修订续现代汽车制动控制ABSASRVSC 演示文稿PPT课件

1、第一节第一节 现代汽车制动系统原理与作现代汽车制动系统原理与作用用第1页/共67页ABS（制动防抱死）、ASR（驱动防滑）、VSC（ESP电子稳定）系统简介（一） 三种系统的发展情况（1）80年代：ABS由于其卓越的安全性能，成为当时高档轿车的标志性配置。（2）90年代以后：安装ABS已经非常的普遍，包括国内的一些经济型轿车。（3）目前现状： ASR、VSC系统成为高档轿车的标志性配置。（4）今后的发展： 随着对安全性能要求的不断提高，ASR、VSC系统的安装也会变的非常普遍。第2页/共67页制动力与制动安全的关系制动力与制动安全的关系制动车轮抱死, 附着力下降, 侧向附着完全消失.前轮抱死,

2、失去方向控制.后轮抱死, 甩尾.后果更严重.制动时,汽车重心前移,易使后轮抱死.ESP有无之比较1.swfESP有无之比较2.swfESP无.swf第3页/共67页ABSABS、ASRASR、VSCVSC（ESPESP）的实质和作用的实质和作用 实现驱动力、制动力的自动调节实现驱动力、制动力的自动调节 充分发挥制动器的制动效能充分发挥制动器的制动效能 提高制动减速度和缩短制动距离提高制动减速度和缩短制动距离 提高车辆制动、转向时方向的稳定性提高车辆制动、转向时方向的稳定性 第4页/共67页ABSABS、ASRASR、VSCVSC（ESPESP）的理论基础的理论基础 制动器制动力制动器制动力 车

3、轮制动器产生的摩擦阻力，使车轮转速减慢车轮制动器产生的摩擦阻力，使车轮转速减慢 地面制动力地面制动力 车轮与地面间产生摩擦力使汽车减速车轮与地面间产生摩擦力使汽车减速 车轮抱死之前，车轮抱死之前，地面制动力地面制动力等于等于制动器制动力，制动器制动力， 在车轮抱死后，在车轮抱死后，地面制动力地面制动力等于等于地面附着力地面附着力，它不再随，它不再随制动器制动力制动器制动力的增的增加而增加加而增加 第5页/共67页制动时汽车的受力分析和运动形态制动时汽车的受力分析和运动形态第6页/共67页ABS ABS 、ASRASR、VSCVSC（ESPESP）的理论基础的理论基础 地面附着力地面附着力F F

4、z z F Fz z = G = G z z 式中式中 G G 地面对轮胎的法向作用力；地面对轮胎的法向作用力； z z 纵向附着系数。纵向附着系数。侧向侧向附着力附着力F Fc c F Fc c = G = G c c c c 侧向附着系数侧向附着系数第7页/共67页滑动率滑动率 滑动率滑动率S S的定义是的定义是 SVrV0100%式中式中 V V 车轮中心的速度；车轮中心的速度； r r0 0 没有地面制动力时的车轮滚动半径；没有地面制动力时的车轮滚动半径； 车轮的角速度。车轮的角速度。 第8页/共67页滑动率滑动率 纯滚动纯滚动V V = = r r0 0 ，滑动率滑动率S S=0=0

5、； 纯滑动纯滑动 =0=0，S S=100%=100%； 边滚边滑边滚边滑00S S100%100% 第9页/共67页纵向附着系数纵向附着系数 z z与侧向附着系数与侧向附着系数 c c 随随滑动率滑动率S S的变化的变化 第10页/共67页制动抱死的严重后果制动抱死的严重后果 车轮制动时，如果完全抱死车轮制动时，如果完全抱死：第一：丧失转向能力第一：丧失转向能力第二：纵向附着系数下降，达不到最佳制动效能，第二：纵向附着系数下降，达不到最佳制动效能，第三：侧向附着系数下降到零，丧失抵抗侧向力的作用。第三：侧向附着系数下降到零，丧失抵抗侧向力的作用。即使受到不大即使受到不大的侧向干扰力，汽车也将

6、产生侧滑的侧向干扰力，汽车也将产生侧滑( (甩尾甩尾)第11页/共67页最佳滑动率最佳滑动率 制动时不希望车轮制动到抱死滑移制动时不希望车轮制动到抱死滑移 希望车轮制动到边滚边滑的滑动状态希望车轮制动到边滚边滑的滑动状态 试验证明：汽车车轮的滑动率在试验证明：汽车车轮的滑动率在15%15%20%20%时时，有最大的纵向附有最大的纵向附着系数着系数 z z ，而侧向附着系数，而侧向附着系数 c c也较大也较大ABS原理.swf第12页/共67页汽汽 车车 三三 种种 运运 动动 状状 态态车轮运动受力分析与运动状态车轮运动受力分析与运动状态 第13页/共67页1.1.车轮受力三种型式车轮受力三种

7、型式（1 1）加速时：）加速时： 否则产生滑转，汽车不走或车轮大于车否则产生滑转，汽车不走或车轮大于车速。速。（2 2）制动（减速）时：）制动（减速）时： 否则产生滑移，车轮抱死或车速大于轮否则产生滑移，车轮抱死或车速大于轮速。速。（3 3）转向时：横向力）转向时：横向力 否则产生侧滑，不能转向而失控。否则产生侧滑，不能转向而失控。纵FFtmax纵FFBmax横FY 第一节 现代汽车制动系统原理与作用第14页/共67页2. 附着力F、附着系数影响因素 附着力的大小与汽车本身的一些因素有关：车轮载荷、胎面花纹、轮胎气压、路面粗糙胎面花纹、轮胎气压、路面粗糙度、潮湿程度、行驶速度、车轮偏转角度、潮

8、湿程度、行驶速度、车轮偏转角等。当法向力G一定时，附着力的大小由附着系数的大小来决定。 附着系数附着系数的大小与汽车运动过程中的滑滑移率移率与滑转率滑转率有着密切的关系。 GF第15页/共67页第一节 现代汽车制动系统原理与作用4.滑移与滑转曲线及分析第16页/共67页几个概念：汽车的滑动（滑移、滑几个概念：汽车的滑动（滑移、滑转）转）滑移：制动过程中，车速大于轮速。滑移率：车轮的滑移速度与车速的百分比。滑转：加速过程中，轮速大于车速。滑转率：车轮滑转速度与车轮速度的百分比。%100%100rwSw%100%100rwrwSwwd第17页/共67页 （1 1）横向附着系数）横向附着系数 汽车行

9、驶的稳定性汽车行驶的稳定性 如：侧滑、甩尾如：侧滑、甩尾 汽车转向性能（方向的稳定性）汽车转向性能（方向的稳定性） 如：转向失控如：转向失控（2 2）纵向附着系数）纵向附着系数 汽车的制动性能汽车的制动性能 如：制动距离加长如：制动距离加长 汽车的驱动性能汽车的驱动性能 如：动力性下降如：动力性下降横向附着系数与纵向附着系数横向附着系数与纵向附着系数第18页/共67页 （a a）前轮抱死：侧滑、失去转向（前轮抱死：侧滑、失去转向（b b）后轮抱死：侧滑（甩尾）后轮抱死：侧滑（甩尾） 前后轮制动力调节的作用前后轮制动力调节的作用第19页/共67页汽车侧滑时的运动状况图图a a）表示前轴侧滑，即前

10、轮抱死后轮滚动，惯性力表示前轴侧滑，即前轮抱死后轮滚动，惯性力FjFj的方向与汽车侧滑方向的方向与汽车侧滑方向相反，即相反，即FjFj能起到阻止前轴侧滑的作用。能起到阻止前轴侧滑的作用。图图b b）表示后轴侧滑，即后轮制动抱死而前轮滚动，惯性力表示后轴侧滑，即后轮制动抱死而前轮滚动，惯性力FjFj的方向与汽车侧的方向与汽车侧滑方向一致，于是惯性力加剧了后轴的侧滑，汽车将急剧转弯而甩尾。滑方向一致，于是惯性力加剧了后轴的侧滑，汽车将急剧转弯而甩尾。第20页/共67页ABSABS的组成和控制原理的组成和控制原理轮速传感器、电子控制器、液压调节器轮速传感器、电子控制器、液压调节器ABS结构.swf第

11、21页/共67页4.ABS控制总体图3 3、 ABSABS的的分类分类 ：按照控制通道数目的不同，按照控制通道数目的不同，ABSABS系统分为系统分为四通道、三通道、双通道和单通道四通道、三通道、双通道和单通道四种形式，而其布置形式四种形式，而其布置形式却多种多样。却多种多样。 第22页/共67页ABSABS系统的控制目标：系统的控制目标：（1）缩短制动距离（除雪地和沙石路面） 当汽车在积雪路面上制动时，若车轮抱死，则车当汽车在积雪路面上制动时，若车轮抱死，则车轮前的楔状积雪可阻止汽车的前进。在此条件下，轮前的楔状积雪可阻止汽车的前进。在此条件下，装有装有ABSABS系统的汽车，其制动距离可能

12、延长。沙石路系统的汽车，其制动距离可能延长。沙石路面具有大摩擦系数，若车轮抱死，则可能缩短制动面具有大摩擦系数，若车轮抱死，则可能缩短制动距离。距离。（2） 提高制动时的汽车的方向稳定性（3） 提高制动时的转向控制能力第23页/共67页 四通道四通道ABSABS 对应于双制动管路的对应于双制动管路的H H型型( (前后前后) )或或X X型型( (对角对角) )两种布置形两种布置形式，四通道式，四通道ABSABS也有两种布置形式，见下图。为了对四个车轮也有两种布置形式，见下图。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

13、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力调节分装置( (通道通道) )。由于四通道。由于四通道ABSABS可以最大程度地利用每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。但在附着系数分离附着系数分离( (两侧车轮的附着系数不相等两侧车轮的附着系数不相等) )的路面上制动时，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，矩而产生制动跑偏。因此，AB

14、SABS通常不对四个车轮进行独立的通常不对四个车轮进行独立的制动压力调节制动压力调节 。 第24页/共67页(2) (2) 三通道三通道ABSABS 四轮四轮ABSABS大多为三通道系统，而三通道系统都是对两前轮的制大多为三通道系统，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，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，其布置形式见下图。所示的按对角布置的双管路制动系统中，虽其布置形式见下图。所示的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

15、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，实际上仍是三通道制的，实际上仍是三通道ABSABS。由于三通道由于三通道ABSABS对两后轮进行一同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。个转速传感器来检测两后轮的平均转速。 第25页/共67页(3) (3) 双通道双通道ABSABS 下图所示的双通道下图所示的双通道ABSABS在按前后布置的双管路制动系统的前在按前后布置的双管路制动系统的前后制动管路

16、中各设置一个制动压力调节分装置，分别对两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。轮和两后轮进行一同控制。 由于双通道由于双通道ABSABS难以在方向稳定性、转向操纵能力和制动难以在方向稳定性、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。距离等方面得到兼顾，因此目前很少被采用。 第26页/共67页(4) (4) 单通道单通道ABSABS 所有单通道所有单通道ABSABS都是在前后布置的双管路制动系统的后制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

17、需在传动系中安装一个转速传感器，见下图。由于前制动只需在传动系中安装一个转速传感器，见下图。由于前制动轮缸的制动压力未被控制，前轮仍然可能发生制动抱死，所轮缸的制动压力未被控制，前轮仍然可能发生制动抱死，所以汽车制动时的转向操作能力得不到保障。但由于单通道以汽车制动时的转向操作能力得不到保障。但由于单通道ABSABS能够显著地提高汽车制动时的方向稳定性，又具有结构简单、能够显著地提高汽车制动时的方向稳定性，又具有结构简单、成本低的优点，因此在轻型货车上得到广泛应用。成本低的优点，因此在轻型货车上得到广泛应用。 第27页/共67页3.电磁式转速传感器 磁通量周期地增减，在线圈磁通量周期地增减，在

18、线圈1 1的两端产生正比磁通量的两端产生正比磁通量增减速度的感应电压，将该交流电压信号输送给电增减速度的感应电压，将该交流电压信号输送给电子控制器子控制器第28页/共67页电磁式转速传感器安装位置电磁式转速传感器安装位置第29页/共67页电子控制器电子控制器 电子控制器电子控制器( (ECU)ECU)具有运算功能具有运算功能 接收轮速传感器的交流电压信号，计算出车轮速度接收轮速传感器的交流电压信号，计算出车轮速度 与参考车速进行比较，得出滑移率与参考车速进行比较，得出滑移率S S及加、减速度及加、减速度 对信号加以分析对比，向液压调节器发出控制指令对信号加以分析对比，向液压调节器发出控制指令A

19、BS电子控制单元.swf第30页/共67页液压调节器液压调节器 接收电子控制器的指令，接收电子控制器的指令， 由电磁阀、液压泵和驱动电动机控制由电磁阀、液压泵和驱动电动机控制制动轮缸油压制动轮缸油压的增减的增减 ABS控制过程实际上就是利用制动压力调节系统对制动管路油压高速地进行“增压保压减压”的循环调节过程，这种调节循环的工作频率通常可达15次/秒左右。第31页/共67页 ABS对附着系数的控制目标制动时，把滑移率S控制在20%左右。 第32页/共67页ABS的制动调节过程ABS工作过程（详细）.swf第33页/共67页（2 2）ABSABS系统的工作原理系统的工作原理常规制动（升压）过程常

20、规制动（升压）过程轮缸轮缸柱塞柱塞电控电控单元单元电电动动机机液压泵液压泵主缸主缸线圈线圈电磁阀电磁阀轮速传感器轮速传感器轮缸减压过程轮缸减压过程ABS常规制动.swfABS降压过程.swf第34页/共67页轮缸保压过程轮缸保压过程轮缸增压过程轮缸增压过程ABS增压过程.swfABS保压过程.swf第35页/共67页第二节第二节 现代汽车制动系统发展（一）现代汽车制动系统发展（一）ASRASR（Anti-spin-regulation）第36页/共67页一、ASR（Anti-spin-regulation防滑转调节)结构与原理1驱动力取决于两个方面一是发动机输出扭矩和功率，二是路面附着系数。2

21、汽车防滑转电子控制ASR 功能：防止汽车在起步，加速时和滑溜路面行驶时驱动轮打滑，特别是防止汽车在非对称路面或转弯时驱动轮的空转，以保持汽车行驶方向的稳定性，操作性和维持汽车最佳驱动力以及提高汽车的平顺性。 作用：当车轮出现滑转时，通过对滑转车轮施加制动力或控制发动机的动力输出来抑制车轮的滑转。以避免汽车牵引力和行驶稳定性下降。第37页/共67页3ASR的优点汽车起步，行驶中驱动轮可提供最佳驱动力与无ASR相比，提高了汽车的动力性，特别是在附着系数较小的路面上，起步、加速性能和爬坡能力较佳。能保持汽车的方向稳定性和前轮驱动汽车的转向控制能力。减少了轮胎的磨损和发动机油耗。第38页/共67页4A

22、SRASR控制驱动轮最佳滑移率常用控制方式控制驱动轮最佳滑移率常用控制方式发动机输出转矩的控制：发动机输出转矩的控制：l调节喷油量调节喷油量l调整点火时间调整点火时间l调整进气量调整进气量驱动轮进行制动控制驱动轮进行制动控制（一般作为调整进气（一般作为调整进气量，改变发动机输出转矩方式补充）量，改变发动机输出转矩方式补充）差速器进行控制差速器进行控制可变锁止差速器可变锁止差速器摩擦片式自锁差速器摩擦片式自锁差速器电子控制防滑差速器。目前主要有湿式差速器的防滑控制和主动防电子控制防滑差速器。目前主要有湿式差速器的防滑控制和主动防滑控制差速器两种。滑控制差速器两种。第39页/共67页 变速器控制：

23、通过传动比来改变传递到驱动轮上的驱动转矩。 离合器控制：通过操作机构减弱离合器接合程度。 综合控制：一是同时控制发动机输出功率和车轮的制动力；二是差速锁与发动机输出功率的综合控制。 总结： ）前五项一般不作为单独控制方式使用。）汽车行驶过程中，路面滑溜情况千差万别，驱动力的状态也是不断变化，综合控制系统将根据发动机的状况和车轮滑转的实际情况采取相应的控制。第40页/共67页ASRASR控制系统的组成控制系统的组成（1 1）ASRASR的传感器的传感器轮速传感器、车速传感器。（和轮速传感器、车速传感器。（和ABSABS共用）共用）节气门开度传感器节气门开度传感器（2 2）ASRASR的的ECUE

24、CU（和和ABSABS共用）共用）第41页/共67页ASR的执行机构 （ASR制动压力源是蓄压器，通过电磁阀来调节驱动车轮制动压力大小）1）制动压力调节器单独方式：ASR制动压力调节器和ABS制动压力调节器结构上各自分开组合方式：ASR制动压力调节器和ABS制动压力调节器结构上各自共用2）节气门驱动装置 由步进电动机和传动机构组成，并根据ASR控制器输出的控制脉冲转动规定的转角，通过传动机构带动辅助节气门转动。第42页/共67页典型ASR系统（LS400）（1）结构组成：电动泵、储压器、三个二位二通电磁阀（储压器切断电磁阀、制动总泵切断电磁阀、储液罐切断电磁阀）（2）工作过程1）压力升高：AB

25、S三位电磁阀置于“压力升高”状态制动总泵电磁阀接通（关状态），储压器切断电磁阀接通（开状态）2）压力保持：由ABS三位电磁阀完成3）压力降低：ABS三位电磁阀置于“压力降低”状态 储液罐切断电磁阀接通（开状态）第43页/共67页ASR对附着系数的控制（1 1）对滑转车轮施加制动（辅助）对滑转车轮施加制动（辅助） 一个驱动轮滑转 二个驱动轮滑转 Sd：10%20%（2）控制发动机的功率输出（主要）控制发动机的功率输出（主要） 减少进气量减少进气量、喷油量、 减小点火提前角 /2BLLHTFFFFF 第44页/共67页制动控制时产生的差速锁的作用第45页/共67页差速器特性：n左轮n右轮2n驱动轴

26、M左轮M右轮1/2M驱动轴M左轮M右轮M驱动轴=0(3)差速器原理four-wheel-drive-无控制.swffour-wheel-drive-有控制.swf第46页/共67页8.ASR系统的作用（1）能得到最佳的驱动力（2）前驱汽车得到了良好的转向控制能力（3）后驱汽车得到了行驶的稳定性第47页/共67页第三节第三节 现代汽车制动系统发展（二）现代汽车制动系统发展（二）VSCVSC（ESPESP）（）（车辆稳定性控制）车辆稳定性控制）第48页/共67页VSC（车辆稳定性控制）系统结构与原理（一）转弯极限时汽车的不稳定性当前胎或后胎的抓地力达到极限（最大附着极限），汽车转向的稳定就受到极大

27、的影响。粗略讲：高速时驱动轮先达到抓地极限。 中速时从动轮易先达到抓地极限。前轮胎首先达到抓地极限而引起侧滑称为“漂出”（通过减速和向内的旋转运动来抑制）后轮胎首先达到抓地极限而引起侧滑，会出现“回旋”、“甩尾”（通过减速和向外的旋转运动来抑制）也称“汽车电子稳定程序控制”ESP第49页/共67页 汽车电子稳定程序控制系统ESP（Electronic Stability Program） 车型不同，其缩写有所不同。沃尔沃称其为DSTC，宝马称其为DSC，丰田凌志称其为VSC，其原理和作用基本相同。 基本原理： ESP功能是监控汽车的行驶状态，在紧急躲避障碍物或在转弯时出现不足转向或过度转向时，

28、帮助车辆克服偏离理想轨迹的倾向。 ESP能够自动地向一个或多个车轮施加制动力，在某些情况下每秒可进行150次制动，以确保汽车行驶在驾驶员选定的车道内。第50页/共67页 ESP有3种类型： 4通道或4轮系统。能自动的向4个车轮独立施加制动力。 2通道系统。只能对2个前轮独立施加制动力。 3通道系统。能对2个前轮独立施加制动力，而对后轮只能一同施加制动力。 1）传感器 方向盘转向传感器：监测转向盘旋转角度，确定汽车行驶方向是否正确 车轮转速传感器：监测每只车轮速度，确定车轮是否打滑 偏移率（侧向加速度）侧向加速度）传感器记录汽车绕垂直轴线的运动，确定汽车是否打滑 横摆率（横向加速度）横向加速度）

29、传感器：检测汽车转弯时产生的离心力，确定其转弯时是否打滑第51页/共67页制动液压传感器节气门位置传感器2）ECU：有两个处理器3）执行器用于告知驾驶员失稳的侧滑指示灯和用于告知驾驶员失稳的侧滑指示灯和VSCVSC蜂鸣蜂鸣器。器。液压控制装置：包括）供能部分，由液压泵和蓄压器组成。）制动总泵和制动助力器部分。 ）选择电磁阀部分，当VSC、TRC（牵引控制） 、ABS工作时，它关闭制动总泵液压油，并把液压油送到控制电磁阀。 ）控制电磁阀部分，当VSC、TRC、ABS工作时，它增加或降低每个车轮分泵的液压，以控制每个车轮的制动力。第52页/共67页VSC控制原理当前轮侧滑时，通过制动内后轮，以得到向内转的运动，然后对四个车轮进行制动，使车速降到某一水平来平衡旋转运动，使转向在转弯力的范围内进行。当后轮侧滑时，外前轮被制动，以产生向外的运动，确保汽车的稳定性。VSC工作原理（1）通过传感器检测汽车状态和驾驶员操作。（2）根据（1）来估算汽车失稳的程度（侧滑的程度）（3）根据（2）来计算恢复汽车稳定所需的旋转运动和减速，并相应控制每一车轮的制动力和发动机的动力