汽车主动安全技术电子教案(全)完整版课件整套教学课件

1、汽车主动安全技术教学目标了解汽车电子控制技术的发展历史了解汽车传感器、电子控制单元和执行器的概念和作用。了解主动安全控制技术的概念概述1.汽车电子控制技术的现状 电子技术在解决汽车所面临的油耗、排放、安全、舒适性等方面正起着重要作用。 （1）电子控制汽油喷射装置和电子点火装置的应用不仅可节油5%到10%，同时对排气净化也十分有利。 （2）电子控制防抱死制动装置的应用不但可使汽车在泥泞路面上高速行驶，而且紧急制动时可防止侧滑，保证汽车安全制动。 （3）在实现操纵自动化和提高舒适性等方面也离不开电器与电子设备的应用。 随着汽车工业和电子工业的高速发展，汽车上所装用的电器与电子设备的数量将与日俱增，

2、所起的作用也会越来越重要。概述2.汽车电子控制技术的发展 从汽车电子化发展进程来看，可分为三个阶段： （1）从20世纪60年代中期到70年代末期，起步阶段。汽车上运用电子技术主要是对汽车电器产品进行电子技术改造，以改善部分性能。如晶体管电压调节器、交流发电机及晶体管点火装置等。 （2）20世纪70年代末期到20世纪90年代中期，发展阶段。得益于超大规模集成电路技术的飞速发展。其主要特征是，广泛采用机电一体化装置，解决机械系统无法解决的复杂的自动控制问题。 （3）20世纪90年代中期至今，智能化阶段。其特征是强调以人车环境为主线的系统工程整体优化，主要体现在智能化上。概述3. 汽车安全系统 随着

3、社会的发展，交通安全问题越来越凸显，传统的汽车安全理念也在逐渐发生变化，传统的安全理念很被动比如安全带、安全气囊、保险杠等多是些被动的方法，并不能有效解决交通事故的发生。随着科技的进步，汽车的安全被细化，目前汽车安全分为主动安全、被动安全两种概念。被动安全系统，如设置安全带、安全气囊、保险杠等。主动安全系统，为预防汽车发生事故，避免人员受到伤害而采取的安全设计系统，称为主动安全系统，主动安全体系大致包括以下几种系统：AWS、ABS、TCS（ASR）、EBD、ESP、BSD、ACC、EBA、LDWS、胎压监测、倒车影像和自动感应大灯等。发展趋势： 汽车100多年的发展史中，有关汽车的安全性能的研

4、究和新技术的应用也发生了日新月异的变化，从最初的保险杠减振系统、乘客安全带系统、安全气囊到汽车碰撞试验、车轮防抱制动系统(ABS)、驱动防滑系统(ASR)，到无盲点、无视差安全后视镜及儿童座椅系统的研究，汽车的安全性能正日趋完善。 未来汽车电子控制的重要发展方向之一是汽车安全领域，并向几个方向发展：利用雷达技术和车载摄像技术开发各种自动避撞系统；利用近红外技术开发各种能监测驾驶员行为的安全系统；高性能的轮胎综合监测系统；自适应自动巡航控制系统；驾驶员身份识别系统；ABS/ASR。AWS： AWS是Advance Warning System缩写。是一个意外事故预防和缓和的驾驶辅助系统，在危险发

5、生前给驾驶员提供及时的声音和视觉报警。 公路交通事故已成为全球范围内日益严重的公共安全问题。统计资料表明，其中驾驶员的人为因素导致的公路交通事故率最高。无论是事故数量，还是伤亡人数均分别高达各自总数的90%左右。并且，在导致这些公路交通事故的驾驶员的人为因素中，疲劳和精神分散驾驶是重要原因之一。驾驶员在3s时间内的注意力不集中，造成了其中80%的交通事故，主要表现为车道偏离和追尾事故。 国内外在防止车道偏离和保持安全车距两个方面都开展了相当多有益的探索，在雷达、激光、超声波、红外线、机器视觉等传感器技术方面都取得了一些突破。经过长期大量的研究实践，人们逐步认识到采用单目视觉技术，仅使用一台摄像

6、机，即能在一定程度上实现对前方道路环境、车辆探测及车距监测的功能。 车元素研究显示，若在公路交通事故发生前的1.5s给驾驶员发出预警，则可避免90%的这类事故。因此，通过在汽车上安装汽车碰撞预警系统，利用技术手段分析车道、周围车辆的状况等驾驶环境信息，一旦当驾驶员发生疲劳及精神分散、汽车出现无意识的车道偏离及汽车间车距过近，存在追尾可能时，能够及时给予驾驶主动预警，是减少公路交通事故行之有效的技术措施。 ABS：制动防抱死控制系统 ABS是Anti-lock Braking System缩写。目前大多数轿车都装有ABS。在遇到紧急刹车时， 汽车安全经常需要汽车立刻停下来，但大力刹车容易发生车轮

7、锁死的状况如前轮锁死引起汽车失去转弯能力，后轮锁死容易发生甩尾事故等等。安装ABS就是为解决刹车时车轮锁死的问题，从而提高刹车时汽车的稳定性及较差路面条件下的汽车制动性能。TCS：牵引力控制系统 又称驱动防滑转控制系统（ASR）。汽车在光滑路面制动时，车轮会打滑，甚至使方向失控。同样，汽车在起步或急加速时，驱动轮也有可能打滑，在冰雪等光滑路面上还会使方向失控而出危险。TCS依靠电子传感器探测车轮驱动情况，不断调节动力的输出，从而使车轮不再打滑，提高加速性与爬坡能力。如果车辆在摩擦系数小的湿滑、积雪、结冰等路面起动或加速时，驱动轮容易打滑导致汽车失控。TCS系统一旦发现某车轮有这种趋势，就迅速调

8、节该车轮的输出扭矩，同时启动ABS对打滑的驱动轮进行适当制动，以平衡每个车轮的抓地力使其不致出现打滑或空转，保证车辆能迅速稳定地起动或加速，保持良好的操控性和方向稳定性。 EBD：电子制动力分配系统 EBD：ABS必须在踩下刹车至车轮抱死时才发挥作用，而EBD可以在踩下制动踏板后、在ABS起作用之前通过调节前、后轮制动力达到良好的制动效果，以减少不必要的ABS动作，或在ABS因特殊的故障状态而失效时防止车轮抱死，增大了保护范围。 EBD能够在汽车制动时自动调节前、后轴的制动力分配比例，并配合ABS提高制动稳定性。汽车在制动时，四只轮胎与地面的摩擦力不一样，容易造成打滑、倾斜和车辆侧翻事故。EB

9、D用高速计算机分别对四只轮胎附着的不同地面进行感应与计算，根据不同的情况用不同的方式和力量制动，并不断调整，保证车辆的平稳、安全。ESP：电子稳定装置 ESP（ElectronicStablityProgram）是一种牵引力控制系统，不但控制驱动轮，而且可以控制从动轮。如后轮驱动汽车常出现的转向过度的情况，此时后轮会失控而甩尾，ESP便会通过对外侧的前轮的适度制动来稳定车辆。转向不足时，为了校正循迹方向，ESP则会对内后轮制动，从而校正行驶方向。 随着电子科技的发展，各种汽车智能安全系统也开始发展起来，主要是通过由雷达和摄像机组成的“预知传感器”，对行车危险进行判断并帮助驾车者进行处理。这一系

10、统能够在汽车与其它物体发生撞前的瞬间，自动进行干预以保证安全。BSD（Blind spot monitoring system）：盲点监测系统 由于汽车后视镜存在视觉盲区，变道之前就看不到盲区的车辆，如果盲区内有超车车辆，此时变道就会发生碰撞事故。在大雨天气、大雾天气、夜间光线昏暗，更加难以看清后方车辆，此时变道就面临更大的危险，盲点监测系统就是为了解决后视镜的盲区而产生的。 所谓盲点监测，就是利用高科技探测相邻车道后方有没有车子在靠近，以及后视镜盲区里有没有车子。当有车子靠近或者盲区里有车的时候，监测系统就会通过声音、灯光等方式提醒驾驶员。 通过在汽车后保检杠内安装两个24GHz雷达传感器，

11、在车辆行驶速度大于10KM/H自动启动，实时向左右3米后方8米范围，发出探测微波信号，系统对反射回的微波信号进行分析处理，即可知后面车辆距离，速度和运动方向等信息，通过系统算法，排除固定物体和远离的物体，当探测到盲区内有车辆靠近时，指示灯闪烁，此时驾驶员看不到盲区内的车辆，但是也能通过指示灯知道后方有车辆驶来，变道有碰撞的危险，如果此时驾驶员仍然没有注意到指示灯闪烁，打了转向灯，准备变道，那么系统就会发出哔哔哔的语音警报声，再次提醒驾驶员此时变道有危险，不宜变道。ACC：自适应巡航控制系统 自适应巡航控制(ACC)是一个允许车辆巡航控制系统通过调整速度以适应交通状况的汽车功能。安装在车辆前方的

12、雷达用于检测在本车前进道路上是否存在速度更慢的车辆。若存在速度更慢的车辆，ACC系统会降低车速并控制与前方车辆的间隙或时间间隙。若系统检测到前方车辆并不在本车行驶道路上时将加快本车速度使之回到之前所设定的速度。此操作实现了在无司机干预下的自主减速或加速。ACC控制车速的主要方式是通过发动机油门控制和适当的制动。EBA：电子控制制动辅助系统 EBA通过驾驶员踩踏制动踏板的速率来理解它的制动行为，如果它察觉到制动踏板的制动压力恐慌性增加，EBA会在几毫秒内启动全部制动力，其速度要比大多数驾驶员移动脚的速度快得多。 EBA可显著缩短紧急制动距离并有助于防止在停停走走的交通中发生追尾事故。EBA系统监

13、控制动踏板的运动。 它一旦监测到踩踏制动踏板的速度陡增，而且驾驶员继续大力踩踏制动踏板，它就会释放出储存的180巴(18兆帕)的液压施加最大的制动力。 驾驶员一旦释放制动踏板，EBA系统就转入待机模式。 由于更早地施加了最大的制动力，紧急制动辅助装置可显著缩短制动距离。LDWS：偏离车道警报系统 该系统提供智能的车道偏离预警，在无意识（驾驶员未打转向灯）偏离原车道时，能在偏离车道0.5秒之前发出警报，为驾驶员提供更多的反应时间，大大减少了因车道偏离引发的碰撞事故，此外，使用LDWS还能纠正驾驶员不打转向灯的习惯，该系统其主要功能是辅助过度疲劳或长时间单调驾驶引发的注意力不集中等情况。胎压监测：

14、 胎压监测是在汽车行驶过程中对轮胎气压进行实时自动监测，并对轮胎漏气和低气压进行报警，以确保行车安全。 有数据表明，由爆胎引起的车祸在恶性交通事故中所占的比例高达70%，而所有会造成爆胎的因素中胎压不足当为首要原因。 当胎压过高时，会减小轮胎与地面的接触面积，而此时轮胎所承受的压力相对提高，轮胎的抓地力会受到影响。另外，当车辆经过沟坎或颠簸路面时，轮胎内没有足够空间吸收震动，除了影响行驶的稳定性和乘坐舒适性外，还会造成对悬挂系统的冲击力度加大，由此也会带来危害。同时，在高温时爆胎的隐患也会相应的增加。倒车影像 倒车警告这项技术用于在驾驶期间以及驻车时，针对您盲区中的轿车或物体向您发出警告。通常

15、，该系统会在您行车时已经进行响应；它可能会使后视镜内的一个警告标示进行闪烁，同时会发出声音警告，该系统是一个短程检测系统。如：上海通用别克君越车内后视镜就配备此功能，反光镜左边会有一个车体形状的图标，前/后雷达在侦测障碍物时警告标示会给驾驶者以视觉和听觉上的警告。 倒车影像和后视摄像机是一体，不仅保护您的轿车，还能够避免在倒车时意外伤及儿童和动物。倒车已经从向下倾斜后视镜或发出声音警告到实时查看。新一代技术包括一个摄像机，它可以与导航系统协同工作，对您身后的一切进行广角拍摄，然后反映在车内屏幕上，从而帮助您倒车或挂接拖车。自动感应大灯 自动感应大灯随车辆周边环境光线影响，系统会自动识别判断。雨

16、雾天气光线不够，大灯会自动亮起给驾驶者提供更安全的行车环境。后期厂家又延伸到自适应大灯系统，这更高级的系统会因方向而调节(在车辆转向时会转动灯光)。它们也可以是车速感应式车灯(可以改变光束的长度或高度)，或者对环境光进行补偿。 夜视系统可以有不同的形式，如基本的红外线大灯或热成像摄像机。但是无论采用何种科技，作用都一样：在夜间或者视线不明的情况下，帮助驾驶员看清更远处的路面并且辨别接近 1000 英尺外道路上的动物、人或树木。图像在驾驶室中的显示屏上形成，使肉眼难于看清的障碍物体提前被驾驶者掌控，目前博世公司开发的夜视系统则具有以上功能，但价格很是昂贵，即使是超豪华轿车目前也基本为选配系统。第

17、二章 制动防抱死系统学习要点：了解制动防抱死控制系统的作用及发展历史；掌握制动防抱死控制系统的结构和工作原理；掌握制动防抱死控制系统的的常用控制算法。*Global Research, Yao Chen218/28/2022第一节 概述第二节 ABS系统的组成和工作原理第三节 ABS逻辑控制算法第四节 基于滑移率的控制算法第一节 概述一、普通制动器的问题 制动防抱死系统ABS( Anti-Lock Braking System )是指汽车在制动过程中能实时判定车轮的滑移率、自动调节作用在车轮上的制动力矩、防止车轮被抱死并取得最佳制动效能的电子装置。 * 在紧急制动时，车轮会处于“抱死”状态，车

18、轮不再滚动而是在路面上滑移。会造成以下不良后果：1）车辆失去操纵性。2）在非对称路面，车轮抱死将丧失直线行驶稳定性，易出现侧滑、甩尾和急转等危险现象。3）制动距离延长。4）降低轮胎的寿命。*8/28/2022二、ABS的作用 汽车制动效能指制动距离、制动时间和制动减速度。制动效能主要取决于制动力F的大小，而制动力不仅与制动器的摩擦转矩有关，还受车轮与地面的附着系数的制约，即 ，式中， 是车轮与路面间的附着力，G是车轮对路面的垂直载荷， 是轮胎与路面间的附着系数。汽车的最大制动力等于地面附着力。8/28/2022 附着力分为纵向附着力和横向附着力。在汽车制动过程中，纵向附着力决定汽车的纵向运动，

19、影响汽车的制动距离；横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。 在车轮对地面的垂直载荷G一定时，制动力的大小取决于车轮与路面的附着系数 ，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。8/28/2022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=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。 8/28/2022从图中可以看出：1）附着系数大小取决于路面性质。

20、2）在各种路面上，附着系数都随滑移率的变化而变化。3）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。 图2.1 附着系数与滑移率的关系8/28/2022图2.2 干燥硬实路面上的滑移率与附着系数的关系 由曲线可以看出，纵向附着系数在滑移率为20%左右时最大，此时制动力最大。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。纵向附着系数影响制动距离，车轮抱死时，纵向附着系数变小，使制动距离变长。横向附着系数影响汽车行驶的稳定性。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。8/28/2022 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

21、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20%左右。 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。三、ABS系统的分类按照产生制动压力动力源分：液压式ABS系统、气压式ABS系统、气液混合式ABS。按制动液压调节装置和制动主缸的相对位置分：分离式ABS、整体式ABS。按控制方式分：独立控制和一同控制。按控制通道数目分：四通道式、三通道式、二通道式和一通道式。 *四、ABS的控制方式四通道式： 有四个

22、轮速传感器，在通往四个车轮制动分泵的管路中，各设一个制动压力调节装置，进行独立控制，构成四通道控制形式。 *三通道式： 对两前轮进行独立控制，两后轮按低选原则进行一同控制(即两个车轮由一个通道控制，以保证附着力较小的车轮不抱死为原则)，也称混合控制。8/28/2022四传感器三通道三传感器三通道 三通道ABS的性能特点是：两后轮按低选原则进行一同控制时，可以保证汽车在各种条件下左右两后轮的制动力相等，即使两侧车轮的附着系数相差较大，两个车轮的制动力都限制在附着力较小的水平，使两个后轮的制动力始终保持平衡，保证汽车在各种条件下制动时都具有良好的方向稳定性。8/28/2022二通道式： 二通道式A

23、BS难以在方向稳定性、转向控制性和制动效能各方面得到兼顾，目前采用很少。8/28/2022一通道式： 在后轮制动器总管中设置一个制动压力调节器，在两前轮各安装一个轮速传感器，在后桥主减速器也上安装一个轮速传感器。8/28/2022五、ABS系统的发展趋势ABS控制技术的提高。减小体积与质量，简化结构。为了提高汽车的安全性能，增加了一些装置，汽车的重量随之增加，对燃料经济性不利。所以新增设的各种装置必须在保证安全性的前提下，尽量地减少重量。另外，不论是大型车还是小型车，发动机的安装空间都是非常紧凑的，因此，也要求ABS控制器的体积尽可能的小一些。8/28/2022控制功能的扩展与集成。ABS和驱

24、动防滑控制装置ASR一体化。在ABS系统中嵌入电子制动力分配装置（EBD）构成了ABS+EBD系统。与电子稳定性程序ESP集成，ESP主要在ABS/ASR基础上解决汽车转向行驶时的方向稳定性问题。与汽车自适应巡航控制系统ACC集成。利用总线技术与其他控制系统的信息交换和共享，提高整体控制性能。8/28/2022第二章 制动防抱死系统学习要点：了解制动防抱死控制系统的作用及发展历史；掌握制动防抱死控制系统的结构和工作原理；掌握制动防抱死控制系统的的常用控制算法。*Global Research, Yao Chen39第二节 ABS系统的组成和工作原理 *ABS系统结构简图传感器： 1、轮速传感器

25、：轮速传感器是用来测量汽车车轮转速的传感器。对于现代汽车而言，轮速信息是必不可少的，汽车动态控制系统(VDC)、汽车电子稳定程序(ESP)、防抱死制动系统（ABS）、自动变速器的控制系统等都需要轮速信息。所以轮速传感器是现代汽车中最为关键的传感器之一。 分类：一般来说，所有的转速传感器都可以作为轮速传感器，但是考虑到车轮的工作环境以及空间大小等实际因素，常用的轮速传感器主要有：磁电式轮速传感器、霍尔式轮速传感器。 * 1）磁电式轮速传感器 磁电式轮速传感器安装图结构 磁电式轮速传感器一般由磁感应传感头和齿圈组成，传感头由永磁铁、极轴、感应线圈等组成。齿圈是一个运动部件，一般安装在轮毂上或轮轴上

26、与车轮一起旋转。轮速传感头是一个静止部件，传感头磁极与齿圈的端面有一定间隙。8/28/2022磁电式轮速传感器 汽车车轮转速传感器通常安装在车轮处，但在有些车型上则设置在主减速器或变速器中。 极轴根据形状的不同分为凿式、柱式、菱形三种类型，如右图所示。不同形状的传感头相对于齿圈的安装方式也不同。菱形极轴车速传感器头一般径向垂直于齿圈安装；凿式极轴车速传感器头轴向相切于齿圈安装；柱式极轴车速传感器头轴向垂直于齿圈安装。8/28/2022磁电式轮速传感器极轴形状8/28/2022磁电感应式车轮转速传感器的工作原理: (a) 凸齿接近磁头 (b) 凸齿正对磁头 c）凸齿离开磁头1信号转子；2传感线圈

27、；3永久磁铁；4磁轭 d）低速时输出 e）高速时输出特点： 具有结构简单、成本低、不怕泥污等特点，在现代轿车的ABS防抱死制动系统中得到广泛应用。但是磁电式轮速传感器也有一些缺点：（1）频率响应不高。当车速过高时，传感器的频率响应跟不上，容易产生误信号；（2）抗电磁波干扰能力差，尤其是输出信号振幅值较小时。 （3）转速低时，感应电压的幅值较小。8/28/2022 2）霍尔式轮速传感器结构 霍尔式轮速传感器由传感头和齿圈组成。传感头由永磁体、霍尔元件和电子电路等组成。8/28/2022霍尔式轮速传感器结构 （2）原理 霍尔式轮速传感器利用霍尔效应原理，即在半导体薄片的两端通以控制电流，在薄片的垂

28、直方向上施加磁场强度为B的磁场，则在薄片的另两端便会产生一个大小与控制电流、磁感应强度B的乘积成正比的电势，这就是霍尔电势。8/28/2022霍尔式轮速传感器原理图 永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，齿轮相当于一个集磁器。 当齿轮位于图a)所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱。 当齿轮位于图b)所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。 齿轮转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个mV级的准正弦波电压，此信号再经过电子电路转换成标准的脉冲电压。脉冲的频率，即每秒钟产生的脉冲个数，反映了车轮旋转的快慢，通过脉冲的频率即可得

29、知车轮转速。8/28/2022特点： 霍尔式轮速传感器具有如下特点：（1）输出信号电压振幅值不受转速的影响；（2）频率响应高；（3）抗电磁波干扰能力强。8/28/2022霍尔式轮速传感器2、车速传感器 车速传感器是用来检测电控汽车的车速的装置，有控制电脑用这个输入信号来控制发动机怠速，自动变速器的变扭器锁止，自动变速器换档及发动机冷却风扇的开闭和巡航定速等其它功能。 车速传感器的输出信号可以是磁电式交流信号，也可以是霍尔式数字信号或者是光电式数字信号。8/28/2022磁电式霍尔式光电式 光电式车速传感器是固态的光电半导体传感器，它由带孔的转盘、两个光导体纤维、一个发光二极管、一个作为光传感器

30、的光电三极管组成。 一个以光电三极管为基础的放大器为发动机控制电脑或点火模块提供足够功率的信号，光电三极管和放大器产生数字输出信号(开关脉冲)。发光二极管透过转盘上的孔照到光电三极管上实现光的传递与接收。转盘上间断的孔可以开闭照射到光电三极管上的光源，进而触发光电三极管和放大器，使之像开关一样地打开或关闭输出信号。 8/28/20228/28/2022 光电式车速传感器的工作原理 1 发光二极管 2 信号盘 3 光敏三极管 从示波器上观察光电式车速传感器输出波形的方法与霍尔式车速传感器完全一样，只是光电传感器有一个弱点即它们对油或脏物在光通过转盘传递的干涉十分敏感，所以光电传感器的功能元件通常

31、被设计成密封得十分好，但损坏的分电器或密封垫容器在使用中会使油或赃物进入敏感区域，这会引起行驶性能问题并产生故障码。8/28/20223、减速度传感器 作用：减速传感器用于将汽车制动时的减速度转变为相应的电信号，防抱死制动系统电子控制器可根据减速传感器提供的电信号判断路面情况，选择适当的制动力控制方案。 常见的ABS所使用的减速传感器有：光电式、水银式等不同的类型。8/28/2022光电式减速度传感器 光电式减速度传感器由两只发光二极管LED、两只光电三极管、一块遮光板和信号处理电路等组成。 光电效应：指某些物质因受到光的照射而发出电子的现象。 工作原理：光电管是把光能变成电能的器件，内部装有

32、能够产生光电效应的电极，受到光线照射就会向外发射电子。 光电管有光电二极管和光电三极管两种。8/28/2022 光电式减速度传感器遮光板的作用是透光或遮光。当遮光板上的开口位于发光二极管与光电三极管之间时，发光二极管发出的光线能够照射到光电三极管上，使光电三极管导通。当遮光板上的齿扇位于发光二极管与光电三极管之间时，发光二极管发出的光线被遮光板上的齿扇挡住而不能照射到光电三极管。8/28/2022 汽车匀速行驶时，传感器的透光板静止不动；汽车减速行驶时，透光板由于惯性会随着的变化而沿汽车的纵轴方向进行摆动。透光板的作用是穿过或隔断发光二极管到光电三极管间的光线，以此控制光电三极管的开与关。两对

33、发光二极管和光电三极管的组合可以将汽车的减速度分为4个等级。8/28/2022减速度速率低减速率1低减速率2中等减速率高减速率光电三极管1通断断通光电三极管2通通断断水银式 水银式减速度传感器主要由水银和玻璃管组成，这种传感器应用在日产44全轮驱动汽车上。当汽车在附着系数较小的路面上制动时，减速度小，玻璃管内的水银基本不动，ABS控制电路接通，ABS控制车轮防抱死，从而保证在该种路面上制动时的稳定性；而当汽车在附着系数较大的路面上制动时，减速度大，水银在玻璃管内靠惯性作用前移，ABS控制电路切断，这时可以不用防抱死方式制动，也能保证汽车在这种高附着系数路面上移动的稳定性。8/28/2022执行

34、器ABS的执行器是制动压力调节器，由电磁阀、储液器和回液泵电动机组成。制动压力调节器 制动压力调节器种类较多，其结构和工作原理差异也较大。可根据动力来源、总体结构和调压方式进行分类。根据动力源分类：液压式和气压式根据总体结构分类：整体式和分离式根据调压方式分类：循环式和变容式根据电磁阀结构分类：两位两通电磁阀式和三位三通电磁阀式*电磁阀 1）二位二通电磁阀 常开式：未通电时，电磁阀的进液口和出液口相通，电磁阀处于开启状态。 常闭式：未通电时，电磁阀的进液口和出液口之间的通道被阀芯封锁，电磁阀处于关闭状态。8/28/2022 a）常开电磁阀 b）常闭电磁阀2）三位三通电磁阀 常规制动过程：电磁阀

35、不通电，主缸和轮缸想通。 保压过程：通小电流（2-2.5A），柱塞上移至中间位置，固定铁芯与柱塞间的吸引力与弹簧压力平衡，所有的油路通道都被切断。 减压过程：通大电流，固定铁芯与柱塞间的吸引力很大，柱塞上升至最高位，主缸与轮缸的通道被切断，轮缸与储液器的通道接通。 增压过程：电磁阀断电后，柱塞又回到a位置。三位三通电磁阀动作示意图*电动液压泵 由永磁式直流电动机与柱塞泵组成。 a）柱塞上行时储液 b）柱塞下行时回液蓄压器 串联在电动液压泵和电磁阀之间，用于储存来自高压液压泵的高压制动液，以备在制动过程中增加制动压力。*制动压力调节装置的工作原理循环式制动压力调节装置的工作原理普通制动模式(AB

36、S不工作) （1)普通制动模式(ABS不工作) 当汽车开始制动时，ABS系统就根据轮速和车速监控滑移率，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，主缸与制动轮缸间的管路连通，制动轮缸与储液器间的管路被切断，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。*减压制动模式减压制动模式 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，制动轮缸与主缸间的管路被切断，制动轮缸的管路与通向储液器的管路接通，轮缸中的制动液流向储液器，制动轮缸减压。*保压制动模式保压制动模式 当制动轮缸需要保持制动压力时，根据ECU的指令，

37、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。*增压制动模式增压制动模式 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。*可变容积式制动压力调节器工作原理 在汽车原有的制动管路上增加一套液压控制装置，用它来控制制动管路容积的增减，从而控制制动压力的变化。*普通制动模式(ABS不工作)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

38、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。*减压制动模式减压制动模式 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。*保压制动模式保压制动模式 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

39、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。*增压制动模式增压制动模式 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

40、动压力进一步增加。第二章 制动防抱死系统学习要点：了解制动防抱死控制系统的作用及发展历史；掌握制动防抱死控制系统的结构和工作原理；掌握制动防抱死控制系统的的常用控制算法。*Global Research, Yao Chen72第三节 ABS逻辑控制算法一、简单逻辑控制算法 当车轮的角减速度超过极限条件时，表明制动力已超出路面所提供的最大附着力，车轮可能出现抱死倾向，需要减小制动压力。当时，增加制动压力。*以车轮负加速度作为门限的防抱死制动过程 取一个适当大的正数作为车轮加速度的门限，可以构成双门限的逻辑控制：*以车轮正负加速度作为门限的防抱死制动过程*8/28/2022 双门限的逻辑控制过程上

41、图所示，开始制动时，制动轮缸快速增压，当角加速度小于负加速度门限时，进入减压阶段，当角加速度小于正加速度门限时，切换到保压阶段，当角加速度大于正加速度门限时，进入增压阶段，这样不断循环控制，直到车辆停止。二、以车轮加、减速度和滑移率结合的逻辑控制* 简单的逻辑控制没有考虑车轮的滑移率，不能充分利用地面附着系数，因此，可以使用以车轮加、减速度和滑移率结合的逻辑控制获得更好的控制效果。要计算车轮的滑移率，需要轮速信号和车身速度信号，轮速信号比较容易测量，而车身速度信号直接测量比较困难，因此通常采用间接测量的方式。8/28/20221、参考车速和滑移率的计算 在初始制动过程中，当车轮的负加速度小于

42、时，把此时的车轮速度作为初始参考速度 ， 车轮的参考滑移率为：*参考车速的构造 在减压阶段，当车轮的速度大于参考速度后，应把参考速度设定为当前的轮速。经过第一个循环以后，减速度 也被估计出来，得到修正。*2、大 附着系数路面上的制动控制 *大附着系数路面的制动过程* 阶段1：轮缸快速升压；开始制动时，电磁阀不通电，制动轮缸快速升压，车轮速度降低，直到车轮的角减速度小于负加速度门限 时，阶段1结束。 阶段2：保压阶段，此时，电磁阀通小电流，制动轮缸与主缸和储液器间的通道都关闭，制动轮缸的压力保持不变。当滑移率S小于滑移率门限 时，保压阶段结束。 阶段3：减压阶段。在这一阶段，电磁阀通大电流，制动

43、轮缸压力减小，车轮的减加速度开始增大，当车轮减速度大于负加速度门限 时，减压阶段结束。8/28/2022 阶段4：定时保压。在一定的时间内，电磁阀通小电流，保持制动轮缸压力不变，识别路面附着系数。当定时保压阶段结束时，如果车轮的角加速度小于 ，则路面为小附着系数路面；如果车轮的角加速度大于 ，小于 ，则为中等附着系数路面；如果车轮的角加速度大于 ，则为大附着系数路面。 *3、小附着系数路面上的制动控制 小附着系数路面的制动过程* 小附着系数路面上制动控制开始也是制动轮缸快速升压，当车轮减速度小于 - 时，切换到保压阶段，然后，当滑移率小于门限值 - 时，进入定时保压阶段，与大附着系数路面制动不

44、同的是，小附着系数路面的定时保压阶段是在一定的时间内，进行减压-保压，到该阶段结束时，识别路面的附着系数，方法和大附着系数路面相同。如果识别的结果是路面仍然为小附着系数路面，则进入保压阶段，当车轮的角加速度小于 时，进入增压保压阶段。然后不断重复控制过程。为了防止车轮抱死，小附着系数路面的增压比较平缓。 *附着系数由高到低跃变的控制过程8/28/2022二、以车轮加、减速度和滑移率结合的逻辑控制门限值设置原则：减速度门限的设置：为了保证在最优滑移率附近震荡，减速度门限应设置为滑移率刚进入非稳定区域内的减速度。低附着系数路面上的减速度门限要低一些，后轮的减速度门限比前轮要低。加速度门限的设置：加

45、速度门限大小决定了车辆速度恢复程度。加速度门限总体来说应该很小。在高附着系数的路面上，加速度门限过大时，车轮的恢复加速度可能达不到门限值，这将导致车轮抱死或失控。在低附着系数路面上，过大的加速度门限可能造成轮速恢复过多而增加制动距离。*第二章 制动防抱死系统学习要点：了解制动防抱死控制系统的作用及发展历史；掌握制动防抱死控制系统的结构和工作原理；掌握制动防抱死控制系统的的常用控制算法。*Global Research, Yao Chen90第五节 基于滑移率的控制系统一、PID控制算法 用滑移率作为控制目标可实现连续控制，提高ABS制动过程中的平顺性。设滑移率的设定目标为 ，则控制误差为： 于

46、是PID的控制规律可表示为：*二、模糊控制 在汽车ABS控制系统中，模糊控制把滑移率误差e和滑移率误差变化率ec作为输入量，经模糊计算得到输出量作为制动器制动缸压力控制信号，确定防抱死系统压力调节器的调节值。*8/28/2022*作业： 1、简述ABS控制系统的作用和工作原理？ 2、写出双门限控制的控制规律。 3、简述循环式制动压力调节器的工作原理。 4、保压控制阶段的作用是什么？2022/8/2899第三章 汽车防滑转电子控制系统学习要点了解驱动防滑控制系统的作用及发展历史；掌握驱动防滑控制系统的结构和工作原理；掌握驱动防滑控制系统的的常用控制算法。2022/8/28第一节 概述第二节 AS

47、R的原理与控制方法第三节 ASR系统部件的结构原理第四节 ASR 系统的常见控制算法第三章 汽车防滑转电子控制系统2022/8/28第一节 概述一、汽车防滑转电子控制系统（ASR）的作用 ASR的作用是防止汽车在起步、加速时和在滑溜路面行驶时的驱动轮滑转。由于防止驱动轮滑转是通过调节驱动轮的驱动力(牵引力)来实现，因此又称为牵引力控制系统（TCS）。 汽车驱动轮的滑转是由于驱动力大于附着力造成的。 驱动轮的滑转程度用滑转率Sd表示：2022/8/28当Vw=Ve时，滑转率=0，车轮自由滚动；当Ve=0时，滑转率=100%，车轮处于完全滑转状态；当VwVe时，0滑转率100%，车轮既滚动又滑转。

48、滑转率越大，车轮滑转程度也就越大。2022/8/282022/8/28 车轮滑移率和滑转率与纵向附着系数的关系2022/8/28 ASR系统的基本控制原理：在车轮滑转时，将滑转率控制在最佳滑转率(10%到30%)范围内，从而获得较大的附着系数，使路面能够提供较大的附着力，车轮的驱动力能够得到充分利用。 ASR系统的主要功能：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，改善汽车的方向操纵性和行驶稳定性。 通常采用以下两种方式防止驱动轮滑转： （1）制动控制方式 （2）发动机

49、转矩控制方式 2022/8/28Global Research, Yao Chen106第三章 汽车防滑转电子控制系统第一节 概述第二节 ASR的原理与控制方法第三节 ASR系统部件的结构原理第四节 ASR 系统的常见控制算法2022/8/28第二节 ASR的原理与控制方法一、发动机转矩调节方式 通过控制发动机输出转矩，可以达到控制传递到驱动轮上的驱动力矩的目的，从而实现对驱动轮滑转率的调节。发动机输出转矩控制手段有供油量调节、点火参数调整和副节气门开度调节。2022/8/28 由从动轮和驱动轮的转速可计算出驱动轮的滑转率为设驱动轮的期望滑转率为 ，则2022/8/28调节燃油供给 这种调节方

50、式是当发生驱动轮过度滑转或打滑时，驱动防滑系统发出控制信号作用于发动机电控单元来控制气缸的供油量大小或中断部分气缸的供油来达到减少驱动力矩，实现驱动防滑的目的。然而这种调节方式在连续较长时间作用的情况下，容易导致发动机气缸温度过高，催化器的热负荷过大，影响其工作效率和寿命。2022/8/28调节点火提前角 发动机的点火提前角是指从点火时刻到气缸活塞到达压缩点的时间里，曲轴转过的角度。如果车辆的驱动轮发生过度滑转，可以通过控制器减少点火提前角或中断点火，减少发动机输出力矩输出。这一调节方式的特点是响应速度较快，可以较好的保持车辆的方向性，但是对车辆的舒适性能不利。2022/8/28节气门调节方式

51、 目前，采用最广泛的是副节气门开度调节。在节气门体上，安装有副节气门执行器，包括步进电动机和传动机构，步进电机根据 ASR 控制单元传来的控制脉冲信号转动规定的转角，通过传动机构带动副节气门转动，以改变副节气门的开度。2022/8/28 ASR 不工作时，副节气门处于完全打开的状态，此时，副节气门完全不起作用，发动机的工作完全由主节气门控制，即由司机踩动加速踏板控制汽车的车速。当需要减少发动机输出转矩来控制车轮滑转时，ASR 微机就输出控制信号，使副节气门的开度改变，减少进入发动机气缸的空气量，以达到控制发动机输出转矩的目的。1、控制算法 设汽车的行驶速度为 ，驱动轮期望的滑转率为 ，则驱动轮

52、的理想速度应为 为把驱动轮转速控制在目标值 的小范围内，节气门闭环控制规律可由下式计算 式中， 为驱动轮实际速度； 为驱动轮目标速度； 为节气门开度角； 为节气门的初始角。2022/8/282、初始角 的自适应控制 路面附着系数越大，则要求补偿的量越小， 可相对取小值；在起步时发动机转速越高，则补偿量要稍大， 应取较大的值。2022/8/28二、驱动轮制动控制 驱动轮制动力矩调节就是利用制动器对发生滑转的驱动轮施加制动力矩直接对滑转的车轮起制动作用，使车轮转速降至最佳的滑转率范围内，实质是产生差速作用，反应时间短，是防止滑转最迅速的一种控制方式。在汽车起步阶段，主要通过对各个驱动轮进行独立的制

53、动控制，以充分利用路面附着条件，来提高初期加速性能，但是，驱动轮制动控制时，容易对汽车行驶的稳定性造成较大影响，因此，在汽车车速达到一定极限值时，为了保证安全，驱动轮制动控制系统将不起作用。2022/8/28 在 ASR 系统中，两种控制方式结合使用，即：在起步初期加速阶段，使用驱动轮制动控制对各个驱动轮进行独立的调节，如果附着条件较好的一侧驱动轮也过度滑转，则发动机控制器介入控制。在中速行驶阶段，依靠驱动轮制动控制与发动机输出转矩控制相结合的方式，以保证行驶稳定性，也防止长时间的制动造成制动器过热。在高速行驶阶段，为了保证行驶稳定性，驱动轮制动控制器不起作用，主要依靠发动机输出转矩控制调节。

54、2022/8/28Global Research, Yao Chen117第三章 汽车防滑转电子控制系统第一节 概述第二节 ASR的原理与控制方法第三节 ASR系统的组成第四节 ASR 系统的常见控制算法2022/8/28第三节 ASR系统的组成和工作原理ASR系统的基本组成传感器控制器执行机构发动机行驶车辆驱动轮制动器2022/8/28ASR的组成：传感器、控制器、执行器传感器：车轮转速传感器、节气门位置传感器控制器（ECU）执行器：制动压力调节器、节气门驱动装置2022/8/28 ASR系统典型结构图(1) 车轮转速传感器; (2) ASR/ABS 系统电子控制单元 (3)ABS 压力控制

55、阀; (4)车轮压力制动缸(5)制动踏板; (6)制动压力元件(7)双通单向阀; (8)ASR 压力控制阀(9)发动机和变速器; (10) 加速踏板(11) 副节气门调节步进电机(12) 副节气门位置传感器(13) 主节气门位置传感器(14) ASR 工作指示灯; (15) ASR 关闭指示灯(16) ASR 系统切断开关2022/8/28一、ASR系统的传感器 主要是车轮转速传感器和节气门位置传感器。车轮转速传感器：与ABS控制系统共享节气门位置传感器：与发动机控制系统共享 作用：将节气门开度转换成电压信号输出。 各型轿车节气门位置传感器外形 2022/8/28触点式节气门位置传感器2022

56、/8/28 线性输出型节气门位置传感器的结构和电压输出特性如图所示。它的两个触点（或称触头）与节气门轴联动，一个触点可在电阻上滑动，利用电阻的变化将节气门位置信号转换成电压值 VTA。2022/8/28二、ASR系统的控制器（ECU） ASR与ABS的一些信号输入和处理是相同的，为减少电子器件的应用数量，ASR控制与ABS控制器常组合在一起。2022/8/28三、 ASR系统的执行机构1、发动机节气门控制机构 2022/8/28 副节气门位置传感器实时的把节气门的位置信号转化成标准电压信号传给电子控制单元 ECU，由 ECU 控制直流电机的输出转矩，调节节气门的开度，改变进入发动机的燃气量，从

57、而起到改变发动机的输出转矩，实现牵引力控制的作用。 副节气门的各种位置（a）全开位置；（b）50%开启位置；（c）全闭位置2022/8/282、驱动轮制动执行机构 驱动轮制动控制的目的是：通过对驱动轮加压制动，减小驱动轮转速，以使滑转率位于最佳范围内。ASR同样采用制动压力调节器进行驱动轮制动。（1）单独方式的ASR制动压力调节器：与ABS制动压力调节器在结构上各自分开。ASR ECU通过对电磁阀的控制实现对驱动轮制动力的控制。2022/8/28两个调压缸两个三位三通电磁阀高压蓄压器增压泵压力控制开关储液器2022/8/28正常制动时ASR不起作用，电磁阀不通电，阀在左位，调压缸的活塞被回位弹

58、簧推至右边极限位置。起步或加速时，如果驱动轮出现滑转需要制动时，ASR ECU使电磁阀通大电流，阀至右位，蓄压器中的制动液推活塞左移，压力上升。压力保持过程：此时电磁阀通小电流，阀在中位，调压缸与储液室和蓄压器都隔断，活塞保持原位不动，制动压力保持不变。压力降低过程：此时电磁阀断电，阀回到左位，使调压腔右腔与蓄压器隔断而与储液器接通，于是调压腔右腔压力下降，制动压力下降。2022/8/28（2）组合方式的ASR制动压力调节器 ABS/ASR组合压力调节器 ABS 电磁阀： （1）行车制动阀 (2) 车轮制动缸 (3) 输入阀 (4) 输出阀 (5) 操纵输入阀的电磁阀 (6) 操纵输出阀的电磁

59、阀 (7) 排气阀(排向大气)2022/8/28压力增大时 这种情况下，电磁阀不被起动，从行车制动阀(1)输入的空气的压力打开输入阀(3)。关闭的电磁阀(5)防止输入阀(3)再次关闭。通过打开的电磁阀(6)，来自行车制动阀(1)的压力关闭输出阀(4)，压缩空气通过压力控制阀。ABS 不工作时，压力控制阀也是处于这种状态。2022/8/28压力保持 这种情况下，只有电磁阀(5)被起动而打开。首先，来自行车制动阀的压力打开输入阀，使输入阀左右两侧压力相等，由于左侧的有效区域比右侧的大，输入阀(3)关闭；电磁阀(6)和输出阀(4)与这过程相同。因此，压力控制阀关闭了行车制动阀和车轮制动缸间的管路，以

60、使车轮制动缸的压力保持在一个不变的水平上。2022/8/28 压力减小 这种控制模式是在两个电磁阀都被起动时进行的。电磁阀(5)和输入阀(3)的工作过程同压力保持的相同。但电磁阀(6)因起动而关闭，因此从车轮制动缸(2)进入的压缩空气打开输出阀(4)，将车轮制动缸中的压缩空气排到空气中。2022/8/28ASR 电磁阀： (1) 输入口 (2) 电磁阀 (3) 输出口 (4) 排气口（排向大气） 在 ASR 电磁阀未被启动的状态，输出口(3)与排气口(4)连通，起到排气作用。 在 ASR 电磁阀启动的状态，电磁阀封闭排气口，从空气压缩机来的高压气体，通过(1)进入阀内，由输出口(3)输出，AS