第3章汽车行驶稳定性控制系统

1、 汽车电子控制技术汽车电子控制技术汽车类专业应用型本科示范教材汽车类专业应用型本科示范教材机械工业出版社出版机械工业出版社出版 主编主编 于京诺于京诺第第3 3章章 汽车行驶稳定性控制系统汽车行驶稳定性控制系统 学习目标学习目标 了解了解ABSABS、ASRASR的基础理论。的基础理论。 了解了解ABSABS、ASRASR的组成和分类。的组成和分类。 掌握掌握ABSABS的结构和工作原理。的结构和工作原理。 掌握掌握ASRASR的结构和工作原理。的结构和工作原理。 了解了解ESPESP的功能。的功能。 掌握掌握ESPESP的结构和工作原理。的结构和工作原理。 3.1 防抱死制动系统（防抱死制动

2、系统（ABS 3.1.1 概述概述 1ABS的基础理论的基础理论 第第3 3章章 汽车行驶稳定性控制系统汽车行驶稳定性控制系统 （1 1）汽车制动时的附着条件）汽车制动时的附着条件 地面制动力只能小于或等于附着力：地面制动力只能小于或等于附着力： （3-13-1） 附着力正比于地面对车轮的法向反作用力附着力正比于地面对车轮的法向反作用力F FZ Z以及车轮与以及车轮与地面之间的附着系数，即地面之间的附着系数，即 (3-2)(3-2) 在地面对车轮的法向反作用力在地面对车轮的法向反作用力F FZ Z一定的情况下，附着力一定的情况下，附着力的大小取决于附着系数。附着系数的大小与路面和轮胎的性的大小

3、取决于附着系数。附着系数的大小与路面和轮胎的性质有关，还与车轮的滑移率有关。质有关，还与车轮的滑移率有关。 FFXZFF （2 2）车轮滑移率）车轮滑移率 车轮滑移率就是表示制动过程中车轮滑移程度的。滑车轮滑移率就是表示制动过程中车轮滑移程度的。滑移率是指车速与车轮速度的差值与车速之比。滑移率移率是指车速与车轮速度的差值与车速之比。滑移率s s的的表达式为：表达式为： （3-33-3）式中式中 v v- -车速（车速（m/sm/s） v v- -车轮速度（车轮速度（m/sm/s） r r- -车轮半径（车轮半径（m m） - -车轮转动角速度（车轮转动角速度（rad/srad/s） 车轮在路面

4、上纯滚动时，车轮在路面上纯滚动时，v v= = v v，s s=0=0；车轮完全抱死；车轮完全抱死时（即在路面上纯滑移），时（即在路面上纯滑移），=0=0，车轮滑移率，车轮滑移率s s=100%=100%；车轮；车轮在路面上边滚动边滑移时，在路面上边滚动边滑移时，v vv v，车轮滑移率，车轮滑移率0 0s s100%100%。车轮滑移率越大，说明车轮运动中滑动成分所占比例越大。车轮滑移率越大，说明车轮运动中滑动成分所占比例越大。汽车制动时，在路面附着系数以及作用于车轮上的垂直载汽车制动时，在路面附着系数以及作用于车轮上的垂直载荷一定的情况下，车轮制动器的制动力矩越大，车轮的滑荷一定的情况下，

5、车轮制动器的制动力矩越大，车轮的滑移率将越大。移率将越大。%100%100vrvvvvs（3 3）附着系数与滑移率的关系）附着系数与滑移率的关系 车轮与地面之间的附着系数会随着车轮滑移率的变化车轮与地面之间的附着系数会随着车轮滑移率的变化而变化，干燥硬实路面附着系数与滑移率的关系如图而变化，干燥硬实路面附着系数与滑移率的关系如图3-13-1所示。所示。 开始时随着滑移率的增大，开始时随着滑移率的增大，纵向附着系数迅速增大，当滑纵向附着系数迅速增大，当滑移率达到约移率达到约20%20%时，纵向附着时，纵向附着系数达到最大值。当滑移率达系数达到最大值。当滑移率达到到100%100%，即车轮完全被抱

6、死滑，即车轮完全被抱死滑移时，其附着系数称为滑动附移时，其附着系数称为滑动附着系数。当滑移率为着系数。当滑移率为0 0时，横时，横向附着系数最大，随着滑移率向附着系数最大，随着滑移率的增大，横向附着系数逐渐减的增大，横向附着系数逐渐减小，当滑移率达到小，当滑移率达到100%100%时，横时，横向附着系数接近于零。向附着系数接近于零。 图图3-1 干燥硬实路面附着系数与滑移率的关系干燥硬实路面附着系数与滑移率的关系（4 4）汽车采用）汽车采用ABSABS的必要性的必要性 由附着系数与滑移率之间的关系可知，汽车制动时如由附着系数与滑移率之间的关系可知，汽车制动时如果车轮完全抱死，就纵向附着系数而言

7、，其滑动附着系数果车轮完全抱死，就纵向附着系数而言，其滑动附着系数低于峰值附着系数，这将使车轮完全抱死时的制动距离比低于峰值附着系数，这将使车轮完全抱死时的制动距离比具有峰值附着系数时的制动距离变长；就横向附着系数而具有峰值附着系数时的制动距离变长；就横向附着系数而言，由于在车轮抱死时的横向附着系数接近于零，汽车几言，由于在车轮抱死时的横向附着系数接近于零，汽车几乎失去了横向附着能力，因此使汽车的方向稳定性变差，乎失去了横向附着能力，因此使汽车的方向稳定性变差，一旦汽车遇到横向干扰力的作用，就可能产生侧滑、甩尾一旦汽车遇到横向干扰力的作用，就可能产生侧滑、甩尾甚至回转等情况。另外，一旦转向车轮

8、抱死，汽车不会按甚至回转等情况。另外，一旦转向车轮抱死，汽车不会按照转向轮偏转的方向行驶，而是沿汽车行驶惯性力的方向照转向轮偏转的方向行驶，而是沿汽车行驶惯性力的方向向前滑动，从而使汽车失去转向控制能力。向前滑动，从而使汽车失去转向控制能力。 综上所述，汽车制动时车轮抱死会使制动距离变长，综上所述，汽车制动时车轮抱死会使制动距离变长，方向稳定性变差，失去转向控制能力，因此制动时应避免方向稳定性变差，失去转向控制能力，因此制动时应避免车轮抱死。汽车上采用车轮抱死。汽车上采用ABSABS的目的就是避免制动时车轮抱的目的就是避免制动时车轮抱死，将滑移率控制在死，将滑移率控制在10%10%30%30%

9、，在此范围内既有最大的纵，在此范围内既有最大的纵向附着系数，使制动距离最短，又有较大的横向附着系数，向附着系数，使制动距离最短，又有较大的横向附着系数，以获得较好的横向稳定性和转向控制能力。以获得较好的横向稳定性和转向控制能力。2ABS的组成和工作过程的组成和工作过程图图3-2 典型典型ABS的组成的组成 1-1-轮速传感器轮速传感器 2-2-右前制动器右前制动器 3-3-制动主缸制动主缸 4-4-制动液罐制动液罐 5-5-真空助力器真空助力器 6-6-电子控制单电子控制单元元 7-7-右后制动器右后制动器 8-8-左后制动器左后制动器 9- ABS9- ABS警告灯警告灯 10-10-制动压

10、力调节器制动压力调节器 11-11-左前制动器左前制动器 工作过程工作过程:装有装有ABSABS的汽车并非只要制动的汽车并非只要制动ABSABS就起作用，就起作用，当制动强度较低时，当制动强度较低时，ABSABS不起作用，只有当制动强度达到不起作用，只有当制动强度达到一定程度一定程度ABSABS才起作用。汽车行驶时，轮速传感器会将每才起作用。汽车行驶时，轮速传感器会将每一个车轮的转速信号送至一个车轮的转速信号送至ECUECU，汽车制动时，汽车制动时，ECUECU通过监测通过监测每一个车轮的轮速信号判断车轮的运动状态，如果制动强每一个车轮的轮速信号判断车轮的运动状态，如果制动强度比较低，度比较低

11、，ECUECU监测到的车轮滑移率较小，监测到的车轮滑移率较小，ABSABS不起作用，不起作用，此时的制动就是常规制动。随着制动踏板的继续踏下，制此时的制动就是常规制动。随着制动踏板的继续踏下，制动强度增大，如果动强度增大，如果ECUECU监测到某一车轮滑移率增大到一定监测到某一车轮滑移率增大到一定程度，程度，ECUECU将发出指令，控制制动压力调节器，使该车轮将发出指令，控制制动压力调节器，使该车轮的制动压力降低或保持不变，防止该车轮滑移率的进一步的制动压力降低或保持不变，防止该车轮滑移率的进一步增大，防止车轮抱死，将车轮滑移率控制在增大，防止车轮抱死，将车轮滑移率控制在10%10%30%30

12、%的理的理想范围。想范围。 3ABS的分类的分类（1）按总体结构布置分类）按总体结构布置分类 ABSABS按总体结构布置分类可以分为整体式和分开式两类。按总体结构布置分类可以分为整体式和分开式两类。整体式整体式ABSABS是指是指ABSABS的制动压力调节器与制动主缸构成一个的制动压力调节器与制动主缸构成一个整体，这种结构紧凑、管路接头少，但结构复杂，成本较整体，这种结构紧凑、管路接头少，但结构复杂，成本较高，一般用于高级轿车。分开式高，一般用于高级轿车。分开式ABSABS是指是指ABSABS的制动压力调的制动压力调节器与制动主缸分开布置，通过制动管路连接。分开式制节器与制动主缸分开布置，通过

13、制动管路连接。分开式制动压力调节器在车上布置灵活，成本较低，但制动管路接动压力调节器在车上布置灵活，成本较低，但制动管路接头较多。目前大多数汽车采用分开式头较多。目前大多数汽车采用分开式ABSABS。（2）按控制通道和传感器数目分类）按控制通道和传感器数目分类 所谓控制通道是指在所谓控制通道是指在ABSABS系统中能够独立进行制动压力系统中能够独立进行制动压力调节的制动管路。按照控制通道数目分，调节的制动管路。按照控制通道数目分，ABSABS可以分为四可以分为四通道式、三通道式、二通道式和一通道式。通道式、三通道式、二通道式和一通道式。1）四通道式。）四通道式。四通道式四通道式ABSABS又可

14、分为以下两种形式：又可分为以下两种形式： 前后管路布置四通道式前后管路布置四通道式 由于四通道由于四通道ABSABS可以单独对每一个车轮进行制动压力控可以单独对每一个车轮进行制动压力控制，因此附着系数利用率高，使制动距离最短。四通道制，因此附着系数利用率高，使制动距离最短。四通道ABSABS的缺点是在某些情况下左右两侧制动力不平衡的缺点是在某些情况下左右两侧制动力不平衡, ,影响汽影响汽车制动时的行驶稳定性。车制动时的行驶稳定性。 1-制动压力调节器制动压力调节器 2-轮速传感器轮速传感器 X管路布置四通道式管路布置四通道式 a) 前后管路布置前后管路布置 b) X管路布置管路布置图图3-3

15、四通道四通道ABS 2）三通道式。）三通道式。三通道式三通道式ABSABS又可分为以下又可分为以下3 3种形式：种形式： 四传感器、前后管路布置、前轮独立控制、后轮低选控四传感器、前后管路布置、前轮独立控制、后轮低选控制三通道式制三通道式 前轮独立控制的好处是由于轿车前轴的垂直载荷较大，前轮独立控制的好处是由于轿车前轴的垂直载荷较大，再加上制动时的载荷转移，使前轮的制动力占汽车总制动再加上制动时的载荷转移，使前轮的制动力占汽车总制动力的比例较大（可达力的比例较大（可达70%70%），前轮独立控制有利于充分利），前轮独立控制有利于充分利用两前轮的附着系数，缩短制动距离。然而前轮独立控制用两前轮的

16、附着系数，缩短制动距离。然而前轮独立控制可能导致制动过程中两前轮的制动力不相等，但由于两前可能导致制动过程中两前轮的制动力不相等，但由于两前轮制动力不平衡对汽车行驶时方向稳定性的影响相对较较轮制动力不平衡对汽车行驶时方向稳定性的影响相对较较小，可以通过驾驶员的转向操纵对此造成的影响进行修正。小，可以通过驾驶员的转向操纵对此造成的影响进行修正。 后轮低选控制是指在制动过程中，后轮低选控制是指在制动过程中，ECUECU监测到两个后监测到两个后轮中的任何一个首先趋于抱死，就同时对两个后轮的制动轮中的任何一个首先趋于抱死，就同时对两个后轮的制动压力进行控制，这就是所谓的后轮低选原则。后轮低选原压力进行

17、控制，这就是所谓的后轮低选原则。后轮低选原则可以保证汽车在各种条件下两侧后轮的制动力相等，保则可以保证汽车在各种条件下两侧后轮的制动力相等，保证了汽车在各种条件下制动时都具有良好的方向稳定性。证了汽车在各种条件下制动时都具有良好的方向稳定性。后轮低选原则的缺点是附着条件较好一侧车轮的附着系数后轮低选原则的缺点是附着条件较好一侧车轮的附着系数不能充分利用，与四通道、四轮独立控制的不能充分利用，与四通道、四轮独立控制的ABSABS系统相比，系统相比，制动距离稍长。制动距离稍长。 三传感器、前后管路布置、前轮独立控制、后轮低选控制三三传感器、前后管路布置、前轮独立控制、后轮低选控制三通道式通道式 这

18、种形式与前一种的区别仅在于省去了一个轮速传感器，这种形式与前一种的区别仅在于省去了一个轮速传感器，两个后轮共用一个安装在后桥主减速器上或者变速器输出轴上两个后轮共用一个安装在后桥主减速器上或者变速器输出轴上的轮速传感器。的轮速传感器。 四传感器、四传感器、X X管路布置、前轮独立控制、后轮低选控制三通管路布置、前轮独立控制、后轮低选控制三通道式道式 这种形式虽然两后轮的车轮制动器分别与两条制动管路连这种形式虽然两后轮的车轮制动器分别与两条制动管路连接，管路彼此独立，并且在每一条制动管路都有一路制动压力接，管路彼此独立，并且在每一条制动管路都有一路制动压力调节电磁阀，但制动过程中调节电磁阀，但制

19、动过程中ECUECU是按照低选原则对两侧后轮的制是按照低选原则对两侧后轮的制动压力同时进行控制，相当于两后轮制动器为一个通道。动压力同时进行控制，相当于两后轮制动器为一个通道。 a) a) 四传感器、前后管路布置、前轮独立控制、后轮低选控制四传感器、前后管路布置、前轮独立控制、后轮低选控制 b)b)三传感器、前三传感器、前后管路布置、前轮独立控制、后轮低选控制后管路布置、前轮独立控制、后轮低选控制 c c）四传感器、）四传感器、X X管路布置、前轮管路布置、前轮独立控制、后轮低选控制独立控制、后轮低选控制 图图3-4 三通道三通道ABS 3）二通道式。）二通道式。二通道式二通道式ABSABS根

20、据传感器数量、制动管路布置根据传感器数量、制动管路布置形式的不同，又可分为形式的不同，又可分为4 4种形式（见图种形式（见图3-53-5）。二通道式）。二通道式ABSABS结构简单，成本低廉，但在制动时的方向稳定性、转结构简单，成本低廉，但在制动时的方向稳定性、转向控制能力和制动效能等方面难以得到兼顾，因此很少采向控制能力和制动效能等方面难以得到兼顾，因此很少采用。用。 a) a) 三传感器、前后管路布置二通道式、三传感器、前后管路布置二通道式、 b) b) 四传感器、前后管路布置二通道式四传感器、前后管路布置二通道式 c c）二传感器、前后管路布置二通道式）二传感器、前后管路布置二通道式 d

21、 d）二传感器、）二传感器、X X管路布置二通道式管路布置二通道式图图3-5 二通道二通道ABS 4）一通道式。）一通道式。一通道一通道ABSABS在后轮制动管路中设置一个制动在后轮制动管路中设置一个制动压力调节器调节两后轮的制动压力，在后桥主减速器上安压力调节器调节两后轮的制动压力，在后桥主减速器上安装一个轮速传感器，或者在两个后轮上各安装一个轮速传装一个轮速传感器，或者在两个后轮上各安装一个轮速传感器。一通道感器。一通道ABSABS通常都是按照低选原则对两后轮进行控通常都是按照低选原则对两后轮进行控制，这样使得附着条件较好的一侧后轮的附着系数不能得制，这样使得附着条件较好的一侧后轮的附着系

22、数不能得到充分利用，缩短制动距离的效果并不明显，但可以提高到充分利用，缩短制动距离的效果并不明显，但可以提高汽车制动时的方向稳定性。汽车制动时的方向稳定性。 图图3-6 一通道一通道ABS 4ABS的控制技术的控制技术（1 1）ABSABS的控制方式的控制方式 ABSABS有多种控制方式，其目的都是根据轮速、减速度、有多种控制方式，其目的都是根据轮速、减速度、车速等信号，判断制动时车轮的运动状态，并通过调节车车速等信号，判断制动时车轮的运动状态，并通过调节车轮制动器轮缸的制动压力，将车轮滑移率控制在轮制动器轮缸的制动压力，将车轮滑移率控制在10%10%30%30%的范围内，从而获得最佳制动性能

23、。的范围内，从而获得最佳制动性能。 目前目前ABSABS的控制方式有车轮滑移率控制方式、逻辑门限值的控制方式有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和控制方式、最优化控制方式、滑模动态变结构控制方式和模糊控制方式等。其中车轮滑移率控制方式和模糊控制方模糊控制方式等。其中车轮滑移率控制方式和模糊控制方式需要使用成本较高的多普勒雷达检测车速，因此采用较式需要使用成本较高的多普勒雷达检测车速，因此采用较少。在剩下的少。在剩下的3 3种控制方式中，逻辑门限值控制方式由于种控制方式中，逻辑门限值控制方式由于实时响应好，执行机构比较容易实现而应用广泛。实时响应好，执

24、行机构比较容易实现而应用广泛。（2）ABS的控制过程的控制过程 在制动初始阶段，车轮制动轮缸的制动压力随制动踏板力在制动初始阶段，车轮制动轮缸的制动压力随制动踏板力的增大而增大，车轮速度的增大而增大，车轮速度v vW W下降，减速度增大，如图下降，减速度增大，如图3-73-7中第中第1 1阶段曲线所示。由于制动力较小，阶段曲线所示。由于制动力较小， ABSABS未起作用，未起作用，此阶段为常规制动。此阶段为常规制动。 当减速度增加到设定门限值当减速度增加到设定门限值-a-a时，时，ABS ECUABS ECU发出指令，使发出指令，使相应的电磁阀转换到相应的电磁阀转换到“保持压力保持压力”状态，

25、控制过程进入第状态，控制过程进入第2 2阶段，保压阶段。取此时的车轮速度为初始参考车速，阶段，保压阶段。取此时的车轮速度为初始参考车速，然后按照给定的斜率计算并确定参考车速然后按照给定的斜率计算并确定参考车速v vrefref，由参考车，由参考车速可以计算出任意时刻的车轮滑移率，称为参考滑移率。速可以计算出任意时刻的车轮滑移率，称为参考滑移率。 将参考滑移率与设定的滑移率门限值将参考滑移率与设定的滑移率门限值S S1 1进行比较，如果参进行比较，如果参考滑移率小于滑移率门限值，表明车轮还工作在附着系数考滑移率小于滑移率门限值，表明车轮还工作在附着系数与滑移率关系曲线（参见图与滑移率关系曲线（参

26、见图3-13-1）的稳定区，则继续维持）的稳定区，则继续维持“保压保压”状态，以充分利用路面附着系数。当参考滑移率状态，以充分利用路面附着系数。当参考滑移率大于滑移率门限值时，说明车轮已工作在附着系数与滑移大于滑移率门限值时，说明车轮已工作在附着系数与滑移率关系曲线的不稳定区，率关系曲线的不稳定区，ABS ECUABS ECU发出指令，使相应的电发出指令，使相应的电磁阀转换到磁阀转换到“减压减压”状态，控制过程进入第状态，控制过程进入第3 3阶段，减压阶段，减压阶段。阶段。 V-V-车速车速 Vref-Vref-参考车速参考车速 S S1-1-滑移率门限值滑移率门限值 V VW W- -车轮速

27、度车轮速度 +A+A、+a-+a-车轮加速度门限值车轮加速度门限值 -a-a-车轮减速度门限值车轮减速度门限值（2）ABS的控的控制过程制过程 在制动初在制动初始阶段，车轮制始阶段，车轮制动轮缸的制动压动轮缸的制动压力随制动踏板力力随制动踏板力的增大而增大，的增大而增大，车轮速度车轮速度v vW W下降，下降，减速度增大，如减速度增大，如图图3-73-7中第中第1 1阶段阶段曲线所示。由于曲线所示。由于制动力较小，制动力较小， ABSABS未起作用，此未起作用，此阶段为常规制动。阶段为常规制动。图图3-7 高附着系数路面高附着系数路面ABS的控制过程的控制过程V-V-车速车速 Vref-Vre

28、f-参考车速参考车速 S S1-1-滑移率门限值滑移率门限值 V VW W- -车轮速度车轮速度 +A+A、+a-+a-车轮加速度门限值车轮加速度门限值 -a-a-车轮减速度门限值车轮减速度门限值图图3-7 高附着系数路面高附着系数路面ABS的控制过程的控制过程 当减速度增加当减速度增加到设定门限值到设定门限值-a-a时，时，ABS ECUABS ECU发出指令，发出指令，使相应的电磁阀转换使相应的电磁阀转换到到“保持压力保持压力”状态，状态，控制过程进入第控制过程进入第2 2阶阶段，保压阶段。取此段，保压阶段。取此时的车轮速度为初始时的车轮速度为初始参考车速，然后按照参考车速，然后按照给定的

29、斜率计算并确给定的斜率计算并确定参考车速定参考车速v vrefref，由，由参考车速可以计算出参考车速可以计算出任意时刻的车轮滑移任意时刻的车轮滑移率，称为参考滑移率。率，称为参考滑移率。V-V-车速车速 Vref-Vref-参考车速参考车速 S S1-1-滑移率门限值滑移率门限值 V VW W- -车轮速度车轮速度 +A+A、+a-+a-车轮加速度门限值车轮加速度门限值 -a-a-车轮减速度门限值车轮减速度门限值图图3-7 高附着系数路面高附着系数路面ABS的控制过程的控制过程 将参考滑移率与将参考滑移率与设定的滑移率门限值设定的滑移率门限值S S1 1进行比较，如果参考滑进行比较，如果参考

30、滑移率小于滑移率门限值，移率小于滑移率门限值，表明车轮还工作在附着表明车轮还工作在附着系数与滑移率关系曲线系数与滑移率关系曲线（参见图（参见图3-13-1）的稳定区，）的稳定区，则继续维持则继续维持“保压保压”状状态，以充分利用路面附态，以充分利用路面附着系数。当参考滑移率着系数。当参考滑移率大于滑移率门限值时，大于滑移率门限值时，说明车轮已工作在附着说明车轮已工作在附着系数与滑移率关系曲线系数与滑移率关系曲线的不稳定区，的不稳定区，ABS ECUABS ECU发发出指令，使相应的电磁出指令，使相应的电磁阀转换到阀转换到“减压减压”状态，状态，控制过程进入第控制过程进入第3 3阶段，阶段，减压

31、阶段。减压阶段。V-V-车速车速 Vref-Vref-参考车速参考车速 S S1-1-滑移率门限值滑移率门限值 V VW W- -车轮速度车轮速度 +A+A、+a-+a-车轮加速度门限值车轮加速度门限值 -a-a-车轮减速度门限值车轮减速度门限值图图3-7 高附着系数路面高附着系数路面ABS的控制过程的控制过程 减压后车减压后车轮制动力下降，在轮制动力下降，在汽车惯性力作用下汽车惯性力作用下车轮减速度开始向车轮减速度开始向正值方向变化，当正值方向变化，当车轮减速度的绝对车轮减速度的绝对值小于车轮减速度值小于车轮减速度门限值门限值-a-a的绝对值的绝对值时，时，ABS ECUABS ECU使相使

32、相应的电磁阀再次转应的电磁阀再次转换到换到“保压保压”状态，状态，控制过程进入第控制过程进入第4 4阶段。阶段。V-V-车速车速 Vref-Vref-参考车速参考车速 S S1-1-滑移率门限值滑移率门限值 V VW W- -车轮速度车轮速度 +A+A、+a-+a-车轮加速度门限值车轮加速度门限值 -a-a-车轮减速度门限值车轮减速度门限值图图3-7 高附着系数路面高附着系数路面ABS的控制过程的控制过程 进入第进入第4 4阶段后，阶段后，由于汽车惯性力的作由于汽车惯性力的作用，车轮减速度的绝用，车轮减速度的绝对值越来越小而变为对值越来越小而变为正值（加速度），如正值（加速度），如果车轮加速度

33、未能超果车轮加速度未能超过第一个加速度控制过第一个加速度控制门限值门限值+a+a，则判定路，则判定路面情况为低附着系数，面情况为低附着系数，此时按照低附着系数此时按照低附着系数路面的控制过程进行路面的控制过程进行控制；如果车轮加速控制；如果车轮加速度超过第一个加速度度超过第一个加速度控制门限值控制门限值+a+a，则继，则继续续“保压保压”；如果车；如果车轮加速度超过第二个轮加速度超过第二个加速度控制门限值加速度控制门限值+A+A时，时，ABS ECUABS ECU使制动压使制动压力控制进入第力控制进入第5 5个阶段，个阶段，“增压增压”阶段。阶段。V-V-车速车速 Vref-Vref-参考车速

34、参考车速 S S1-1-滑移率门限值滑移率门限值 V VW W- -车轮速度车轮速度 +A+A、+a-+a-车轮加速度门限值车轮加速度门限值 -a-a-车轮减速度门限值车轮减速度门限值图图3-7 高附着系数路面高附着系数路面ABS的控制过程的控制过程 增压后，车增压后，车轮加速度下降，当轮加速度下降，当车轮加速度低于加车轮加速度低于加速度控制门限速度控制门限+A+A时，时，控制过程进入第控制过程进入第6 6阶阶段，段，“保压保压”阶段，阶段，直至车轮加速度降直至车轮加速度降低到加速度控制门低到加速度控制门限值限值+a+a，第，第6 6阶段结阶段结束。束。V-V-车速车速 Vref-Vref-参

35、考车速参考车速 S S1-1-滑移率门限值滑移率门限值 V VW W- -车轮速度车轮速度 +A+A、+a-+a-车轮加速度门限值车轮加速度门限值 -a-a-车轮减速度门限值车轮减速度门限值图图3-7 高附着系数路面高附着系数路面ABS的控制过程的控制过程 此后，为了此后，为了充分利用路面附着充分利用路面附着系数，进入系数，进入“增压增压”和和“保压保压”快速转快速转换的第换的第7 7阶段。由于阶段。由于制动压力的增大，制动压力的增大，车轮减速度大于设车轮减速度大于设定门限值定门限值-a-a时，控时，控制过程进入第制过程进入第8 8个阶个阶段，段，“减压减压”阶段，阶段，ABSABS进入第二个

36、控制进入第二个控制周期，控制过程与周期，控制过程与上述相同。上述相同。V-V-车速车速 Vref-Vref-参考车速参考车速 S S1-1-滑移率门限值滑移率门限值 V VW W- -车轮速度车轮速度 +A+A、+a-+a-车轮加速度门限值车轮加速度门限值 -a-a-车轮减速度门限值车轮减速度门限值图图3-7 高附着系数路面高附着系数路面ABS的控制过程的控制过程 ABS ECUABS ECU按按照设定的控制方式照设定的控制方式和控制过程，控制和控制过程，控制制动压力调节器以制动压力调节器以每秒每秒2 21010次的频率次的频率调节制动轮缸的压调节制动轮缸的压力，防止车轮抱死力，防止车轮抱死滑

37、移，将各车轮的滑移，将各车轮的滑移率控制在理想滑移率控制在理想滑移率附近，缩短滑移率附近，缩短汽车的制动距离，汽车的制动距离，提高汽车制动时的提高汽车制动时的方向稳定性和转向方向稳定性和转向控制能力。控制能力。3.1.2 ABS主要部件的结构和工作原理主要部件的结构和工作原理 1 1轮速传轮速传感器感器 轮速传感器的作用是检测车轮转速，并将车轮转速信号轮速传感器的作用是检测车轮转速，并将车轮转速信号送入送入ABS ECUABS ECU。轮速传感器一般都安装在车轮处，但有些驱动。轮速传感器一般都安装在车轮处，但有些驱动车轮的轮速传感器安装在主减速器或变速器等传动系统部件车轮的轮速传感器安装在主减

38、速器或变速器等传动系统部件中。目前中。目前ABSABS轮速传感器主要有电磁式和霍尔式两种。轮速传感器主要有电磁式和霍尔式两种。（1 1）电磁式轮速传感器）电磁式轮速传感器 a）驱动轮）驱动轮 b）从动轮）从动轮图图3-8 安装在车轮处的轮速传感器安装在车轮处的轮速传感器 安装在传动系统部件中的轮速传感器如图安装在传动系统部件中的轮速传感器如图3-93-9所示，所示，传感器安装在主减速器或变速器壳体上，齿圈安装在变速传感器安装在主减速器或变速器壳体上，齿圈安装在变速器输出轴上，或借用主减速器从动齿轮作为齿圈。器输出轴上，或借用主减速器从动齿轮作为齿圈。图图3-9 安装在传动系统中的轮速传感器安装

39、在传动系统中的轮速传感器 （2）霍尔式轮速传感器）霍尔式轮速传感器 霍尔式轮速传感器也是由传感器和齿圈组成，传感器霍尔式轮速传感器也是由传感器和齿圈组成，传感器则由永久磁铁、霍尔元件和集成电路等组成，霍尔式轮速则由永久磁铁、霍尔元件和集成电路等组成，霍尔式轮速传感器根据霍尔效应原理产生轮速信号。传感器根据霍尔效应原理产生轮速信号。 霍尔式轮速传感器的优点是：霍尔式轮速传感器的优点是： 1 1）输出的信号电压不随转速的变化而变化，在汽车）输出的信号电压不随转速的变化而变化，在汽车电源电压为电源电压为12V12V的条件下，信号的幅值保持在的条件下，信号的幅值保持在11.511.512V12V，即使

40、车速很低时也是如此。即使车速很低时也是如此。 2 2）传感器频率响应可达）传感器频率响应可达20kHZ20kHZ，在，在ABSABS中相当于车速中相当于车速为为1000km/h1000km/h时所检测的信号频率，因此不会出现高速时频时所检测的信号频率，因此不会出现高速时频率响应差的问题。率响应差的问题。 3 3）由于霍尔式轮速传感器输出的电压信号强弱不随）由于霍尔式轮速传感器输出的电压信号强弱不随转速变化，且幅值较高，因此抗电磁干扰能力较强。转速变化，且幅值较高，因此抗电磁干扰能力较强。 霍尔式轮速传感器的缺点是结构复杂，成本较高，并霍尔式轮速传感器的缺点是结构复杂，成本较高，并且工作时需要有

41、电源电压。且工作时需要有电源电压。2电子控制单元电子控制单元 ABS ABS电子控制单元（电子控制单元（ECUECU）主要用于接收轮速传感器和）主要用于接收轮速传感器和其他传感器的输入信号，根据设定的控制逻辑，通过计算其他传感器的输入信号，根据设定的控制逻辑，通过计算和逻辑分析、判断后输出控制指令，控制制动压力调节器和逻辑分析、判断后输出控制指令，控制制动压力调节器调节制动压力。调节制动压力。 ABS ABS ECUECU主要由主要由输入电路、输入电路、计算电路、计算电路、输出电路、输出电路、安全保护电安全保护电路等组成。路等组成。 图图3-10 ABS ECU电路框电路框图（三通道四传感器式

42、）图（三通道四传感器式） （1 1）输入电路）输入电路 输入电路由低通滤波电路和整形、放输入电路由低通滤波电路和整形、放大电路组成，用于对轮速传感器等输入的信号进行处理，大电路组成，用于对轮速传感器等输入的信号进行处理，并将模拟信号转变成数字信号输入计算电路。并将模拟信号转变成数字信号输入计算电路。 （2 2）计算电路）计算电路 计算电路的作用是根据轮速传感器和计算电路的作用是根据轮速传感器和其他传感器的输入信号，按照设定的控制逻辑，经计算和其他传感器的输入信号，按照设定的控制逻辑，经计算和逻辑分析、判断后输出控制指令。逻辑分析、判断后输出控制指令。 计算电路不仅能够监测计算电路不仅能够监测E

43、CUECU内部的工作情况，还能监内部的工作情况，还能监测轮速传感器和泵电动机继电器、电磁阀继电器等执行器测轮速传感器和泵电动机继电器、电磁阀继电器等执行器的工作电路。当监测到这些电路工作不正常时，立即向安的工作电路。当监测到这些电路工作不正常时，立即向安全保护电路输出指令，使全保护电路输出指令，使ABSABS停止工作。停止工作。 （3 3）输出电路）输出电路 输出电路的主要功能是将计算电路输输出电路的主要功能是将计算电路输出的数字控制信号（如制动压力增加、保持、降低）转变出的数字控制信号（如制动压力增加、保持、降低）转变成模拟信号，通过功率放大器驱动执行器工作。成模拟信号，通过功率放大器驱动执

44、行器工作。 （4 4）安全保护电路）安全保护电路 安全保护电路由电源监控、故障安全保护电路由电源监控、故障记忆、继电器驱动和记忆、继电器驱动和ABSABS警告灯驱动等电路组成。安全保警告灯驱动等电路组成。安全保护电路接收汽车电源的电压信号，对电源电压是否稳定在护电路接收汽车电源的电压信号，对电源电压是否稳定在规定范围内进行监控，同时将规定范围内进行监控，同时将12V12V或或14V14V电源电压变成电源电压变成ECUECU内部需要的内部需要的5V5V标准电压。标准电压。 3制动压力调节器制动压力调节器 制动压力调节器是制动压力调节器是ABSABS的执行器，其功用是接收的执行器，其功用是接收EC

45、UECU的的指令，通过电磁阀自动调节车轮制动器的制动压力。指令，通过电磁阀自动调节车轮制动器的制动压力。 制动压力调节器按照压力调节方式的的不同，可以分制动压力调节器按照压力调节方式的的不同，可以分为循环式和可变容积式。为循环式和可变容积式。（1 1）循环式制动压力调节器）循环式制动压力调节器 1 1）循环式制动压力调节器的组成）循环式制动压力调节器的组成 循环式制动压力调节器循环式制动压力调节器主要由电磁阀、回油泵、储液器等组成。主要由电磁阀、回油泵、储液器等组成。 1-1-回油泵回油泵 2-2-单向阀单向阀 3-3-制动主缸制动主缸 4-4-电磁阀电磁阀 5-5-制动轮缸制动轮缸 6-6-

46、储液器储液器图图3-11 循环式制动压力调节器的组成循环式制动压力调节器的组成 电磁阀。电磁阀。制动压力调节器的电磁阀主要有三位三通电制动压力调节器的电磁阀主要有三位三通电磁阀和二位二通电磁阀两种。三位三通电磁阀的结构和工磁阀和二位二通电磁阀两种。三位三通电磁阀的结构和工作原理如图作原理如图3-123-12所示。所示。 a)a)不通电不通电 b b）通小电流）通小电流 c c）通大电流）通大电流1-1-进液阀进液阀 2-2-回液阀回液阀 3-3-主弹簧主弹簧 4-4-副弹簧副弹簧 5-5-衔铁套筒衔铁套筒 6-6-电磁线圈电磁线圈图图3-12 三位三通电磁阀的工作过程三位三通电磁阀的工作过程

47、回油泵和储液器。回油泵和储液器。回油泵和储液器如图回油泵和储液器如图3-133-13所示，所示，回油泵由永磁电动机和柱塞泵组成，当电动机工作时，带回油泵由永磁电动机和柱塞泵组成，当电动机工作时，带动凸轮旋转，驱动柱塞向下运动，柱塞下方的制动液受到动凸轮旋转，驱动柱塞向下运动，柱塞下方的制动液受到压缩，顶开出液阀，制动液被泵回制动主缸；当凸轮基圆压缩，顶开出液阀，制动液被泵回制动主缸；当凸轮基圆与柱塞接触时，柱塞在弹簧力的作用下向上运动，出液阀与柱塞接触时，柱塞在弹簧力的作用下向上运动，出液阀关闭，储液器内的制动液进入柱塞泵泵腔。关闭，储液器内的制动液进入柱塞泵泵腔。 a）柱塞上行）柱塞上行 b

48、）柱塞下行）柱塞下行图图3-13 回油泵和储液器回油泵和储液器 2）循环式制动压力调节器的工作过程）循环式制动压力调节器的工作过程 常规制动过程。常规制动过程。根据根据ABS ECUABS ECU的指令，制动压力调节的指令，制动压力调节器的电磁线圈不通电，制动主缸的管路经电磁阀与制动轮器的电磁线圈不通电，制动主缸的管路经电磁阀与制动轮缸管路相通，制动轮缸的压力随制动主缸压力的变化而变缸管路相通，制动轮缸的压力随制动主缸压力的变化而变化。此时回油泵不工作。化。此时回油泵不工作。 图图3-14 常规制动过程常规制动过程 保压过程。保压过程。在在ABSABS工作过程中，当需要对制动轮缸保工作过程中，

49、当需要对制动轮缸保持制动压力时，根据持制动压力时，根据ABS ECUABS ECU的指令，给电磁阀通入小电的指令，给电磁阀通入小电流，进液阀和回液阀都关闭，制动轮缸内的制动压力保持流，进液阀和回液阀都关闭，制动轮缸内的制动压力保持不变，回油泵不工作。不变，回油泵不工作。 图图3-15 保压过程保压过程 减压过程。减压过程。当需要对制动轮缸进行减压时，当需要对制动轮缸进行减压时，ABS ECUABS ECU发出发出指令，使制动压力调节器电磁阀通入大电流，回液阀打开指令，使制动压力调节器电磁阀通入大电流，回液阀打开此时制动主缸与制动轮缸之间的通路被切断，而制动轮缸此时制动主缸与制动轮缸之间的通路被

50、切断，而制动轮缸与储液器之间的管路被接通，制动轮缸中的部分制动液流与储液器之间的管路被接通，制动轮缸中的部分制动液流入储液器，从而减小了该车轮的制动压力。入储液器，从而减小了该车轮的制动压力。ABS ECUABS ECU同时同时启动回油泵工作，将流入储液器的制动液泵回制动主缸。启动回油泵工作，将流入储液器的制动液泵回制动主缸。3-16 减压过程减压过程 由于减压过程中由制动轮缸流入储液器的制动液被由于减压过程中由制动轮缸流入储液器的制动液被回油泵又回油泵又“循环循环”回制动主缸，因此这种制动压力调回制动主缸，因此这种制动压力调节器称为循环式制动压力调节器。制动液在循环回制节器称为循环式制动压力

51、调节器。制动液在循环回制动主缸的过程中，会造成制动主缸内的制动液压力波动主缸的过程中，会造成制动主缸内的制动液压力波动，因而制动踏板会有反弹的感觉，踏板反弹的频率动，因而制动踏板会有反弹的感觉，踏板反弹的频率约为约为3 34 4次次/s/s。 增压过程。增压过程。当需要对制动轮缸增加制动压力时，当需要对制动轮缸增加制动压力时，ABS ECUABS ECU发出指令，使电磁阀断电，进液阀打开，回液发出指令，使电磁阀断电，进液阀打开，回液阀关闭，来自制动主缸的制动液可以再次进入制动轮阀关闭，来自制动主缸的制动液可以再次进入制动轮缸，使制动轮缸的压力增大。缸，使制动轮缸的压力增大。 （2）可变容积式制

52、动压力调节器）可变容积式制动压力调节器 1）可变容积式制动压力调节器的组成）可变容积式制动压力调节器的组成 可变容积式制动压力调节器主要由电磁阀、控制活塞、可变容积式制动压力调节器主要由电磁阀、控制活塞、液压泵、储液器和储能器等组成。液压泵、储液器和储能器等组成。 2）可变容积式制动压力调节器的工作过程）可变容积式制动压力调节器的工作过程 常规制动过程。常规制动过程。 图图3-17 常规制动过程常规制动过程 保压过程。保压过程。ABS ECUABS ECU发出指令，给制动压力调节器的电发出指令，给制动压力调节器的电磁线圈通入小电流，电磁阀中的柱塞在电磁吸力和弹簧力磁线圈通入小电流，电磁阀中的柱

53、塞在电磁吸力和弹簧力的共同作用下处于中间位置，控制活塞大端工作腔的控制的共同作用下处于中间位置，控制活塞大端工作腔的控制油液被密封，控制活塞保持一定位置不动，因此控制活塞油液被密封，控制活塞保持一定位置不动，因此控制活塞小端工作腔的容积不发生变化，而此时单向阀仍处于关闭小端工作腔的容积不发生变化，而此时单向阀仍处于关闭状态，所以制动轮缸的油压保持不变。状态，所以制动轮缸的油压保持不变。 图图3-18 保压过程保压过程 减压过程。减压过程。ABS ECUABS ECU给制动压力调节器的电磁线圈通给制动压力调节器的电磁线圈通入大电流，储能器与控制活塞工作腔之间的油路接通，同入大电流，储能器与控制活

54、塞工作腔之间的油路接通，同时将通向储液器的油路关闭。液压泵工作，来自储能器或时将通向储液器的油路关闭。液压泵工作，来自储能器或液压泵的高压控制油液进入控制活塞大端的工作腔，克服液压泵的高压控制油液进入控制活塞大端的工作腔，克服弹簧弹力，推动控制活塞右移。弹簧弹力，推动控制活塞右移。图图3-19 减压过程减压过程 增压过程。增压过程。当需要增大制动压力时，当需要增大制动压力时，ABS ECUABS ECU切断制动切断制动压力调节器电磁线圈的电流，电磁阀中的柱塞在弹簧力的压力调节器电磁线圈的电流，电磁阀中的柱塞在弹簧力的作用下回到左端原始位置，将控制活塞大端工作腔与储液作用下回到左端原始位置，将控

55、制活塞大端工作腔与储液器的管路接通，控制活塞大端工作腔内的控制油液流入储器的管路接通，控制活塞大端工作腔内的控制油液流入储液器，控制活塞在弹簧力的作用下回到左端初始位置，控液器，控制活塞在弹簧力的作用下回到左端初始位置，控制活塞端部的推杆顶开单向阀，将制动主缸与制动轮缸之制活塞端部的推杆顶开单向阀，将制动主缸与制动轮缸之间的油路连通，来自制动主缸的制动液可以再次进入制动间的油路连通，来自制动主缸的制动液可以再次进入制动轮缸，使制动轮缸的压力增大。轮缸，使制动轮缸的压力增大。 3.1.3 典型防抱死制动系统典型防抱死制动系统 1. MK20-1型型ABS的组成的组成 MK20-1MK20-1型型

56、ABSABS为三通道、前轮独立控制、后轮低选控为三通道、前轮独立控制、后轮低选控制式制式ABSABS。主要由。主要由4 4个轮速传感器、个轮速传感器、ABSABS控制器、控制器、ABSABS故障警故障警告灯、制动装置警告灯等组成。告灯、制动装置警告灯等组成。图图3-20 MK20-1型型ABS的液压管路系统的液压管路系统 （1 1）轮速传感器）轮速传感器 4 4个轮速传感器为电磁式，前轮速传感器个轮速传感器为电磁式，前轮速传感器的齿圈（的齿圈（4343个齿）安装在半轴上，传感器安装在转向节上。个齿）安装在半轴上，传感器安装在转向节上。后轮速传感器的齿圈（后轮速传感器的齿圈（4343个齿）安装在

57、后轮毂上，传感器个齿）安装在后轮毂上，传感器安装在固定支架上。安装在固定支架上。（2 2）ABSABS控制器控制器 MK20-1MK20-1型型ABSABS将电子控制单元和制动压力将电子控制单元和制动压力调节器组合在一起，形成了调节器组合在一起，形成了ABSABS控制器，主要包括控制器，主要包括ABSABS电子电子控制单元（控制单元（J104J104）、液压控制单元（）、液压控制单元（N55N55）、液压泵（）、液压泵（V64V64）等。等。 （3 3）ABSABS故障警告灯和制动装置警告灯故障警告灯和制动装置警告灯 ABSABS故障警告灯为故障警告灯为黄色，用于指示黄色，用于指示ABSABS

58、自诊断系统是否检测到自诊断系统是否检测到ABSABS有故障。制有故障。制动装置警告灯为红色，用于指示制动液位过低或驻车制动动装置警告灯为红色，用于指示制动液位过低或驻车制动装置未解除。装置未解除。 2. MK20-1型型ABS的工作原理的工作原理（1 1）常规制动过程）常规制动过程 ABS ECUABS ECU不给任何电磁阀通电，来自制不给任何电磁阀通电，来自制动主缸的制动液通过常开的进油阀进入轮缸，出油阀处于动主缸的制动液通过常开的进油阀进入轮缸，出油阀处于关闭状态，制动过程为常规制动，制动轮缸内的压力随制关闭状态，制动过程为常规制动，制动轮缸内的压力随制动主缸压力的升高而升高。动主缸压力的

59、升高而升高。（2 2）保压过程）保压过程 当驾驶员继续踏下制动踏板，油压继续升当驾驶员继续踏下制动踏板，油压继续升高到车轮出现抱死趋势时，高到车轮出现抱死趋势时，ABS ECUABS ECU发出指令使，给进油发出指令使，给进油阀通电，进油阀关闭，出油阀仍然不通电，因此出油阀仍阀通电，进油阀关闭，出油阀仍然不通电，因此出油阀仍然关闭。制动轮缸的油压保持不变。然关闭。制动轮缸的油压保持不变。（3 3）减压过程）减压过程 当保持制动压力不变车轮仍有抱死趋势时，当保持制动压力不变车轮仍有抱死趋势时，ABS ECUABS ECU发出指令，给出油阀通电，出油阀打开，而进油发出指令，给出油阀通电，出油阀打开

60、，而进油阀继续保持通电，进油阀关闭，制动轮缸内的部分制动液阀继续保持通电，进油阀关闭，制动轮缸内的部分制动液经出油阀进入储液器，并由液压泵泵入制动主缸，因此制经出油阀进入储液器，并由液压泵泵入制动主缸，因此制动轮缸内的制动压力降低。动轮缸内的制动压力降低。 （4 4）增压过程）增压过程 当减压后如果车轮转速增加到一定值时，当减压后如果车轮转速增加到一定值时，ABS ECUABS ECU发出指令，使进油阀和出油阀都断电，因此进油发出指令，使进油阀和出油阀都断电，因此进油阀打开，来自制动主缸和液压泵的制动液再次进入制动轮阀打开，来自制动主缸和液压泵的制动液再次进入制动轮缸，制动轮缸的制动压力增加。