汽车电气电子技术(XXXX)13打印

1、汽车电气电子技术（13） 哈工大网络与电气智能化研究所 2015（秋） 汽车的行驶安全性分为主动安全性和被动安全性两 大类。所谓行驶主动安全性是指汽车避免发生意外事故 的能力；而被动安全性，则是指汽车在发生意外事故时 对乘员进行有效保护的能力。通俗地讲，主动安全性就 是要使汽车在行驶时“有惊无险”；而被动安全性则是 要做到汽车发生事故时“车毁人不亡”。除了通过一定 的法律法规保证汽车行驶的秩序，减少交通事故之外， 在汽车上也必须具备相关的装置或机构（比如汽车的制 动系统、安全气囊等）来保证汽车的行驶安全性。随着 汽车数量的急剧增加，对汽车行驶安全性的要求也越来 越高，不仅加强了对交通秩序的管制

2、，而且对汽车这个 现代交通工具自身的安全性也提出了新的要求。 第十一章汽车行驶安全性控制系统 电子控制技术在汽车上的应用对改善和提高汽车行 驶安全性起到了里程碑的作用。现代汽车上普遍装备有 能够改善和提升汽车行驶主动安全性和被动安全性的电 子控制系统，比如，汽车防抱死制动系统、驱动防滑控 制系统、制动力分配与差速锁的电子控制、安全气囊、 安全带、防/避撞系统等等。这些都为减少交通事故提供 了硬件基础。 第一节汽车防滑控制系统 汽车防滑控制系统能够显著提高汽车行驶主动安全 性能，主要包括汽车电子控制制动系统，如防抱死制动 系统（Anti-lock Braking System，缩写ABS）、电子

3、感应 制动系统(Sensotronic Braking Control，缩写SBC）、电子 制动系统(Electronic Braking System，缩写EBS) , 电子制 动力分配（Electric Brake Force Distribution，缩写EBD）。 驱动轮防滑转控制系统 (Anti-Slip Regulation，缩写 ASR)或驱动力控制系统（Traction Control System，缩写 TCS） 及电子差速锁(Electronic Differential System，缩写 EDS或Electronic Differential Locking Tract

4、ion Control，缩 写EDL)。 一、汽车防抱死制动系统(ABS) 电控防抱死制动是将传统的制动过程转变为瞬态控 制的制动过程，其特点是在任何情况下都能使紧急制动 的车轮保持在最佳的制动状态，获得最佳的制动效果。 ABS具有以下优点： 1)保持汽车制动时的方向稳定性。 2)保持汽车制动时的转向能力。 3)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）。 4)减少制动时轮胎的磨损。ABS能防止轮胎在制动过 程中产生严重的拖痕，提高轮胎使用寿命。 5)减少驾驶员的疲劳强度（特别是汽车制动时的紧张 情绪）。 （

5、一）汽车ABS的理论依据 在驾驶员、汽车和环境三者所组成的闭环控制系统 中，汽车与路面之间的联系是轮胎与路面之间的作用力。 由于汽车的行驶状态主要是由轮胎与路面之间的纵向作 用力与横向作用力决定的，因此，驾驶员对汽车的控制 实质是在控制车轮与路面之间的作用力。但是，车轮与 路面之间的作用力必然受到轮胎与路面之间附着力的限 制，汽车的加速与减速运动主要受到车轮纵向附着力的 限制，而汽车的转向运动和抵抗外界横向力作用的能力 则主要受车轮横向附着力的限制。 在行驶的路面上，轮胎与路面之间的附着力是轮胎 与路面之间的摩擦力。因此，轮胎与路面之间的附着力 必然会遵循摩擦定律，即轮胎与路面之间的附着力取决

6、 于其间的垂直载荷和附着系数，其关系为 NFF 式中轮胎与路面间的附着力； 轮胎与路面间的垂直载荷； 轮胎与路面间的附着系数。 F NF 汽车在制动过程中形成的主要摩擦力，包括制动器 制动力和地面制动力。制动器制动力是为了克服制动器 摩擦力矩在轮胎周缘所需施加的力，它取决于制动器的 形式、结构尺寸、制动器摩擦副的摩擦系数和车轮半径。 在制动器结构一定的情况下，制动器制动力与制动分泵 的压力（液压或气压）成正比。 (11-1) 地面制动力是轮胎与地面之间的摩擦力，是使车轮 制动而减速行驶的外力，方向与汽车行驶方向相反。地 面制动力越大，制动减速度越大，制动距离就越短。制 动初期，地面制动力随着制

7、动器制动力增大而增加，但 增加到一定程度就不会再增加了，有一定的限值。因为 地面制动力是一个滑动摩擦约束反力，它的最大值不能 超过附着力，地面制动力的最大值即为地面附着力，或 者说附着力是地面传递制动力的极限。因此，汽车的地 面制动力首先取决于制动器制动力，但同时又受路面附 着条件限制。要想获得足够的地面制动力，首先汽车应 具有足够的制动器制动力，其次路面还要提供较高的附 着力。由式(11-1)可知，要提高地面制动力，改善汽车的 制动效果，则须提高路面附着系数。在汽车行驶过程中 制动时的路面附着系数并非是一个常数，而是一个与车 轮滑移程度即滑移率有关的变量。 滑移即为汽车制动时出现车轮速度小于

8、汽车车身速 度而导致车轮既滚动又滑动的现象。车轮的滑移率定义 为 100%1100%1100% R 式中汽车行驶（平移）的瞬时速度； 车轮的瞬时线速度； 车轮旋转的角速度； 车轮有效滚动半径。 R 汽车制动效能的高低也主要反映在对地面最大附着 系数的利用率上。附着系数与滑移率之间的变化关系如 图11-1所示。由图可见，纵向附着系数p随滑移率的增 大急剧上升，并在滑移率=15%30%时达到最大值。如 滑移率继续增大，纵向附着系数p逐渐缓慢减小。 图11-1附着系数与 滑移率的关系 横向附着系数y在=0时为 最大值，并随滑移率增大而 迅 速 降 低 ； 当 车 轮 抱 死 （=100%）时，横向附

9、着系数 y几乎为零，汽车将失去应有 的方向稳定性及操纵性。制动 时，若能使滑移率保持在 15%30%之间，即达到最佳滑 移率范围，便可获得最大的纵 向附着系数和较大的横向附着 系数，路面将提供最大的纵向 附着力，使制动处于最佳状 态。然而，一般的制动装置很难做到这一点，于是人们 研制了电子控制防抱死制动装置(ABS)。 ABS可使作用在车轮制动 器上的制动力按要求变化，以 控制车轮的瞬时速度，确保车 轮滑移率维持在上述最佳范围 内，获得最好的制动效果。 此外，附着系数与滑移率 的关系随路面的性质和状况不 同而不尽相同。图11-2所示为 几种典型路面附着系数随滑移 率变化的曲线。 （二）汽车AB

10、S的结构组 成、工作原理与分类 图11-2不同路面附着 系数与滑移率的关系 1汽车ABS的结构组成与控制部件的安装位置 目前，世界上生产ABS的厂家较多，其产品的形式 与结构不尽相同。 一般来说都是在常规制动装置的基础上，增设车轮 转速传感器、电子控制单元(ECU)、制动压力调节器和 ABS报警灯等构成，如图11-3所示。 图11-3汽车防抱死制动系统的组成简图 1-前轮转速传感器 2-制动分泵 3-ABS指示灯 4-制动报警灯 5-制动压力调节器 6-制动总泵 7-ABS继电器 8-后轮转速传感器 控制部件的安装位置如图11-4所示。 ABS ECU与 基本输入/输出信号如图11-5所示。

11、图11-4ABS控制部件的安装位置 1-制动压力调节器 2-ABS ECU 3-ABS指示灯 4-后轮转速传感器转子 5-后轮转速传感器 6-制动灯开关 7-前轮转速传感器转子 8-前轮转速传感器 图11-5ABS及基本输入、输出信号 (1)车轮转速传感器车轮转速传感器通常是电磁感 应式转速传感器，目前也有霍尔效应式车轮转速传感器。 传感器的功用是检测车轮的转速并把转速信号送到ECU。 它安装在随车轮或驱动轴旋转的齿圈处，并与齿圈对准， 如图11-6所示。 1)电磁感应式车轮转速 传感器车轮转速传感器主 要由齿圈和电磁感应头两部 分组成，如图11-6所示。用 于感测非驱动车轮转速的传 感器通常

12、也设置在车轮处， 有些车型则设置在主减速器 或变速器中。 图11-6车轮转速传感器 车轮转速传感器的一种安装形式如图11-7所示，齿 圈安装在随车轮一同转动的部件上，如半轴、轮毂、制 动盘等；而电磁感应头则安装在车轮附近不随车轮转动 的部件上，如半轴套管、转向节等。电磁感应头与齿圈 之间的间隙很小，通常在0.51.0mm之间，多数车轮转速 传感器的间隙是不可调的。 一些后轮驱动的汽车只在主减速器中或变速器中安 置1个电磁感应式转速传感器，如图11-8所示。 图11-7车轮转速传感器在车轮上的安装位置 a）驱动车轮b）非驱动车轮 1-半轴 2-悬架支撑 3-齿轮4、8-电磁感应式传感器 5-轮毂

13、 6-转向节7-齿圈 传感器安置在主减速器输入轴上（或者直接利用主 减速器齿轮）或变速器输出轴上。转速传感器设置在传 动系统中，该转速传感器感测的是两后轮的平均转速， 因此，只适用于对两后轮进行同一控制的布置形式。 图11-8转速传感器在传动系统中的安装位置 a）主减速器b）变速器 1-主减速器从动齿轮2、5-电磁感应式转速传感器3-齿圈4-变速器 电磁感应头主要由永磁铁、磁极和线圈组成。传感 器齿圈是由磁阻较小的铁磁性材料组成，其基本结构如 图11-9所示。 图11-9电磁感应式车轮转速传感器的基本结构 1-磁铁2-线圈3-细轮齿4-齿圈（回转）5-磁极6-电子模块 如图11-9所示，该传感

14、器的工作原理为：当齿圈的齿 根与电磁感应头的端部相对时，电磁感应头端部与齿圈 之间的气隙最大，通过传感线圈的磁力线最少；而当齿 圈的齿顶与感应头端部正对时，气隙最小，通过传感线 圈的磁力线最密。当齿圈随同车轮转动时，齿圈的齿根 和齿顶交替地与传感器感应头端部相对，通过传感线圈 的磁力线随之发生疏密交替变化，在传感线圈中就会感 应出交变电压，交变电压的频率与齿圈的齿数和转速成 正比，因此，转速传感器输出的交变电压频率就与车轮 的转速成正比。另外，车轮转速也会影响传感器输出交 变电压的幅值的大小。 2)霍尔传感器 霍尔效应式车轮转速传感器的基本原 理如图11-10所示。永磁铁的磁力线穿过霍尔元件，

15、通向 齿轮，这时齿轮的作用相当于一个集磁器。 当齿轮处于图11-10a所示状态时，磁力线分散，穿过 霍尔元件的磁场相对较弱。当齿轮处于图11-10b所示状态 时，磁力线密集，穿过霍尔元件的磁场较强，引起霍尔 电压的变化。 图11-10霍尔轮速传感器磁路图 a）霍尔元件磁场较弱b）霍尔元件磁场较强 1-永磁体2-霍尔元件3-齿圈 通过齿轮的运动，霍尔元件输出mV级的准正弦波电 压。若要将它变换成标准TTL脉冲电压，需通过放大、整 形电路来实现。经放大整形后的转速信号波形如图11-11 所示。 图11-11电子线路的各级输出波形 (2)减速度传感器减速度传感器（也称G传感器）能 测出汽车制动时的减

16、速度，识别是否为雪路、冰路等易 滑路面。 目前使用的减速度传感器有差动变压器式、水银开 关式和光电式传感器，下面分别介绍。 G传感器通常是利用差动变压器获得减速度信号，其 动作原理如图11-12、图11-13所示。 图11-12 差动变压器式G传感器 a）差动变压器结构 b）变压器输出特性 1-铁心2-线圈 3-差动变压器 4-印制电路板 5-片簧 6-变压器油 汽车在正常行驶时，差动变压器线圈内的铁心处于 线圈中部位置。当汽车制动减速时，铁心受惯性力（其 惯性力与汽车的加、减速度的大小成正比，而方向相反） 作用前后移动，从而使差动变压器线圈内的感应电流发 生变化，转换为电压作为输出信号。惯性

17、力不同，铁心 在线圈内所处的位置随之不同，输出电压信号值的大小 也不同。 1-差动变压器 2-解调电路 3-振荡电路 4-基础电路 图11-13 差动变压器式G传感器的工作原理 近年来，四轮驱动(44)汽车也开始装用ABS，它的 减速度传感器主要用于检测汽车车身的减速度，一般采 用的是开关型G传感器。图11-14所示是采用水银开关的G 传感器的剖面图。 图11-14G传感器水银开关 如A-A剖面所示，水银开关与水平面有一定的夹角， 汽车处于水平位置时开关处在“开”状态，可识别出路 面的附着系数信息并传送到电子控制单元(ECU)。 光电式减速度传感器由两只发光二极管LED、两只 光电晶体管、一块

18、透光板和信号处理电路等组成，结构 如图11-15a所示。 图11-15光电式减速度传感器结构原理 a）元件位置 b）透光时 c）遮光时 透光板的作用是透光或遮光。当透光板上的开口位 于发光二极管与光电晶体管之间时，发光二极管发出的 光线能够照射到光电晶体管上，使光电晶体管导通，如 图11-15b所示。当透光板上的齿扇位于发光二极管与光电 晶体管之间时，发光二极管发出的光线被透光板上的齿 扇挡住而不能照射到光电晶体管上，光电晶体管处于截 止状态，如图11-15c所示。 汽车匀速行驶时，透光板静止不动，传感器无信号 输出。当汽车减速时，透光板沿汽车纵向摆动，如图11- 16所示。减速度大小不同，透

19、光板摆动角度就不同，两 只光电晶体管“导通”与“截止”状态也就不相同。减 速度越大，透光板摆动角度越大。根据两只光电晶体管 的输出信号，就可将汽车减速度区分为四个等级，如表 11-1所示。ABS的ECU接收到传感器信号后，就可判定出 路面状况，从而采取相应的控制措施。 图11-16光电式减速度传感器工作情况 表11-1 减速度率的等级 减速度率等级低减速率1低减速率2中等减速率高减速率 No.1晶体管导通截止截止导通 No.2晶体管导通导通截止截止 另外，还有采用霍尔元件的模拟方式的G传感器。 a ）匀速行驶b）减速行驶 (3)电子控制单元(ECU) ECU是ABS的控制中枢，其 作用是接受从

20、各个车轮速度传感器送来的信号，经整形 放大变换为同频率的方波脉冲信号，经计算电路计算汽 车参考车速、各车轮速度和减速度（或加速度），并对 计算结果与设定的基准值加以比较，发出控制指令信号， 经功率放大器放大，控制制动压力调节器的电磁阀动作， 从而调节制动压力。此外，ECU还具有对整个ABS工作 状况进行自检和安全监视警告功能。当系统发生故障时， 首先停止ABS的工作，并使仪表板上的ABS报警灯点亮， 将故障信息编成代码保存在存储器中，以备自诊断时读 取故障码，供维修诊断参考。 ABS的ECU发展到现在采用两个微处理器(CPU)，主 要目的是保证ABS的安全性。虽然各种车型ABS的ECU内 部电

21、路及控制程序有所不同，但其基本组成大致相同， 如图11-17所示。 图11-17ABS ECU电路组成框图 主要由主控CPU、辅控CPU、稳压模块电路、电磁阀 电源模块电路、电磁阀驱动模块电路、回液泵电动机驱 动模块电路、信号处理模块电路元件以及安全保护电路 等组成。 ABS ECU的两个CPU接收同样的输入信号，通过通 信对两个微处理器的处理结果进行比较。如果两个微处 理器处理的结果不一致，微处理器立即发出控制指令使 ABS退出工作，防止系统发生逻辑错误。 驱动电路的主要功能是将CPU输出的数字信号（如 压力控制信号）进行功率放大并驱动执行元件（电磁阀、 电动机）工作，实现制动压力的“升高”

22、、“保持”或 “降低”的调节功能。 安全保护电路由电源监控、故障记忆和ABS指示灯 驱动电路等组成。其主要功能是接收蓄电池（或发动机） 的电压信号，监控电源电压是否在稳定范围内，同时将 12V或24V电源电压变换为ECU工作需要的5V电压。 (4)制动压力调节器制动压力调节器种类较多，其 结构和工作原理也有较大的差异。可以根据动力来源、 调压方式或总体结构进行分类。这里对制动压力调节器 只阐述按其动力来源分类的情况，可分为液压式、真空 式、气压式、机械式几种。液压式制动压力调节器主要 用于小轿车和轻型载货车，气压式制动压力调节器主要 用于大型客车和载货车。液压式制动压力调节器通常配 置于制动主

23、缸和车轮制动缸之间，其作用是接收ECU的 控制命令，驱动电磁阀或电动机，直接或间接地调节制 动压力。下面仅针对液压式制动压力调节器的主要元件 进行介绍。 液压式（ABS/ASR）制动压力调节器主要由电磁阀、 电动泵、储液器等元件构成。 电磁阀主要有二位二通电磁阀、二位三通电磁阀、 三位三通电磁阀。 1)二位二通电磁阀桑塔纳2000GSi型和红旗 CA7220E型轿车的制动压力调节器采用了8只二位二通电 磁阀，其结构如图11-18所示。 图11-18二位二通电磁阀（常开） 1-阀盖 2-引线 3-电磁线圈 4-出液口 5-限压阀 6-阀座 7-进液口 8-球阀 9-回位弹簧 10-阀体 11-限

24、位杆 12-顶杆 13-缓冲垫圈 14-衔铁 当电磁阀的电磁线圈中没有电流通过时，衔铁在回 位弹簧的作用下被推至限位杆与缓冲垫圈相抵的位置。 此时，与衔铁连在一起的顶杆没有将球阀压靠在阀座上， 电磁阀的进液口和出液口将被连通，电磁阀处于开启状 态。当电磁线圈有一定的电流通过时，电磁线圈对衔铁 所产生的电磁吸力足以克服回位弹簧对衔铁的作用力， 衔铁带动顶杆一起移动，顶杆将球阀顶靠在阀座上，电 磁阀进液口与出液口之间的通道被关闭，电磁阀处于关 闭状态。电磁阀中的限压阀用于限制电磁阀的最高压力， 以免压力过高导致电磁阀损坏。因该电磁阀在电磁线圈 中没有电流通过时处于开启状态，故称为二位二通常开 电磁

25、阀。 电磁线圈中没有电流通过时处于关闭状态的二位二 通电磁阀，称为二位二通常闭电阀。 其结构和工作原理与常开电磁阀基本相同，只是在 电磁线圈中没有电流流过时，球阀被压靠在阀座上，电 磁阀处于关闭状态；而在电磁线圈中有一定电流流过时， 球阀被推离阀座，电磁阀处于开启状态。 2)二位三通电磁阀二位三通电磁阀的结构如图11- 19所示，其工作位置只有增压和减压两个。二位三通电 磁阀中衔铁只有两个动作位置，即一个位置是电磁线圈 的断电位置（图11-19中所示位置），另一个是电磁线圈 的通电位置。工作时，二位三通电磁阀穿梭于两个位置， 只要ECU控制线圈电流通断的占空比，就可实现制动压 力的三态调整。图

26、11-19中，保护套3既保护电磁线圈，又 起密封作用（与相关元件焊接）。在阀未通电时，槽11、 衔铁7处于下端位置，第一球阀5打开，允许高压制动液 通过阀体13上的阀轴经环形滤网12流向制动器，实现增 压状态。 图11-19 二位三通电磁阀 1-密封座 2，9，14-密封圈 3-保护套 4-电磁线圈 5-第一球阀 6-弹簧 7-衔铁 8-第二球阀 10-连接体 11-槽 12-环形滤网 13-阀体 当阀通电时， 衔铁7上移，关闭 第一球阀5，打开 第二球阀8，高压 制动液可流向低 压管路，实现减 压状态。若阀的 通断电流的占空 比在某一范围内， 则制动器的压力 增减保持不变， 即处于保压状态。

27、 3)三位三通电磁阀图11-20所示为Bosch公司ABS 的三位三通电磁阀结构。 1-回液管 2-滤心 3-衔铁支承圈 4-回液球阀 5-进液球阀 6-衔铁 7-电磁线圈 8-进液口 图11-20 三位三通电磁阀 9-限压阀 10-凹槽 11-阀座 12-主弹簧 13-压板 14-副弹簧 15-出液日 它有三个液压孔和三种工作状态。它在制动主缸、 制动轮缸和制动液回路之间建立联系，实现制动液压力 升高、压力保持和压力降低的主要功能，其动作如图11- 21所示。 图11-21三位三通电磁阀的动作 a）电流为零b）电流小c）电流大 当电磁线圈中没有电流通过时，衔铁在主、副弹簧 预紧力的作用下处于

28、上极限位置，并通过其上端的凸肩 带动上压板，将回油阀压靠在回油管端部的阀座上，封 闭电磁阀的回液管，使其处于关闭状态；而下压板则受 主弹簧的作用，未将进液球阀压靠在进液管端部的阀座 上，进液阀处于开启状态。制动液可以从进液口（接制 动主缸）进入电磁阀，再从出液口（接轮缸）流出(图11- 21a)。当电磁线圈中通过较小的电流时，电磁线圈对衔铁 产生较小的电磁吸力，使衔铁向下移动一定距离。此时， 主弹簧被压缩，下压板在副弹簧的作用下将进液球阀压 靠在进液管端部的阀座上，而回液球阀仍然被上压板压 靠在回液管端部的阀座上，电磁阀的回液口和进液口都 被封闭，制动液既不流入也不流出电磁阀，保持回路中 的压

29、力不变(图11-21b)。当电磁线圈中通过较大的电磁吸 力，使衔铁下移至极限位置。 衔铁下移将会带动上压板下移，使回液球阀不再压 靠在回液管端部的阀座上，回液管处于开启状态；而进 液球阀被下压板压靠在进液管端部的阀座上，进液球阀 处于关闭状态。制动液不能从进液口进入电磁阀，而从 出液口流回电磁阀的制动液则从回液管流出电磁阀，从 而降低制动液压力。电磁阀中的限压阀防止电磁阀因压 力过高而损坏。 电动泵由永磁式直流电动机与柱塞泵组成。电动机 根据ABS ECU的控制指令，通过凸轮驱动柱塞在泵套内 上、下运动而产生压力。储液器可根据其压力范围分为 低压储液器和高压储液器，分别与不同类型的制动压力 调

30、节器配用。为了区分这两种储液器，一般将高压储液 器称为蓄能器，而将低压储液器称为储液器。低压储液 器主要用于ABS减压过程中从制动分泵流回的制动液， 同时衰减汇流制动液的压力波动。 高压储液器通常用于储存制动时所需的高压制动液。 电动泵的运动与储液器的关系如图11-22所示。 图11-22低压储液器与电动泵 ABS ECU根据需要发出控制指令，驱动电动泵转动， 驱动柱塞泵的凸轮随电动泵旋转。当柱塞上升时，柱塞 泵的进液阀打开，回液阀在弹簧力的作用下关闭，制动 液流入柱塞泵泵腔，如图11-22所示。 a）柱塞上行时储液b）柱塞下行时回液 当柱塞下行时，泵腔内制动液压力升高，克服出液 阀弹簧力将出

31、液阀打开，制动液被压入制动总泵。制动 液流入储液器时，推动活塞并压缩弹簧向下移动，使储 液器储液容积增大，暂时存储制动液，减小回流制动液 的压力波动。 2ABS工作原理 汽车ABS工作原理与工作过程可通过图11-23予以阐 述。 (1)普通制动(ABS不工作状态)在制动力较小、车轮 未出现滑移或车速较低时，ABS处于不工作状态，即ABS 的ECU无指令给液压调节器的电磁线圈，阀体在回位弹 簧力的作用下打开A孔、关闭C孔，来自主缸的制动液通 过A孔、B孔进入轮缸，产生制动效果；解除制动时，轮 缸的制动液经B孔、A孔及单向阀流回主缸。此时，电动 泵的电动机也处于不工作状态。 图11-23汽车ABS

32、工作原理示意 1-主缸2-ABS ECU3-蓄电池4-储液器5，8，9-单向阀 6-电动泵驱动电动机7-电动泵10-A孔11-回位弹簧12-C孔 13-车速传感器14-轮缸15-B孔 (2)紧急制动(ABS工作) 1)减压状态当车轮要抱死时，ABS的ECU发出控制 指令，给液压调节器的电磁线圈提供较大电流，电磁线 圈产生强磁吸力吸引阀体，阀体克服回位弹簧力将A孔关 闭，切断了主缸的进液通路。同时打开C孔，轮缸内的制 动液从B孔经C孔进入储液器，电动泵在这时也接收ABS 的ECU指令开始运转，将储液器中的制动液泵回主缸。 由于轮缸制动液经上述回路返回主缸而使压力下降，防 止车轮抱死。至于液压降低

33、的程度，由ABS的ECU根据 车轮速度传感器的信号进行控制。 2)保持状态轮缸减压后，如果车轮处于最佳滑移率 的范围之内，ABS的ECU会根据传感器的信号发出相应 指令，使液压调节器的电磁线圈通较小的电流，使阀体 保持在中间位置，此时正好关闭A孔和C孔，使轮缸处于 保持压力状态。 3)增压状态当车轮制动器制动力不足时，通过车轮 速度传感器检测信号，ABS的ECU便停止向液压调节器 的电磁线圈供电，阀体在弹簧力作用下回位打开A孔，关 闭C孔，主管路中的高压制动液便可通过A孔、B孔到达 轮缸，使其轮缸液压升高，从而加大制动力。 3汽车ABS的分类 汽车ABS分为机械式ABS和电子式ABS两大类。目

34、前， 纯机械式的ABS已经淘汰，主要采用机电一体化的电子 控制式的ABS。汽车电子控制防抱死制动技术从20世纪 60年代末以来，得到了长足的发展和广泛的应用，欧、 美、日一些著名电子电器公司，诸如德国的波许(Bosch)、 戴维斯(Teves)，美国的本迪克斯(Bendix)、凯尔西海斯 (Kelsey-Hayes)，日本的电装(Nippondenso)等公司，都相 继开发和研制了许多类型不同、档次各异的电子控制防 抱死制动系统，并先后实际应用于汽车上。 (1)按系统构造分类根据制动压力调节器与制动总 泵的结构关系分为分离式和整体式（也称ATE式）两大 类。分离式ABS中的制动压力调节器自成一

35、体，通过制 动管路与制动总泵和制动轮缸相连，具有很强的布置灵 活性，更适合于将ABS作为选择装备时采用。例如， Bosch 2S型、2E型，Bendix 4型、6型就属于分离式ABS， 克莱斯勒、宝马、沃尔沃等车系常采用分离式的ABS。 整体式ABS中的制动压力调节器与制动总泵和液压制动 助力器组合为一个整体，结构紧凑，节省安装空间，一 般都作为汽车的标准装备，如Teves(ATE)型、Delco型、 Bosch3型均属于整体式ABS。但是，整体式ABS的结构复 杂，成本较高，一般为高级轿车采用。 2)按系统控制方案分类根据系统控制方案，ABS可 分为“轴控制”与“轮控制”，轴控制还可分为低选

36、控 制(SL)和高选控制(SH)。 轴控制是指仅根据一个速度（轮速或轴速）信号共 同控制同一根轴上的两轮。此方案多用于载货汽车的后 轴控制。 轮控制通常是指相关的两个或四个车轮全都按照各 自的加、减速度（控制参数）分别进行单独控制。轮控 制也称单轮控制(IC)。 另外一种改进（又称变形）单轮控制(MIC)，即同一 轴上的两个车轮都有自己单独的控制回路，但两者压力 通道控制相互关联，只允许有限的压力差存在于同一车 轴的两车轮。 低选控制是指由附着系数较低的一个车轮来确定同 一轴上两车轮共同的制动压力，高选控制则由附着系数 较高的一个车轮来确定同一轴上两轮共同的制动压力。 (3)按控制通道与传感器

37、数量分类ABS的控制通道 通常是指制动压力调节器通往制动器的独立控制的液压 （或气压）通路。 一般来说，电磁阀数目即是系统的控制通道数。按 照控制通道与车轮速度传感器数量的多少，ABS的布置 可分为五类7种方式，如图11-24所示。具体是： 图11-24ABS系统的布置 1)单通道一传感器系统（方式7）； 2)二通道二传感器系统（方式5、6）； 3)二通道三传感器系统（方式4）； 4)三通道三传感器系统（方式3）； 5)四通道四传感器系统（方式1、2）。 此外，还有一类适用于挂车的六通道六传感器系统。 一般来说，通道数、传感器数越多，价格越高，性 能越好（特殊情况例外）。因此，应根据汽车档次的

38、不 同选用不同类型的ABS。 另外，根据ABS是否与驱动防滑系统(ASR)配合使用， 也可分为单独使用的ABS和ABS/ASR配合使用的行驶安 全系统。还有的把ABS分为两轮系统和四轮系统。 （三）ABS的控制技术 ABS的形式虽然较多，但必须满足控制质量的要求。 根据现代控制理论以及控制参数的不同，可提出多种控 制方案，如车轮滑移率控制方式、逻辑门限值控制方式、 最优化控制方式、滑模动态变结构控制方式、模糊控制 方式等等，但其中历史最长和经常使用的，应属逻辑门 限值控制方式。 1对ABS控制质量的要求 高性能的ABS必须满足下列控制质量的要求： 1)汽车在各种路况下制动时，车轮应获得尽可能大

39、的 侧向力，以保持汽车在制动过程中的稳定性和转向能力。 2)制动压力调节必须很快地适应路面附着系数的变化。 3)充分利用轮胎与道路的附着力，以取得最佳的车辆 减速度，缩短制动距离。 4)保证所控制的制动力矩变化幅度较低，以防止传动 装置的振动（如轴的共振）。 5)系统必须具备工作状态监测功能，一旦发现有损制 动性能的故障，ABS自动关闭且常规制动起作用，通过 指示灯告知驾驶员ABS出现故障。 2控制方式和控制参数 ABS的控制方式虽然较多，但都是通过调节制动力， 充分利用附着能力，获得最佳的制动效果。控制参数选 取是否得当，不仅关系到ABS的控制逻辑和性能，而且 还关系到ABS的结构与成本。

40、(1)车轮滑移率控制方式要实现滑移率控制，需要 准确测量车身速度v和车轮速，车轮速度的测量容易， 准确测定车身速度v较困难。 解决的办法之一是利用多普勒(Doppler)雷达，根据 多普勒效应测定车身速度。制动时，将多普勒雷达测得 的车身速度信号和车轮速度传感器测得的车轮速度信号 同时送入电路，即采用双信息输入，形成差动控制，控 制制动机构的动作。这种ABS又称为多普勒雷达式ABS。 多普勒雷达的工作原理如图11-25所示。 图11-25多普勒雷达工作原理 振荡器产生频率为f1的等幅振荡连续波（频率大约为 几十GHz)，经转换器送至天线，再以一定倾角向地面发 射。当汽车行驶时，雷达天线接收到的

41、地面反射波频率f2 与发射波频率f1之间将有一差值f1-f2，其数值为 v D12 2 cosfff 式中 （11-3） 多普勒频率和汽车的车身速度； 发射波波长和天线相对地平面的发射倾角。 Dvf， ， 式(11-3)所表达的物理现象称多普勒效应。由于多普 勒频率fD与汽车的车身速度v成正比，因而可以用fD作为 车身速度信号。滑移率=1-(/v)中的第二项正比于车轮 速度信号脉冲数与车身速度多普勒信号脉冲数的比值。 因此，只要适当预选这两种脉冲数的比值，就可以实现 滑移率的控制。 多普勒雷达ABS实现了滑移率控制，防抱死制动性 能好，但制动系统须增加一个测速雷达，其电路结构复 杂、成本高，因

42、而限制了它的广泛应用。目前也使用GPS 车身测速系统，成本高，信号的可靠性受卫星覆盖区域 和天气的影响。 (2)逻辑门限值控制方式ABS发展至今，广泛采用 逻辑门限值控制方式。大多数产品均选择加、减速度门 限作为主要门限，以参考滑移率作为辅助门限，因为采 用单独的加、减速度门限有很大局限性。如在高速、紧 急制动及曲线斜率较小情况下，在图11-1中的稳定区 域，车轮就可能达到减速度门限，而此时滑移率很小， 防抱死控制逻辑在后续控制中就有可能失效。如果以滑 移率作为单独的防抱死控制门限时，由于路况的不同， 最佳滑移率将在0.080.3之间变化，选择固定的滑移率作 为门限，很难在各种路况下得到最佳的

43、控制效果。 因此，需要将两种门限结合起来，以辨识不同路况， 进行自适应控制。由于在确定实际滑移率时，需要多普 勒雷达或加速度传感器测定车速，费用太高，欧洲的 Bosch和Wabco等公司均用车轮速度，通过设定的车辆制 动减速度值算出参考车速，再求出参考滑移率。这样， 设定的车辆制动减速度值是否合适，将直接影响控制系 统品质的优劣。 为使系统在较大滑移率下改变控制状态，实际选择 的门限值一般要比计算值大些。大多数ABS减速度门限 值选在-14.7 -39.2m/s2之间。对于角加速度门限，所选择 的门限值的绝对值应与计算值相同，但也有一些系统所 选取的门限值，要比计算值低些。 这种控制方式的优点

44、： 首先，它不涉及具体系统的数学模型，免去了大量 的数学计算。 这在一定程度上可提高系统的实时响应，使防抱死 控制这一复杂的非线性问题得到简化； 其次是它的执行机构相对来说较易实现。其缺点是 系统的控制逻辑比较复杂，控制不够平稳。对于前者， 通过使用微处理器或单片机完全可以解决；对于后者， 只要在控制逻辑中多考虑一些实际工况，且控制参数值 选得合适，控制性能还是相当不错的。 采用“逻辑门限值”控制方式的ABS，各类车型之 间互换性不佳，因为具体控制参数值的选取往往根据具 体车型而定。对于不同的车型，其控制参数值不一样。 此外，控制系统的各种门限及保压时间都是经过大量反 复试验确定的经验数值，而

45、无充分的理论依据，故对系 统的稳定性等品质无法进行评价。 (3)最优化控制方式针对逻辑门限值控制方式的弱 点，近年来国外又发展了一种最优化控制方式。 最优化控制是基于状态空间法的现代控制理论方法， 它可以根据车辆地面系统的数学模型，用状态空间的 概念，在时域内研究ABS。这是一种基于模型的控制， 是一种分析型的系统。该方法根据ABS的各项控制要求， 按最优化原理，得到控制系统的最优化控制指标。但控 制系统的优劣很大程度上依赖于车辆地面系统数学模 型的精度，而数学模型与实际工况有一定的误差，加之 风阻、滚动阻力、部件转动惯量等参数在精度方面的影 响，使最优化控制方式的操纵质量很难把握；另外，实

46、现该控制方式的电伺服机构比较复杂，因而在实际应用 的ABS产品中采用这种控制方式的不多。 (4)滑模动态变结构控制方式针对逻辑门限值控制 方式和最优化控制方式各自的弱点，国外有的学者又提 出了滑模动态变结构控制系统。它以经典的数字控制理 论为基础，具有很强的内在自适应性。 滑模动态变结构控制属于一类特殊的非线性控制系 统，其结构根据系统当时的状态、偏差及其导数值在不 同的控制区域，以理想开关的方式切换控制量的大小和 符号。系统由受控对象和一个变结构控制器组成。控制 器中含有一个逻辑环节，它操纵控制器结构的变更，其 控制目标是使制动过程的实际滑移率处于最佳滑移率附 近。系统具有较强的抗干扰能力和优良的防抱死制动性 能，但与最优化控制方式一样，为了获取数学模型中所 需的相关控制参数及状态变量，均需准确实时地确定车 身速度，而通过轮速间接地求取车速，在准确性和实时 性上都不能满足要求。目前能够满足要求的车速传感器 （如多普勒雷达），由于其成本太高而不