ds/dt。当车轮从稳定工况过渡到不稳定工况时，S迅速增加，从而可通过限制ds/dt的办法把车轮的运动状态保持在稳定区域内，但不能保证车轮滑动率S始终保持在起最佳值附近（3）车轮的角减速度或角加速度dw/dt。对非驱动轮是可行的，对于驱动轮，如在紧急制动时发动机和传动系不是断开的，发动机和传动系转换到驱动轮上的转动惯量很大，车轮减速度的响应就比较迟钝，因此应用受限（4）车轮的角减速度或角加速度dw/dt和车轮滑动率S的组合。实用的ABS系统都采用这两个参数对车轮的运动状态进行联合控制（5）车轮的角减速度或角加速度dw/dt和车轮滑动率S作为主调节参数，汽车的减速度a作为辅助调节参数。（6）车轮路面的纵向附着系数对滑动率的一阶导数和车轮滑动率S的组合。在不同制动工况下，峰值附着系数对应的最佳滑动率是不同的，但在最佳滑动率S0P时，路面的纵向附着系数对滑动率的一阶导数等于零，所以以此为调节参数，可方便地设置门限值，从而保证纵向附着系数能在最大值附近变动，获得最短的制动距离北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 5.22、制动防抱死系统的控制技术（1）高附着系数控制技术（2）低附着系数控制技术（3）高附着系数低附着系数控制技术北京航空航天大学 汽车工程系 徐向阳CHAPTER 5.2（4）汽车参考速度的计算 汽车参考速度Vref是