《汽车电子技术》ABS系统

1、汽车防抱死制动系统(Anti-Lock Brake System )23问题热身ABS是指汽车在制动时车轮不抱死（43:29.00），请问：所有车轮都不抱死？轮胎与地面相对运动为纯滚动？与无ABS的汽车相比，装备ABS的汽车制动距离相对延长？缩短？你是否知道：车辆制动时可能会跑偏/侧滑/甩尾/旋转吗？为什么？装ABS的汽车也会出现上述情况吗？4轮模型的受力分析4主要内容汽车制动的原理与过程认识ABS理想的制动过程影响ABS控制技术的主要因素预测控制技术模仿控制技术ABS系统的布置型式5ABS的实质是尽可能利用胎-路间的最大附着系数Bmax.用轮胎漫画解释“边滚边滑”继而提出最佳滑移率不是20%

2、的结论67学习重点ABS的工作原理ABS的控制算法ABS的功能扩充8一、汽车制动原理与过程如图：常见的制动系统由制动力源（气压/液压）推动制动凸轮旋转，由制动蹄片抱住轮毂，从而实现制动。制动力矩的大小取决于制动力源的压力。9单轮-制动受力分析W是轮胎所分配的载荷，W是路面支撑力；F为水平行进方向阻力，包含风阻、坡阻、BW是地面提供反作用力；B为制动附着系数，该系数与轮胎/地面摩擦系数有关，但不是摩擦系数；T是车轮转矩，T=驱动转矩Tdrive-制动转矩Tbrake；行进方向WFrWTBW未制动时WFrWBWT制动时10车轮抱死过程制动开始前，车轮为纯滚动，与地面为静摩擦状态；制动开始后，车轮进

3、入“边滚边滑”状态；若制动压力增大，则车轮进入滑动状态，即所谓的“车轮抱死”；车轮开始滑转11车轮抱死的缺点汽车失去操纵性。若前轮抱死， 即驾驶员不再能通过方向盘控制汽车的行驶方向；失去方向稳定性。车轮抱死后，微小的横向力(倾斜路面的重力分量、侧向风、左右路面附着系数不同等)即可以让汽车侧滑、甩尾、漂移。12二、认识ABS1、什么是ABS？英文全称是“Anti-Lock Brake System”，即中文名称：“制动防抱死系统”，或“防抱死制动系统”。是制动系统的一种，也是对普通制动系统的改进。汽车制动时，ABS系统让车轮处于边滚边滑状态；而常规制动会将车轮完全抱死，让车轮在地面拖滑；2、AB

4、S系统的优点制动时不丧失操纵性。制动时驾驶员仍可通过方向盘控制汽车行驶方向；有良好的方向稳定性。由于车轮不抱死，不易出现侧滑、甩尾等到现象；缩短制动距离。由于车轮不抱死，充分利用了“静摩擦系数”（ABS的边滚边滑）大于“滑动摩擦系统”（常规制动的拖滑）的规律，使得制动距离缩短。延长轮胎使用寿命。减少与地面的滑磨对轮胎的磨损，从而大大处长轮胎的使用寿命。问：装ABS的车辆如何人为制造漂移？133、ABS发展史及分类ABS的发展史30年代及以前，1908年，用于铁路机车，1936年，BOSCH公司取得ABS专利；40年代期间，1945年，开始装于飞机；50年代以后，飞机必须装用ABS；1954年，

5、ABS首次用于林肯轿车，但以失败告终。1957年，ABS用于汽车取得成功。汽车ABS的种类电子式/机械式闭环控制/开环控制控制全部车轮/部分车轮液压泵式/真空式循环式/可变容积式/高压储能器式144、滑移率滑移率 是恒量车轮滑转状态的参数。由于轮胎的变形、打滑等因素，车轮速度与汽车速度之间存在差值，这个差值与汽车速度的比率就是滑移率，计算公式为： = ( V - *r ) / V *100%其中：V是车速， 是车轮的转速，r为车轮半径；最佳滑移率opt。与最大制动附着系数对应的滑移率。ABS的实质是控制汽车轮胎的滑移率 。实验证明只有将滑移率控制在一定的范围之内，轮胎才具有最大的附着力，汽车运

6、行才是最安全的。因此，ABS的主要功能就是将滑动率控制在一个设定的范围内。汽车上的ABS在工作过程中，通常将车轮的滑动率控制在1020%之间。155、附着系数附着系数 。分为纵向附着系数B（以称制动附着系数）、侧向附着系数S，两者随滑移率的变化关系曲线如图所示。最大制动附着系数Bmax 。高路面、低路面、阶跃路面、交错路。高选择、低选择。166、-曲线通常，随着滑移率的增加，制动附着系数B逐渐增加，到达某一峰值(Bmax)后便逐渐减少；在B下降段，车轮很容易进入抱死状态，因此称为“不稳定区域”。但侧向附着系数s却在一直减少。因此，微小的侧向力即可导致汽车漂移或旋转。17三、ABS系统的组成与工

7、作原理电子式ABS由液压制动系统、轮速传感器、ABS电子控制器和电磁制动压力调节器等部件组成。181、轮速传感器有两种不同工作原理的轮速传感器：感应式和霍尔式。霍尔式传感器应用磁场对轮速进行非接触式检测，同时还具备识别车轮旋转方向和停转的能力；感应式ABS的传感机构由轮速传感器和齿圈配对组成。轮速传感器装在车轮附近的固定部件上，内有电磁线圈，齿圈装在轮辋上。车轮转动时电磁线圈感应出脉冲的频率与轮速成正比；轮速传感系统也可安装在其它部位，但必须转速与车轮速度成一定的比例；192、ABS电子控制器（ECU）ABS的ECU由微处理器及其他数字电路组成。按功能可分成5个模块：轮速传感器输入电路、计算及

8、监控微处理器、调节器控制输出电路、报警灯输出电路和电源装置。203、制动压力（液压）调节器制动压力调节器执行ECU指令，并通过电磁阀调整各车轮制动缸的制动力。它位于发动机舱，布置在制动主缸与车轮制动分缸之间，因此，确保了制动主缸与车轮制动分缸之间的制动管路能得以缩短。21普通制动系统4、ABS系统的工作原理ABS的工作原理：由 轮速传感器监测车轮的转速，当监测到车轮快要抱死时，ABS控制器命令 电磁调节器控制 油压分配阀调节各个车轮的制动分泵 。可以看出：ABS系统在普通制动系统上，增加了制动力自动调节装置。就这样“一放一收”的点刹形式来控制刹车摩擦片，防止车轮抱死。用点刹方式制动，既可1）急

9、剧降低车速，又可2）保持轮胎与地面的附着力最佳值。ABS控制系统225、四轮ABS系统的布置236、理想的制动控制过程滑移率车速v、轮速r制动压力P、纵向附着系数B00通过变化曲线理解这5种变量间的内在联系未制动制动开始制动/保压制动结束24理想的ABS制动控制过程区别?理想制动过程25四、影响ABS控制技术的主要因素ABS控制技术，是指ABS控制器所采用的制动压力调节算法。算法设计主要有以下困难：车速测量的困难。缺乏准确、有效、可靠、成本合适的车速测量手段；实际的-曲线。不同的轮胎、载荷；不同路面、不同的路面状况（潮湿、积水等）都会有不同的-特性。复杂的路面状况。左右不对称， 阶跃(路面突变

10、)；载荷的转移。重心前移，转弯时侧顷；车轮转动惯量。该转动转动惯量不仅与车轮质量相关，还与发动机及传动系统所有转动部件相关，且随传动系统传动比变化。制动压力调节的滞后。系统参数随时间变化，需要自适应。261、车速的测量根据公式 = (V-*r)/V 可知：车速V的重要性，理论上的车速测量方法：多普勒方法。由多普勒雷达检测发射波(频率f1，波长l)与反射波f2的频率差，从而计算出运动速度V = (f2-f1)*l / (2 *cos), 是与地面的发射角。其缺点是结构复杂，成本高。加速度传感器法。由传感器检测瞬时减速度，用累加法求取车速。GPS法。通过GPS信号计算车速。存在的不足：成本可靠性必

11、要性272、实际的-曲线最大制动附着系数Bmax随路面及路况变化；最佳滑移率opt随路面及路况变化；稳定区域及不稳定区域随路面及路况变化；283、复杂的路面左右轮值不同的路面；前后轮值不同的路面；阶跃的路面：从高路面跃入低路面，或相反；交错的路面；294、载荷的转移直线行驶制动时，由于惯性致使前轮载荷增加，后轮载荷减小。其结果是，后轮较前轮容易抱死；转向行驶制动时，外侧车轮载荷增加，内侧载荷减小。其结果是，内侧车轮较外侧车轮容易抱死；304、不同转动惯量的影响制动时，制动力矩要克服两种力矩：1）路面的制动力矩、2）传动系统的转动惯量形成的回转力矩；这里的转动惯量是指从发动机、传动轴到驱动轮等所

12、有部件加在车轮上的当量转动惯量。汽车传动系统的传动比较大，因而转动惯量也较大；同时该转动惯量随档位不同而有较大变化。显然，针对同样的制动力矩：转动惯量小时，车轮容易抱死；转动惯量大时，车轮较难抱死；如右图所示；31五、预测控制技术(单个车轮)预测控制技术是ABS控制技术中的一类，其特征是采用给定（预测）的阈值作为制动压力调节的依据。下面依次列举几种常用的控制技术及其优缺点：以车轮减速度-a为控制参数以滑移率为控制参数以车轮减速度-a和加速度+a为控制参数以车轮减速度-a和加速度+a及滑移率为控制参数制动装置的滞后及传动装置的振动问题321、以车轮减速度-a为控制参数VF为汽车速度，VR为车轮圆

13、周的线速度， 为车轮的减速度；-a0为给定的阈值，常数；“-a信号”是与-a0比较的结果：如果车轮减速度小于-a0 ，则认定“-a信号出现”。33控制周期无“-a信号”时，持续增加制动压力PR；若“-a信号”出现，则持续减小制动压力PR；34不足之一：预测值-a0很难确定！若-a0的绝对值太小（图中-a），则制动距离延长。相反：如-a0的绝对值太大，则车轮的滑移率容易进入不稳定区而导致车轮抱死。35不足之二：制动压力减压速度如何确定？如制动压力减压速度过慢，则：1）在低路面，或2）由高进入低路面时，易出现车轮抱死。My God!减压时，轮减速度应该加大！怎么了？36若减压速度过快而增压缓慢，则

14、车轮速度很快上升（vF、vR），导致制动距离延长。372、以滑移率为控制参数(无米之炊1#之)由于实际车速vF不可知，为了计算滑移率，这里用参考车速vref代替vF进行计算。vref的计算方法为：1）先设定阈值-a0 ,减速度信号-a出现前，以轮速VR作为车速Vref；2）-a信号出现后， vref按-a信号减速求出计算值；3）当vR上升至与vref相等时，则vref等于vR ，直至下一个循环到来；38控制周期设定（预测）滑移率的阈值0（常数）；实时计算滑移率=(vref - vR)/vref ；若计算值小于阈值0，则认为“信号出现”，并开始减压，否则增加制动压力。39不足之处2、若阈值0选取

15、得太大，则在高路面上，容易进入“不稳定区域”而导致车轮抱死1、若阈值0选取得太小，对多数路面，都不能充分利用地面附着系数，导致制动距离延长403、以车轮减速度-a和加速度+a为控制参数为防止减压过度，增加了一个正的加速度阈值+a1,对应加速度+a信号；41控制周期若加速度信号+a出现，意味着制动减压已经合适，应该保持制动压力PR不变；其他与前面相同。42不足之处1：减压速度不足时？与前述相似，对于1）低路面或2）从高跃低路面的情况，如果减压速度过慢，容易导致车轮抱死。43不足之处2若+a信号出现时，从低跃变到高路面，则由于保压策略，致使车轮变为纯滚动，制动距离延长。正确的策略是，立即迅速加压。

16、444、新增加+A信号增加了一个较大的正加速度阈值+A1,对应加速度信号+A45 控制周期若加速度信号+A出现，意味着减压过大或跃变（低高），应该迅速增加制动压力PR；其他与前面相同465、以车轮减速度-a、加速度+a和滑移率为控制参数新增两个滑移率信号1 、2 ；其中1约为15%，2约为25%。47控制周期若-a信号出现，则保持压力；若-a信号出现后，1信号出现，则减小制动压力；48兼顾高低路面的控制周期49跃变到低路面的控制周期50跃变到高路面的控制周期51六、模仿控制技术(单个车轮)路面的识别对不同滞后量和转动惯量的修正52阶梯减压过程的模仿53从高向低跃变时的控制周期54为使车轮及时减

17、速调整第一个阶跃P1的必要性55再减速过程的模仿56滑移率的控制范围57七、ABS的布置型式四传感器四通道式四传感器三通道式四传感器二通道式三传感器三通道式二传感器二通道式一传感器一通道四传感器四通道式四传感器三通道式四传感器二通道式三传感器三通道式二传感器二通道式一传感器一通道式四传感器四通道式四传感器三通道式四传感器二通道式三传感器三通道式二传感器二通道式一传感器一通道式585960八、ABS的功能扩充在不增加硬件的情况下，ABS控制还可以实现其他哪些功能?1、左右轮之一位于软基路面（如泥泞路面），会出现什么现象？有什么办法？电子差速锁EDS（Electronic Differential

18、 System）或，EDL(Electronic Differential Locking Traction Control 2、为了防止制动时后轮先抱死，通常装有比例阀用于前后制动力分配，在装ABS的汽车中还需要吗？电子制动力分配EBD(Electric Brakeforce Distribution)3、急起步、急加速、转弯、特殊路况时，车轮滑转，怎么办？驱动防滑控制ASR(58:05.00)（Anti-slip Regulation System），牵引力控制系统TCS（Traction Control System），电子稳定程序ESP（Electronic Stability Pro

19、gram ）61电子差速锁EDSEDS电子差速锁（ElectronicDifferentialSystem），或EDL ( Electronic Differential Locking Traction Control)。是ABS的一种扩展功能，用于鉴别汽车的轮子是不是失去着地摩擦力，从而对汽车的加速打滑进行控制。EDS的工作原理比较容易理解：在汽车加速过程中，当电子控制单元根据轮速信号判断出某一侧驱动轮打滑时，EDS就自动开始工作，通过液压控制单元对该车轮进行适当强度的制动，从而提高另一侧驱动轮的附着利用率，提高车辆的通过能力。当车辆的行驶状况恢复正常后，电子差速锁即停止工作。同普通车辆相

20、比，带有EDS的车辆可以更好地利用地面附着力，来提高车辆的运行性。可以说，EDS还是比较实用的。当汽车驱动轴的两个车轮分别在不同附着系数的路面起步时，例如一个驱动轮在干燥的柏油路面上，另一个驱动轮在冰面上，EDS电子差速锁则通过ABS系统的传感器会自动探测到左右车轮的转动速度，当由于车轮打滑而产生两侧车轮的转速不同时，EDS系统就会通过ABS系统对打滑一侧的车轮进行制动，从而使驱动力有效地作用到非打滑侧的车轮，保证汽车平稳起步。不过一般情况下EDS电子差速锁有速度限制，只能在车速低于40公里小时启动，例如当时速低于40公里通过湿滑路面时，EDS也可锁死打滑车轮，提高行车安全。目前车市上装备ED

21、S电子差速锁的主要是一些中高档车型，例如奥迪A6、奥迪A4、帕萨特、宝来以及新近上市的桑塔纳3000等车型。 62电子制动力分配 EBDEBD的英文全称是Electric Brakeforce Distribution，中文直译就是“电子制动力分配 ”。汽车在制动时，四只轮胎附着的地面条件往往不一样，这种情况会导致汽车制动时四只轮子与地面的摩擦力不一样，制动时容易造成打滑、倾斜和车辆侧翻事故。EBD在汽车制动的瞬间，分别对四只轮胎附着的不同地面进行感应、计算，得出不同的摩擦力数值，使四只轮胎的制动装置根据不同的情况用不同的方式和力量制动，并在运动中不断高速调整，使制动力与摩擦力相匹配，从而保证

22、车辆的平稳、安全。 从理论上讲，当紧急刹车车轮抱死的情况下，EBD在ABS动作之前就已经平衡了每一个轮的有效地面抓地力，可以防止出现甩尾和侧移，并缩短汽车制动距离。由此看来，EBD实际上是ABS的辅助功能，它可以改善并提高ABS的功效。部分车型上采用带EBV的电子制动防抱死系统，比如奥迪A6、奥迪A4、宝来、高尔夫等。EBV与EBD一样，也是电子刹车制动力分配系统，EBV依据刹车时车辆的中心位置，对各个车轮施加相应的制动力，使车轮制动时处于最佳状态。 EBV主要依据车辆的载重情况计算分配制动力，能够在一定程度上缩短刹车距离。而对于EBD，由于大部分轿车刹车时前轮制动力较大，EBD主要是在车辆后

23、部载重负荷较大时发挥作用，为汽车后轮补偿一部分制动力，从而保持制动时车辆的稳定并缩短刹车距离。如果车辆后部载重负荷很小，EBD的效果就不会很明显。63驱动防滑控制ASR(58:05.00)驱动防滑系统是汽车制动防抱死系统功能的自然扩展，它的作用是维持汽车行驶时的方向稳定性，并尽可能利用车轮路面间的纵向附着能力，提供最大的驱动力。当驾驶员在光滑路面上过分踩下油门时，会造成车轮的过分滑转，驱动防滑装置通过自动施加部分制动或减少发动机功率输出的方式可使车轮的滑动率保持在最佳范围内，获得较好的行驶安全性及良好的起步加速性能。它的另一优点是可减少轮胎及动力传动系统的磨损。若汽车右侧是结冰路面，左侧为水泥

24、或沥青路面。两边的附着能力不同，汽车起步受阻。如果汽车装备有ASR系统，它可通过制动飞转车轮的办法来平衡驱动轮的转速差，产生差速锁效应。这样提高了驱动力的发挥，发挥附着较好一侧的附着能力，另外防止了差速器行星齿轮的快速转动，避免了差速器的早期磨损。 ASR的这种控制方式称为“制动力控制”。若汽车的两侧附着状况均不好，例如都是结冰路面，当猛踩加速踏板时，由于地面附着能力不足，两侧驱动轮会同时飞转。此时，ASR自动减少发动机功率输出。发动机输出功率和发动机转速的适度降低，可减少驱动轮的过分滑转，一方面提高了车轮-路面间的侧向附着能力，维持了方向稳定性；另一方面增大了纵向附着能力，有利了起步和加速。

25、 ASR系统的这种控制方式称为“发动机调速控制”。ASR系统进行制动力控制和发动机调速控制时，仪表盘上的ASR指示灯就发光。这样驾驶员就被告知路面的状况，从而可及时采取相应的措施，以改善驱动条件。 ASR系统的这种控制方式称为“光滑路面状况显示控制”。如果应用气体悬架的汽车在光滑路面上起步或行驶比较困难，可通过ASR控制作用使驱动力获得一定程度的增加，但仍不足以正常行驶，为增加驱动力，改善行驶状况，可通过轴荷转移的方法，增大驱动桥的附着载荷，增大驱动力。轴荷转移是通过部分释放驱动桥气体悬架中压力气体，造成悬挂质量向驱动桥一边倾斜，整车质心位置的改变来实现。压力气体释放的多少取决于驱动轮的滑转程

26、度。ASR系统这种控制方式称为“轴荷转移控制”。总的说来，驱动防滑控制包括上述四个方面的内容。它已成功地应用在高档小汽车、客车和货车工，取得了明显的效果。由于驱动防滑系统总是和防抱死系统结合在一起应用，通常称为ABSASR系统。64电子牵引力控制ETC实际作用：ETC使用与“防抱死制动系统”相同的硬件，在一个或多个车轮在光滑路面上失去牵引时，为每个车轮均分配动力。这项功能完全自动操作，无须驾驶员的介入。这种复杂的系统为Defender上的手动差速锁止机械装置提供了补充。工作原理：ETC监视每个单独车轮相对于车速的转速。此功能可通过每个车轮上的齿形轮及传感器完成。与其他轴进行比较，如果系统检测到

27、某根轴上的一个车轮或两个车轮的转速有所提高，则即刻对出偏差的一个或两个车轮施加制动力，同时允许在这些车轮轴上仍有牵引力以保持前进运动。该系统电子化地模拟粘液耦合器和防滑差速器，在任何抓地能力低的越野路面上，更是受益良多。只要驾驶员未进行制动、车辆不在转弯状态，该系统在车速达每小时50公里时仍具充分可操作性，某些功能甚至在时速100公里时仍能运行。验证ETC：测试它可以在停车场次放置一些金属棍、管子或圆木。将车辆的一侧(例如，左侧)压到圆棍上，或用千斤顶将车架起，并在其下方放置圆木。验证电子牵引力控制对用户的作用，仅需显示当车轮处于不同路面时，Defender如何从静态启动。此外，还可架起位于对

28、角线上的两个车轮，然后将车启动，驶离架起位置。65电子牵引力控制TCS牵引力控制系统（Traction Control System，简称TCS）是使汽车在各种行驶状况下都能获得最佳的牵引力。汽车在行驶时，加速需要驱动力，转弯需要侧向力。这两个力都来源于轮胎对地面的摩擦力，但轮胎对地面的摩擦力有一个最大值。在摩擦系数很小的光滑路面上，汽车的驱动力和侧向力都很小。如果为了获得较大的驱动力，一个劲儿地踏紧油门踏板，使驱动力超过了轮胎和地面之间的最大摩擦力即附着力，这样不但不能获得所期望的驱动力，反而影响了汽车的行驶稳定性。 汽车在转弯时，驱动轮容易打滑。前轮驱动汽车的前轮如果打滑，汽车将出现转向不足的现象，即汽车转向圆弧之外去了。后轮驱动汽车的后轮如果打滑，汽车将出现过度转向现象，即汽车跑到转向圆弧之内去了，严重时汽车会产生旋转。所以在冰雪路面上，为了防止汽车驱动轮打滑，必须小心控制油门。 牵引力控制系统的作用是，在汽车加速时自动地控制驱动力，以便使轮胎的滑动量处于合理的范围之内，从而保持汽车行驶的稳定性。防抱死制动系统的作用是防止轮胎抱死，提高汽车制动时的行驶稳定性。牵引力控制系统的控制装置是一台计算机。利用计算机检