第1章汽车行驶安全性控制系统概要.ppt

汽车电子控制技术（下）,主讲：赵迎生,第一章汽车行驶安全性控制系统,教学目的及要求：,ABS系统简介车轮滑移率概念附着系数与滑移率的关系纵向附着系数横向附着系数ABS系统的优点ABS的分类ABS的控制技术,车轮滚动的三种情况：（还有转向）自由滚动、加制动力矩的滚动、加驱动力矩的滚动,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,ABS/ASR引言,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防滑控制系统,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防滑控制系统,制动过程中车轮的三种运动状态第一阶段：纯滚动，路面印痕与胎面花纹基本一致车速V=轮速V,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防滑控制系统,第二阶段：边滚边滑，路面印痕可以辨认出轮胎花纹，但花纹逐渐模糊。车速V轮速V,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防滑控制系统,第三阶段：抱死拖滑，路面印痕粗黑。轮速V=0,第一章汽车行驶安全性控制系统,实验证明：弹性轮胎与地面之间的附着系数与滑转率有关。,第一节汽车防滑控制系统,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防滑控制系统,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,ABS-AntilockBrakingSystem(防抱死制动系统）ASR-AccelerationSlipRegulation(驱动防滑系统）,一、ABS的作用,1.ABS的作用,汽车的最大制动力取决于地面附着力：FF附着力分为纵向附着力和侧向附着力。在汽车制动过程中，纵向附着力决定汽车的纵向运动，影响汽车的制动距离；侧向附着力决定汽车的侧向运动，影响汽车的方向稳定性和转向操纵能力。附着力F=FZ，影响附着系数的因素除了路面和轮胎以外，还有车轮滑移率。,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,车轮滑移率是指实际车速V与车轮速度VW之差同实际车速的比值：S=S=0，纯滚动；S=100%，纯滑动；S=0100%，边滚边滑。影响车轮滑移率的因素包括以下几个方面：汽车的载质量前、后轴的载荷分布情况；轮胎种类及轮胎与道路的附着状况；路面种类和路面状况；制动力大小及其增长速率。,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,滑移率与附着系数之间的关系：,附着系数取决于路面性质。在各种路面上，附着系数都随滑移率的变化而变化。在各种路面上，当滑移率为20%左右时，纵向附着系数最大，制动效果最好。,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滑移率,数值趋于相反横向附着系数小的危害：（1）失去转向能力；（2）方向稳定性差。,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,2.横向附着系数与总向附着系数的关系,（1）制动时保持方向稳定性；（2）制动时保持方向控制能力；（3）缩短制动距离；（4）减少轮胎磨损；（5）减少驾驶员紧张情绪。,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,3.ABS的优点,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,干燥硬实路面上的滑移率与附着系数的关系：,纵向附着系数最大时的滑移率称为理想滑移率或最佳滑移率。车轮抱死时，纵向附着系数变小，使制动距离变长。车轮抱死时，横向附着系数趋于零，汽车将失去方向稳定性和转向控制能力。如果前轮抱死，虽然汽车能沿直线向前行驶，但是失去转向控制能力。如果后轮抱死，汽车制动时在横向外力的作用下就会发生侧滑(甩尾)，甚至出现调头等危险现象。,为了获得最佳制动性能，应将滑移率控制在10%到30%范围内。ABS的作用，就是使汽车在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，减少交通事故的发生。,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,二、ABS系统的基本组成与工作过程,ABS的基本组成与工作过程,组成：车轮转速传感器、ECU、制动压力调节装置和报警灯等组成的。制动压力调节装置主要由调压电磁阀总成、电动泵总成和储液器组成。,1车轮转速传感器；2右前制动器；3制动主缸；4储液室；5真空助力器；6电子控制装置(ECU)；7右后制动器；8左后制动器；9比例阀；10ABS警示灯；11储液器；12调压电磁阀总成；13电动泵总成；14左前制动器,播放ABS工作视频,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,ABS分类,四通道防抱死制动系统1制动压力调节分装置2转速传感器,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,三通道防抱死制动系统1制动压力调节分装置2转速传感器,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,双通道防抱死制动系统1制动压力调节分装置2转速传感器,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,前轮按高选择原则一同控制时对方向稳定性的影响a)前后车轮均处于附着系数分离路面b)前车轮驶入附着系数均一路面的瞬间,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,两前轮从附着系数分离路面驶入附着系数均一路面时的制动力变化a)两前轮按高选择原则一同控制b)两前轮独立控制,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,单通道防抱死制动系统1制动压力调节分装置2转速传感器,？为什么单通道调节压力针对后轮进行呢？,第一章汽车行驶安全性控制系统,逻辑门限值控制、最优控制和滑动模态变结构控制等。逻辑门限值控制通常都是将车轮的减速度和加速度作为主要控制门限，而将车轮滑移率作为辅助控制门限。车轮加速度、减速度、参考滑移率门限值都是通过反复试验获得的经验数据。,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,ABS控制方法,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,高附着系数时间的制动控制,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,低附着系数时的制动控制,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,典型的防抱死制动系统的组成1车轮轮速传感器2右前制动器3制动主缸4储液室5真空助力器6ECU7右后制动器8左后制动器9比例阀10ABS报警灯11储液器12调压电磁阀总成13电动泵总成14左前制动器,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,ABS的电磁感应式轮速传感器,(a)驱动车轮(b)非驱动车轮车速转速传感头在车轮上的安装,三、ABS主要部件的结构与工作原理,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,(a)主减速器(b)变速器车轮转速传感器在传动系统中的安装位置1、5传感器；2、3齿圈；4变速器,传感头与齿圈之间的间隙很小，通常只有0.5mm到1mm左右，多数车轮转速传感器的间隙是不可调的。,电磁感应式车轮转速传感器的工作原理:,(a)齿隙与磁心端部相对时(b)齿顶与磁心端部相对时,(c)传感器输出电压1齿圈；2磁心端部；3感应线圈引线；4感应线圈；5永久性磁心；6磁力线；7电磁感应式传感器；8磁极；9齿圈齿顶,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,电磁式轮速传感器分类：根据磁心端部的结构形状，可分为凿式极轴、柱式极轴车轮转速传感器,(a)凿式极轴轮速传感器(b)柱式极轴轮速传感器电磁感应式车轮转速传感器的结构1电缆；2永久磁铁；3外壳；4感应线圈；5极轴；6齿圈,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,由于结构形式的不同，传感头与齿圈的相对安装方式也有区别：,(a)凿式极轴传感头,(b)菱形极轴传感头(c)柱式极轴传感头(柱式极轴的一种),电磁感应式车轮转速传感器的传感头与齿圈的相对安装方式,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,电磁式车轮转速传感器结构简单，成本低，但存在以下缺点：电磁感应式轮速传感器向ABS的ECU输送的电压信号的强弱是随转速的变化而变化的，信号幅值一般在1V到15V的范围内变化。当车速很低时，传感器输出的电压信号若低于1V，则ECU无法检测到如此弱的信号，ABS也就无法正常工作。电磁感应式轮速传感器频率响应较低。当车轮转速过高时，传感器的频率响应跟不上，容易产生错误信号。电磁感应式轮速传感器的抗电磁波干扰能力较差，尤其在输出信号幅值较小时。,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,ABS的霍尔效应式轮速传感器,霍尔式轮速传感器优点：输出的电压信号强弱不随转速的变化而变化。在汽车电源电压为12V的条件下，信号的幅值保持在11.5V到12V不变，即使车速很低时也不变。传感器频率响应高达20kHz，用于ABS中，相当于车速为1000km/h时所检测的信号频率，因此不会出现高速时频率响应跟不上的问题。霍尔式车轮转速传感器输出的电压信号强弱不随转速的变化而变化，且幅值较高。因此，霍尔式车轮转速传感器抗电磁波干扰能力较强。,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,霍尔式车轮转速传感器的组成和工作原理,(a)霍尔元件磁场较弱(b)霍尔元件磁场较强霍尔式车轮转速传感器磁路,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,霍尔式车轮转速传感器电子线路：霍尔元件输出的毫伏级的准正弦波电压首先经放大器放大为伏级电压信号，然后送往施密特触发器转换成标准的脉冲信号，再送到输出级放大后输出给ECU。,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,电子线路原理：其工作电压为8V到15V，负载电流为100kA，工作频率为20kHz，输出信号电压幅值为7V到14V。,用于测量汽车制动时的减速度，识别是否是雪路、冰雪等易滑路面。减速度传感器利用差动变压器原理获得加速度信号。差动变压器的铁心处于绕组线圈的中部位置，当汽车制动减速时，铁心受惯性力作用向前移动，从而使差动变压器绕组内的感应电流发生变化。四轮驱动汽车用水银开关型减速传感器，用于检测车身的减速度。,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,ABS的减速传感器（G传感器）,播放ABS.mpg视频,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,ABS的ECU,ABSECU的作用：把各车轮转速传感器传来的信号进行比较、分析和判别；再通过精确计算得出车轮制动时的滑移状况，形成相应的指令，控制制动压力调节器控制制动压力，将滑移率控制在10%到30%的范围内，以达到最佳制动效果。,控制系统示意图1制动踏板；2报警灯；3ECU；4车轮转速传感器；5车轮；6制动分泵；7制动液压力调节装置；8制动总泵,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,1液压泵和电动机总成；2右前轮电磁阀；3左前轮电磁阀；4右后轮电磁阀；5左后轮电磁阀；6执行器；7ECU；8减速度传感器；9诊断接口；10左后轮速度传感器；11制动灯；12右后轮速度传感器；13制动灯失效传感器；14左前轮速度传感器；15右前轮速度传感器；16制动灯开关；17制动灯熔丝；18半球形熔丝；19驻车制动开关；20制动液面报警开关；21制动报警灯；22报警灯；23维修接口；24仪表熔丝；25点火开关；26、27、28熔断器；29电动机继电器；30总熔断器；31控制继电器,电控系统的电路图,ABSECU的控制功能：(1)制动时车速控制功能紧急制动时，制动压力迅速升高，车速下降，车轮加速度降低，当加速度降至一定值时，ECU首先使制动压力调节器保压，随着加速度进一步减小，减压，如图中段所示。,图车轮速度控制过程图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,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,减压后车轮加速度变大，到一定程度后，保压，加速度增大至一定值时，进入第阶段的升压、保压快速转换，车轮加速度下降至一定值时再次减压，即第阶段。第阶段结束后再次进入保压和升压、保压快速转换（第阶段）。如此循环。,图车轮速度控制过程图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,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,(2)初始检测功能每当点火开关打开时，ECU就对每一个三位电磁换向阀、液压泵和电动机总成进行状态检测，检验其功能是否正常，以备运行制动时能发挥作用。(3)故障检测功能制动防抱死装置的任何一部分出了故障，电子控制装置就会点亮制动防抱死系统报警灯，并将故障的代码储存起来，以备维修时参考。(4)传感器检测功能制动防抱死系统中用的传感器有转速传感器和减速度传感器，减速度传感器只用在四轮驱动的汽车上。电子控制装置对转速传感器的输出电压值和输出电压的偏差值进行检测，同时还对减速度传感器的输出电压值进行检测。(5)失效保障功能如果ECU的信号系统出现故障，相关继电器就会断开，切断ECU流向执行器的电流。结果制动防抱死系统不起作用，常规制动系统仍可进行常规制动。,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,ABS的制动压力调节器,制动压力调节装置的作用:是根据ECU的指令，调节各个车轮制动器的制动压力。常用制动系统有液压式、机械式、气压式和空气液压复合式等。而在ABS中应用最广泛的是液压式制动系统。1.ABS制动压力调节装置ABS制动压力调节装置分类：按控制制动压力的形式分：循环式、可变容积式按结构形式分：整体式（与制动主缸一体）、非整体式,型式：三位三通电磁阀二位二通电磁阀,三位三通电磁阀结构：线圈、铁心、衔铁套筒、软硬弹簧、进液口回,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,二位二通电磁阀,二位二通常闭电磁阀,二位二通常开电磁阀,二者配合工作，完成增压、保压、减压的控制过程,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,组成：电磁阀、储液器、电动回液泵,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,1）循环式制动压力调节装置,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,1）循环式制动压力调节装置的工作原理,组成：主要由电磁控制阀、液压泵和储液器等组成。,滑移率小于20%，电磁线圈不通电，电磁阀中的柱塞处于最下方，来自制动主缸的制动液就经电磁阀进入制动轮缸，制动轮缸的压力随制动主缸的压力变化而变化。,（1)普通制动模式(ABS不工作),第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,当滑移率大于20%时，ECU使电磁线圈通入较大的电流，电磁阀中的柱塞移至上端，制动轮缸的管路与通向储液器的管路接通而减压。同时，液压泵启动，将流回储液器的制动液加压后输送到蓄压器或制动主缸，故称为循环式，踏板有反弹。,（2)减压制动模式,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,当制动轮缸需要保持制动压力时，根据ECU的指令，给电磁线圈通入较小的电流，电磁阀中的柱塞移至中间位置。所有的通道都被关闭，同时切断液压泵电动机的电源使液压泵停止工作，使制动轮缸内的制动压力保持原有状态。,（3)保压制动模式,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,当制动轮缸需要增加制动压力时，ECU发出指令，使电磁线圈断电，电磁阀中的柱塞又回到普通制动模式时的初始位置。这种直接控制式的调压装置结构简单、灵敏性较好，但减压时踏板有反弹。,（4)增压制动模式,变容积式,组成,调压缸、电磁阀、单向阀、电机等,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,2）可变容积式制动压力调节装置,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,2）可变容积式制动压力调节装置的工作原理组成:主要由电磁阀、液压控制活塞、电动泵和蓄压器等组成。,(1)普通制动模式(ABS不工作)滑移率小于20%，电磁线圈中没有电流通过，电磁阀中的柱塞位于最左端，将液压控制活塞大端的工作腔与储液器接通。控制活塞处于左端极限位置。制动主缸与制动轮缸的管路相互沟通，为普通制动模式。,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,(2)减压制动模式滑移率大于20%，需要减小制动轮缸的制动压力，ECU发出指令，给电磁线圈通入最大电流，电磁阀中的柱塞移至最右端，将蓄压器与液压控制活塞的工作腔接通，电动泵开始工作，来自蓄压器或电动泵的高压制动液流入控制活塞大端的工作腔，推动控制活塞右移。控制活塞右移时首先使单向阀关闭，同时使控制活塞小端的工作腔容积增大，轮缸的油压降低。,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,(3)保压制动模式滑移率等于20%，需要保持制动轮缸的压力，ECU发出指令，给电磁线圈通入一个较小的电流。电磁阀处于中间位置，将通向蓄压器、控制活塞工作腔和储液器的管路全部关闭。来自蓄压器或电动泵的制动液不能再进入液压控制活塞大端的工作腔，控制活塞大端工作腔的压力不再发生变化。液压控制活塞保持在一定的位置，此时由于单向阀仍处于落座状态，制动轮缸的制动压力保持不变。,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,(4)增压制动模式若滑移率低于20%，ECU发出指令，切断通向电磁线圈的电流，电磁阀回到左端初始位置，将液压控制活塞大端的工作腔与储液器管路接通。液压控制活塞大端工作腔内的制动液流回储液器，作用在活塞大端工作腔的高压被解除，液压控制活塞在弹簧力的作用下，也回到左端的初始位置，顶开单向阀，使来自制动主缸的制动液直接进入制动轮缸。此时如果需要增加制动轮缸的压力时，驾驶员进一步踏下制动踏板，制动压力进一步增加。,电磁阀作用超时或检测到电磁阀断路车辆已经行驶超过30S，未松开手制动汽油泵电动机工作时间超时未收到任一轮速传感器信号发动机开始运转或车辆已经开动，未收到电磁阀输出信号,第一章汽车行驶安全性控制系统,第一节汽车防抱死制动系统（ABS）,ABS的警告灯,当故障自诊断检测到ABS故障时，ABSECU的失效保护功能将断开失效保护继电器，