舒华汽车电器与电控ppt35766汽车电器与电控技术ppt007ABSEBDEBAVSC

汽车行驶安全电控系统,主讲：舒华教授军事交通学院,车轮抱死滑移的原因分析,FF时，车轮滚动FF时，车轮抱死滑移F制动器制动力；F地面附着力；FFz轮胎-道路附着系数；Fz地面对车轮的法向反作用力。,第十三章汽车防抱死制动系统ABS,第一节防抱死制动系统发展情况第二节防抱死制动的基本理论第三节防抱死制动系统的组成与类型第四节防抱死制动系统控制部件的结构原理第五节防抱死制动系统控制过程第六节防抱死制动系统故障诊断与检修,第一节防抱死制动系统概述,一、ABS定义：Anti-lockingBrakeSystem防抱死制动系统Anti-skidBrakeSystem防滑移制动系统,二、防抱死制动系统发展情况,ABS技术英国人霍纳摩尔于1920年研制发明并于1932年申请了专利。30年代，铁路机车应用，防止车轮在制动过程中抱死，导致车轮与钢轨局部急剧摩擦而过早损坏。40年代末期，为了缩短飞机着陆时的滑行距离、防止机轮在制动时跑偏、甩尾和轮胎剧烈摩耗，飞机开始采用ABS，并很快成为飞机的标准装备。汽车上最早应用是美国福特公司。1970年，Ford公司最早采用ABS-格尔斯赫依斯公司生产的ABS，装备在1970款LincolnContinental（林肯大陆）牌轿车上。生产ABS公司：德尔科（Delco）公司、本迪克斯（Bendix）公司应用车型：通用别克（Buick）、雪佛莱（Chevrolet）、旁蒂克（Pontiac）车系TOYOTA公司：ABS称为电子滑移控制系统ESC（ElectronicSkidControlledSystem）,最早装备在1971款丰田皇冠（Crown）牌轿车上。瓦布克（WABCO）公司：1986年在北京设立办事处向我国推广ABS戴维斯（Teves）公司：桑塔纳2000GSi型轿车MK20型ABS-上海汽车制动系统有限公司引进戴维斯技术合资生产,三、防抱死制动系统ABS的功能,前轮抱死制动时：虽然汽车基本上沿直线向前行驶，但是失去转向控制能力，驾驶员在制动过程中躲避障碍物、行人以及在弯道上行驶所必须采取的转向操纵控制就无法实现失去转向控制能力。后轮抱死制动时：汽车的制动稳定性就会变差，在很小的侧向力作用下，汽车就会发生甩尾，甚至出现调头等危险现象甩尾、调头。ABS功用：在汽车制动过程中，自动调节车轮的制动力，防止车轮抱死滑移，从而获得最佳制动性能（缩短制动距离、提高方向稳定性、增强转向控制能力），减少交通事故。,第二节防抱死理论车轮滑移率S,v车速（车轮中心纵向速度，m/s）；vw轮速（车轮瞬时圆周速度，vwr，m/s）；r车轮半径（m）；车轮转动角速度（rad/s），=2n；n车轮转速（r/min）。当vvw时，滑移率S0，车轮自由滚动；当vw0时，滑移率S100%，车轮完全抱死滑移；当vvw时，滑移率0S100，车轮既滚动又滑动。滑移率越大，车轮滑移程度越大。,一、影响车轮滑移率S的因素,在制动过程中，车轮抱死滑移的根本原因是：制动器制动力大于轮胎-道路附着力。影响车轮滑移率的因素包括以下几个方面：（1）车轮载客人数或载物量；（2）前、后轴的载荷分布；（3）轮胎-道路附着状况；（4）路面种类和路面状况；（5）制动力大小及其增长速率。,二、车轮滑移率S与附着系数的关系,图132附着系数与滑移率的关系（虚线与实线标注的上下顺序一一对应）B纵向附着系数；S横向附着系数；S车轮滑移率最佳滑移率控制范围：S1030,第三节ABS结构组成与类型,一、防抱死制动系统ABS的组成,一、ABS组成及其与常规制动系统的关系,ABS的组成：ABS=常规制动系统+电子控制系统=液压制动系统+电子控制系统=气压制动系统+电子控制系统ABS与常规制动系统的关系：当车轮未抱死时，制动过程与常规制动完全相同。当车轮趋于抱死时，ABS才调节制动压力当ABS故障时，常规制动系统仍有制动功能。当常规制动系统故障时，ABS随之失效。,二、防抱死制动系统零部件安装位置,图135ABS零部件安装位置,三、防抱死制动系统ABS的优点,（1）缩短制动距离。ABS能保证汽车在雨后、冰雪及泥泞路面上获得较高的制动效能，防止汽车侧滑甩尾（松散的沙土和积雪很深的路面除外）；（2）保持汽车制动时的方向稳定性；（3）保持汽车制动时的转向控制能力；（4）减少汽车制动时轮胎的磨损。ABS能防止轮胎在制动过程中产生剧烈地拖痕，提高轮胎使用寿命；（5）减少驾驶员的疲劳强度（特别是新驾驶员制动时的紧张情绪）。,四、防抱死制动系统ABS的类型,电子控制ABS控制车轮的方式分为“轮控式”与轴控式”两种。控制通道：ABS工作时，能够独立进行制动压力调节的制动管路。如果每个车轮各占用一个控制通道，就称为轮控式或独立控制式。如果两个车轮占用同一个控制通道，就称为同时控制。当同时控制的两个车轮在同一轴上时，就称为轴控式。轴控式又分为“低选控制（SL）”和“高选控制（SH）”两种。当汽车的左、右车轮行驶在附着系数不同的路面上时，由于左、右车轮与路面之间的附着力不同，因此制动时左、右车轮抱死的时机不同，附着系数小的车轮先抱死，附着系数大的车轮后抱死。当车轮采用同时控制时，如以保证附着系数较小的车轮不发生抱死滑移来调节制动压力，这两个车轮就是按低选原则来进行控制，简称低选控制（SL）；如以保证附着系数较大的车轮不发生抱死为原则来调节制动压力，这两个车轮就是按高选原则来进行控制，简称高选控制（SH）。,按ABS控制通道和传感器数量分类,（1）四通道四传感器ABS（方式1、2）（2）三通道四传感器ABS（方式3）（3）三通道三传感器ABS（方式4）（4）两通道三传感器ABS（方式5）（5）两通道两传感器ABS（方式6、7）（6）单通道一传感器ABS（方式8）,ABS电子控制系统组成,控制原理：防抱死制动电控单元ABSECU根据轮速传感器信号来计算并控制执行器动作，将滑移率控制在10%30%范围内。,第四节ABS控制部件结构原理,一、车轮速度传感器二、减速度传感器三、ABS电子控制器四、制动压力调节器,一、轮速传感器,功用：检测车轮转速，并转换为电信号输入ABSECU。结构：信号转子：与车轮同步转速度传感器：固定在悬架上型式：磁感应式：普遍采用霍尔效应式磁感应式轮速传感器传感磁头：永久磁铁、信号线圈（感应线圈）、磁头齿圈转子：带齿圆环（一般为100个凸齿）传感头与齿圈之间的空气间隙：0.42.0mm,二、减速度传感器,作用：检测汽车的减速度,并转换为电信号输入ABSECU，以便判别路面状况。汽车在高附着系数路面上制动时减速度很大汽车在低附着系数路面上制动时减速度很小型式：光电式水银式差动变压器式半导体式,（一）光电式减速度传感器结构,发光二极管：LED两只光电三极管：两只-把光能变成电能一块透光板：透光或遮光信号处理电路：,（二）光电式减速度传感器原理,光电效应：某些物质受到光线照射而发出电子的现象。,（二）光电式减速度传感器原理,图138光电式减速度传感器透光板的位置状态（a）匀速行驶；（b）减速行驶光电效应：某些物质受到光线照射而发出电子的现象。,（三）水银式减速度传感器,图139水银式减速度传感器结构原理（a）整体结构；（b）减速度小时；（c）减速度大时在低附着系数路面上制动时，减速度小，水银在玻璃管内基本不动，传感器电路接通，使ABS控制电路接通（ON），如图139（b）所示，ABS采用低附着系数路面的控制程序进行控制。在高附着系数路面上制动时，减速度大，水银在惯性作用下前移，传感器电路断开（OFF），如图139（c）所示，信号电路被切断，汽车采用高附着系数路面的控制程序进行控制。,三、ABS电子控制单元（ABSECU）,功用：接收轮速传感器、加减速度传感器信号和开关信号，根据设定的控制逻辑，通过数学计算和逻辑判断后输出控制指令，控制油压调节器动作。,桑塔纳2000GSi型轿车（ABSECU）,8只两位两通电磁阀两个CPU：处理结果不一致时，ABS立即退出工作，防止系统发生故障导致错误控制。,四、制动压力调节器,图124MK20-型ABS电控单元与液压调节器外形（a）整体结构；（b）模块结构1回液泵电动机；2液压调节器；3防抱死制动与制动力分配（ABS/EBV）电控单元；4电控单元线束插座；5回液电机线束插头电磁阀电动回液泵储液器,（三）液压控制油路,图124MK20-型ABS液压控制油路,（四）两位两通电磁阀,图13-14两位两通电磁阀结构（a）常开电磁阀；（b）常闭电磁阀1顶杆；2壳体；3限压阀；4球阀；5复位弹簧；6电磁线圈；7阀体；8活动铁心；9限位杆两位：打开、关闭两通：进液口、出液口,（五）三位三通电磁阀,图1312三位三通电磁阀工作原理（a）升压位置；（b）保压位置；（c）降压位置三位：升压；保压；降压三通：进液口、出液口、回液口,（六）储液器与电动回液泵,图1315低压储液器与电动泵（a）柱塞上行时储液；（b）柱塞下行时回液功用：储存ABS减压过程中从制动分泵流回的制动液，同时衰减回流制动液的压力波动。,第五节防抱死制动ABS的控制,一、控制方式：自适应控制。二、控制原理：预先设定车轮加、减速度以及滑移率阈值；通过检测车轮的角速度来计算车轮速度、加速度或减速度；利用车轮速度和储存在存储器中的制动开始时的汽车速度计算车轮的参考滑移率。根据比较结果控制电磁阀动作来调节制动压力大小。制动压力“升高”、“保持”、“降低”,三、防抱死制动系统控制电路,图13-20MK20-型ABS控制电路,四、控制过程,两位两通电磁阀式液压调节器ABS控制过程常规制动保压控制降压控制升压控制三位三通电磁阀式液压调节器ABS控制过程常规制动保压控制降压控制升压控制,（一）两位两通电磁阀式ABS执行元件工作状态（MK20-型ABS制动压力调节器工作状态）,常规制动保压控制降压控制升压控制,两位两通电磁阀式ABS常规制动控制过程,进液阀：打开；回液阀：关闭；回液泵：不转制动分泵压力随总泵压力升高而升高,两位两通电磁阀式ABS保压制动控制过程,进液阀：关闭；回液阀：关闭；回液泵：旋转制动分泵压力保持不变。电机运转：将储液器中剩余的制动液泵回制动总泵。,两位两通电磁阀式ABS降压制动控制过程,进液阀：关闭；回液阀：间歇开闭；回液泵：旋转制动分泵压力降低。电机运转：将制动分泵中的制动液泵回制动总泵。,两位两通电磁阀式ABS升压制动控制过程,进液阀：间歇开闭；回液阀：关闭；回液泵：旋转制动分泵压力随总泵压力升高而升高。电机运转：将储液器中剩余的制动液泵回制动总泵。,两位两通电磁阀式ABS控制特性,进液阀：常开电磁阀回液阀（降压阀）：常闭电磁阀,（二）三位三通电磁阀式ABS执行元件工作状态,常规制动保压控制降压控制升压控制,三位三通电磁阀式ABS常规制动控制过程,进液阀：打开；回液阀：关闭；回液泵：不转制动分泵压力随总泵压力升高而升高,三位三通电磁阀式ABS保压制动控制过程,进液阀（2A移动0.1mm）：关闭；回液阀关闭；回液泵旋转制动分泵压力保持不变。电机运转：将储液器中剩余的制动液泵回制动总泵。,三位三通电磁阀式ABS降压制动控制过程,进液阀（5A2.5mm）：关闭；回液阀：打开；回液泵：旋转制动分泵压力降低。电机运转：将制动分泵中的制动液泵回制动总泵。,三位三通电磁阀式ABS升压制动控制过程,进液阀：打开；回液阀：关闭；回液泵：旋转制动分泵压力随总泵压力升高而升高。电机运转：将储液器中剩余的制动液泵回制动总泵。,第六节制动力分配EBD系统,电子控制制动力分配系统EBD：ElectronicControlBrakeforceDistributionSystem,图5-29制动力分配控制效果（a）前、后轮制动力分配曲线（b）左、右轮制动力大小示意图,第七节制动辅助系统EBA,电子控制制动辅助系统EBA、BAS或BAElectronicControlBrakeAssistSystem一、功用：根据制动踏板传感器信号和制动压力传感器信号，判断作用于制动踏板的速度和力量，增大汽车紧急制动时的制动力，从而缩短制动距离。图5-30制动力充足程度分布图5-31有无EBA紧急制动时制动力比较,制动辅助系统EBA的效果,丰田公司以50km/h的制动初速度在干燥路面上紧急制动试验的结果：熟练的驾驶员：有无EBA时制动距离均12.5m左右，EBA作用不明显不熟练驾驶员：无EBA时，制动距离约为18m，有EBA时，制动距离仅为14m安全性提高图5-32汽车紧急制动时制动距离对比制动力比较,第八节驱动防滑控制系统ASR,驱动轮防滑转调节系统ASR/TRC/TCS：ASR：Anti-SlipRegulationSystemAccelerationSlipRegulationSystem防滑转调节系统ASR加速滑移调节系统TRCTractionControlSystem牵引力（驱动力）控制系统,一、防滑转控制系统ASR功用,滑转：车轮的驱动力超过附着力时打滑空转。功用：在车轮开始滑转时，通过降低发动机的输出转矩或控制制动系统的制动力等来减小传递给驱动车轮的驱动力，防止驱动力超过轮胎与路面之间的附着力而导致驱动轮滑转，提高车辆的通过性（机动性），改善汽车的方向操纵性和行驶稳定性。,驱动力控制系统TRC或ASR的含义,低附着系数（泥泞或冰雪）路面上起步或急加速时，如发动机输出扭矩超过驱动轮的附着力矩，驱动轮就会打滑空转（滑转）。TRC能在车轮开始滑转时，降低发动机的输出扭矩，使传递给车轮的驱动扭矩达到合适的程度，从而使汽车平稳起步或快速加速。TRC是ABS的完善和补充。即可独立设置，也可与ABS组合成一体化结构，常用ABS/TRC或ABS/ASR表示，统称防滑制动系统。既有防抱死滑移制动功能，又有驱动防滑转功能。,二、防滑转控制ASR的基本原理,汽车行驶时必须满足的驱动条件和附着条件：Ff滚动阻力；Fw空气阻力；Fi坡度阻力；Ft汽车的驱动力;Me发动机输出转矩；ig变速器传动比；io主减速器传动比；T传动系机械效率；r车轮半径；F附着力；Fz地面作用在驱动轮上的垂直反作用力；轮胎-道路附着系数（简称附着系数）。,（二）汽车驱动轮的滑转率Sd,车轮打“滑”有两种情况：汽车制动时车轮滑移ABS：防止车轮在制动时抱死而滑移；汽车驱动时车轮滑转ASR：防止驱动车轮原地不动地滑转。滑转率：Sd驱动轮滑转率；vw车轮速度（车轮瞬时圆周速度，vwr，m/s）；r车轮半径（m）；车轮转动角速度（rad/s）；v车速（车轮中心纵向速度，m/s）。当vwv时，滑转率Sd0，车轮自由滚动；当v0时，滑转率Sd100%，车轮完全处于滑转状态；当vwv时，滑转率0Sd100，车轮既滚动又滑动。,（三）滑转率与附着系数的关系,（1）附着系数随路面性质的不同而发生大幅度地变化；（2）在各种路面上，附着系数均随滑转率或滑移率的变化而变化，且在各种路面上当滑转率或滑移率为20左右时，附着系数达到最大值。若滑转率或滑移率继续增大，则附着系数逐渐减小。最佳滑转率（滑移率）20（控制1030）,第二节防滑转控制系统的控制方式,（1）发动机输出转矩控制；（2）驱动轮制动力控制；（3）差速器锁止控制。控制的最终目的：调节驱动轮的驱动力,一、发动机输出转矩控制,采用电子加速踏板：根据踏板行程大小，通过调节汽油发动机节气门开度或柴油发动机喷油泵拉杆位置，使进气量或供油量改变来调节发动机输出转矩。采用电子点火系统：减小点火提前角、切断个别气缸点火电流转矩减小采用电子控制燃油喷射系统：根据驱动轮滑转率大小，控制节气门开度或燃油喷射量等调节发动机输出转矩控制供油量,二、驱动轮驱动力控制,高附着系数路面上驱动轮的驱动力为FH;低附着系数路面上驱动轮的驱动力为FL;根据差速器转矩等量分配特性，汽车驱动力只取决于低附着系数路面上的驱动力FL,此时，汽车的最大驱动力Fmax2FL为了阻止低附着系数路面上行驶的驱动轮滑转，对其施加一个制动力FB，这样便可获得更大的驱动力。此时，汽车的最大驱动力Fmax=FHFL2FLFB,三、差速器锁止控制-防滑转差速器,防滑转差速器：由电子控制器控制的可锁止差速器调节作用在离合片上的油压：调节差速器的锁止程度。油压逐渐降低时，差速器锁止程度逐渐减小，传递给驱动轮的驱动力就逐渐减小；反之油压升高时，驱动力将逐渐增大。,驱动轮驱动力控制系统实例,图13-5丰田凌志LS400型轿车ASR/ABS发动机输出转矩：步进电机调节副节气门开度驱动轮的制动力：ASR执行器与ABS调节压力,凌志LS400型轿车ASR/ABS安装位置,1-ABS液压调节器；2-TRC液压调节器；3-副节气门位置传感器；4-主节气门位置传感器；5-副节气门位置控制步进电动机；6-副节气门步进电动机继电器；7-防抱死制动与防滑转控制电控单元ABS/TRCECU；8-发动机与自动变速电控单元ECU；9-防滑转控制系统关闭开关；10-防滑转控制指示灯与防滑转控制系统关闭指示灯；11-后轮速传感器；12-后轮速传感器信号转子；13-停车灯开关；14-空挡启动开关；15-防滑转控制液压泵；16-防滑转控制液压泵继电器；17-防滑转控制蓄压器；18-制动液位警告灯开关；19-防滑转控制主继电器；20-前轮速传感器；21-前轮速传感器信号转子,凌志LS400轿车ASR/ABS液压控制系统,ABS液压控制系统+TRC制动执行器,凌志LS400车ASR/ABS电子控制系统,ABS基础上，增设传感器、控制开关、电控单元和执行器,凌志LS400轿车ASR/ABS控制过程,ABS控制：“降低”、“保持”和“升高”TRC控制：车速低时，调节驱动力防止车轮滑转；车速高时，控制发动机输出转矩防止车轮滑转。,凌志LS400轿车ASR控制过程,控制发动机输出转矩：副节气门步进电动机通电转动，副节气门开度减小，减少发动机的进气量，输出转矩减小。,凌志LS400轿车ASR控制过程,控制驱动力：TRC执行器三个电磁阀通电，蓄压器中高压制动液进入后制动轮缸，ABS执行器再独立调节后轮缸的制动液压力“升高”、“保持”和“降低”，将滑转率控制10%30%范围内。,第九节车身稳定性控制系统VSC,定义：车身稳定性控制系统VSC：VehicleStabilityControlSystem动态稳定性控制系统DSC：DynamicStabilityControlSystem电子控制稳定性程序ESP：ElectronicallyControlledStabilityProgram功用：当汽车在湿滑的路面上行驶、其前轮或后轮发生侧滑时，自动调节各车轮的驱动力和制动力，确保车辆稳定行驶。图5-42路径跟踪能力（循迹能力）控制,二、车身稳定性控制系统VSC组成,（一）传感器：ABS和ASR基础，增设以下传感器：（1）横摆率传感器（偏航率传感器）（2）横向加速度传感器（G传感器）（3）方向盘转角传感器（4）制动液压力传感器（5）节气门位置传感器（6）车轮轮速传感器（二）VSC执行器（1）制动液压调节器（2）节气门执行器图5-41丰田系列轿车VSC控制部件安装位置,三、车身稳定性控制系统VSC部件功用,（1）横摆率传感器（偏航率传感器）：检测后轴绕车身中心垂直轴线旋转的角速度（横摆率）信号，反映后轮是否产生侧滑。（2）横向加速度传感器（G传感器）：检测前轴的横向加速度信号，供ABS/TRC/VSCECU判断车身状态以及前轮是否产生侧滑。（3）方向盘转角传感器：检测驾驶员转动方向盘的角度信号，用于ABS/TRC/VSCECU判断驾驶员的转向意图（向左转弯还是向右转弯）（4）制动液压力传感器：检测制动主缸（总泵）内制动液的压力，ABS/TRC/VSCECU根据制动液压力高低向液压调节器的电磁阀发出不同占空比的控制脉冲，以便