汽車電子技術(shù)電子教案--CHAPTER5.2

1、北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽一、概述1、汽車開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)簡介開環(huán)控制：制動器制動力矩的大小僅與駕駛員的操縱力、制動力的分配調(diào)節(jié)、制動器的尺寸和型式有關(guān)，與車輪的運動狀態(tài)無關(guān)，制動時易出現(xiàn)抱死拖滑。閉環(huán)控制：可感知制動輪每一瞬時的運動狀態(tài)，并根據(jù)運動狀態(tài)相應(yīng)地調(diào)節(jié)制動器制動力矩的大小，避免出現(xiàn)車輪抱死的現(xiàn)象。可使汽車在制動時維持方向的穩(wěn)定性和縮短制動距離，有效地提高了行車的安全性。制動防抱死系統(tǒng)CHAPTER 5.2 汽車制動防抱死系統(tǒng)（ABS）北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽2、汽車制動防抱死技術(shù)的發(fā)展 制動防抱死裝置最早應(yīng)用在20年代初期的火車上，二戰(zhàn)期間開始應(yīng)用到噴氣式飛

2、機上。二戰(zhàn)后，出現(xiàn)汽車用純機械式ABS。60年代隨電子技術(shù)的發(fā)展開始研究電子式ABS。70年代用于豪華轎車上，80年代開始普及。87年歐共體頒布法規(guī)，從91年起歐共體國家生產(chǎn)的新車型均需裝備ABS系統(tǒng)二、汽車路面附著性能1、滑移率S S = （v -rr0）/ v 100 %其中v 車輪中心的速度即汽車車身的速度 rr0車輪的動力半徑 車輪的角速度純滾動時v = rr0，S=0；純抱死拖滑時=0，S=100%CHAPTER 5.2北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 5.22、附著系數(shù)與滑移率S之間的關(guān)系3、影響附著系數(shù)的因素有四大類：路面因素R、輪胎因素T、汽車因素V和制動工況

3、因素M路面因素：路面基礎(chǔ)、材料、宏觀不平度、微觀粗糙度、表面覆蓋物、橫向坡度、路面曲率等輪胎因素：輪胎尺寸及其比例、簾布層結(jié)構(gòu)、輪胎徑向、切向、側(cè)向剛度、胎壓、胎面花紋及磨損程度、輪胎類型等汽車因素：整車質(zhì)量、懸架質(zhì)量、整車質(zhì)心位置、輪距、軸距、車輪動態(tài)載荷、車身繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量、各車論轉(zhuǎn)動慣量、轉(zhuǎn)換到驅(qū)動車輪上的轉(zhuǎn)動慣量、車輪外傾角、懸架裝置的類型和性能、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型和性能、制動系統(tǒng)的類型和性能制動工況因素：車速、制動踏板動作速度、車輛行駛路跡、風(fēng)速及其作用方向、側(cè)向力和制動器的溫度等。北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 5.2北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽CHAPT

4、ER 5.2三、制動防抱死系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理由三大部分組成：輪速傳感器、壓力調(diào)節(jié)器和電子控制裝置（1）輪速傳感器作用：檢測車輪轉(zhuǎn)速，并把檢測到的信息傳給電子控制裝置。分類：鑿式，柱式和菱形內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理：安裝方式：北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 5.22、壓力調(diào)節(jié)器作用：接受并執(zhí)行ECU的指令，使制動輪缸或氣室能實現(xiàn)壓力增高、壓力保持或壓力降低。安裝：在制動輪缸和制動總缸之間分類：滑閥式和柱塞式。每種類型又有不同的形式和結(jié)構(gòu)，一般由回油泵、存儲器和電磁閥組成?；赜捅茫涸谥苿訅毫p少時，抽吸制動輪缸的制動液，并把它泵回制動主缸存儲器：暫時儲存壓力減少時流出的制動液電磁閥

5、：用于制動壓力的調(diào)節(jié)北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 5.2（1 1）壓力上升）壓力上升無激勵，制動主缸進(jìn)口和輪缸進(jìn)口之間有一個無障礙通道（2 2）壓力保持）壓力保持最大電流半值，副彈簧從壓縮狀態(tài)釋放，不再有壓縮力，僅有主彈簧力作用，三個孔相互隔離（3 3）壓力降低）壓力降低最大電流激勵，主彈簧繼續(xù)被壓縮，卸載閥打開，輪缸壓力降低3、電子控制裝置系統(tǒng)構(gòu)成：輸入級、數(shù)字控制器、輸出級和穩(wěn)壓與保護(hù)裝置（1 1）輸入級）輸入級 主要由低通濾波器和用來抗干擾并放大輪速信號的輸入放大器等組成。把由輪速傳感器送來的正弦交流電壓變換成方波輸出，并用此信號去控制數(shù)字電路的兩個大規(guī)模集成電路L

6、S1和LS2北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 5.2（2 2）數(shù)字控制器）數(shù)字控制器 數(shù)字控制器由兩個相似的相互獨立的數(shù)字電路LS1和LS2組成。兩個電路平行，各自獨立處理來自兩輪（左前VL+右后HR，右前VR+左后HL）的信號，并執(zhí)行邏輯加過程。這種方式可以很容易實現(xiàn)通道隔離，隔開電路中的錯誤。（3 3）輸出級）輸出級 兩個輸出級電路均采用大功率晶體管，接受來自LS1和LS2傳來的電磁閥激磁執(zhí)行指令。（4 4）穩(wěn)壓與保護(hù)裝置）穩(wěn)壓與保護(hù)裝置 具有檢測和保護(hù)功能，內(nèi)部有一檢測電路，一個故障存儲器和一個報警電路，當(dāng)汽車電源電壓太低時，除警告燈發(fā)出報警信號外，還可切斷汽車電源系統(tǒng)

7、的電路，暫時停止向外供電。北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 5.24、制動防抱死系統(tǒng)工作原理工作原理分為兩類：滑閥式和柱塞式（1）滑閥式：為獲得理想的輪缸壓力，系統(tǒng)必須做得相當(dāng)精密，響應(yīng)要快。可與驅(qū)動防滑系統(tǒng)配合使用（2）柱塞式：輪缸需要減壓時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)不需打開，制動液不需流出制動管路，減壓和增壓只需通過柱塞移動來改變油缸容積即可，反應(yīng)快捷，調(diào)節(jié)性能改善北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 5.2四、制動防抱死系統(tǒng)在汽車上的布置1、車輪的控制方式（1）直接控制：單一車輪，輪缸或氣室壓力的調(diào)節(jié)根據(jù)自身運動狀態(tài)信號進(jìn)行（2）間接控制：單一車輪，壓力調(diào)節(jié)不根據(jù)自身運動

8、狀態(tài)，而根據(jù)另外車輪的（3）不加控制：不對車輪輪缸或氣室壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)（4）低選擇控制：兩個或多個車輪聯(lián)合控制。該組壓力調(diào)節(jié)根據(jù)先趨于抱死車輪的運動狀態(tài)的信號進(jìn)行。（5）高選擇控制：兩個或多個車輪聯(lián)合控制。該組壓力調(diào)節(jié)根據(jù)后趨于抱死車輪的運動狀態(tài)的信號進(jìn)行。（6）獨立控制：兩個或多個車輪聯(lián)合控制。該組車輪每一個車輪的壓力調(diào)節(jié)都是根據(jù)自身運動狀態(tài)信號進(jìn)行。即每個車輪均為直接控制。（7）修正獨立控制：兩個或多個車輪聯(lián)合控制。該組車輪中每一個車輪均為直接控制，但這組車輪輪缸或氣室的壓力差限制在一定范圍內(nèi)。（8）平均控制：兩個或多個車輪聯(lián)合控制。它得到這組車輪的平均瞬時角速度，并根據(jù)此信號對這組車輪進(jìn)行

9、控制。北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 5.22、制動防抱死裝置在汽車上的布置方案考慮因素：與汽車的其他性能相適應(yīng)、與成本相適應(yīng)、與使用環(huán)境相適應(yīng)，獲得較高的性價比。（1）在兩軸貨車上的布置方案方案a：僅用一個傳感器和一個壓力調(diào)節(jié)器，單通道結(jié)構(gòu)，只一個后輪直接控制，其他輪不加控制。該方案已淘汰 方案b：一個傳感器和一個壓力調(diào)節(jié)器，單通道結(jié)構(gòu)，但兩后輪均得到控制方案c：一個傳感器和一個壓力調(diào)節(jié)器，前兩輪不加控制，后兩輪為平均控制方案d：兩后輪各一個傳感器，一個壓力調(diào)節(jié)器，單通道結(jié)構(gòu)，兩后輪選用低選控制北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽方案e：兩前輪各一個傳感器，一個壓力調(diào)節(jié)器

10、，兩前輪采用高選控制，兩后輪不加控制方案f：兩后輪兩個傳感器和兩個壓力調(diào)節(jié)器，雙通道結(jié)構(gòu)，兩后輪直接控制，兩前輪為間接控制。方案g：兩前輪兩個傳感器和兩個壓力調(diào)節(jié)器，雙通道結(jié)構(gòu)，前輪直接控制，后輪經(jīng)感載比例閥后為間接控制。方案h：前后輪各一個傳感器，兩個壓力調(diào)節(jié)器，雙通道結(jié)構(gòu)，對角布置的一對車輪為直接控制，另一對車輪不加控制CHAPTER 5.2北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 5.2方案i：前后輪各一個傳感器，兩個壓力調(diào)節(jié)器，雙通道結(jié)構(gòu)，對角布置的一對車輪為直接控制，另一對車輪為同橋的間接控制方案j：四個傳感器和四個壓力調(diào)節(jié)器，四通道結(jié)構(gòu)，獨立控制方案k：四個傳感器和三個壓

11、力調(diào)節(jié)器，三通道結(jié)構(gòu)，兩后輪獨立控制，兩前輪采用低選控制。方案l：四個傳感器，四個壓力調(diào)節(jié)器，四通道結(jié)構(gòu)，兩前輪應(yīng)用修正獨立控制，兩后輪獨立控制北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 5.2（2）在小轎車上的布置方案方案a：四個傳感器和四個壓力調(diào)節(jié)器，四通道結(jié)構(gòu)，獨立控制方式。采用了對角線布置的雙管路系統(tǒng)，優(yōu)缺點同貨車中的方案j方案b：四個傳感器和三個壓力調(diào)節(jié)器，三通道結(jié)構(gòu)，兩前輪為獨立控制，兩后輪為低選控制。此方案應(yīng)用廣泛。方案c：三個傳感器和兩個壓力調(diào)節(jié)器，兩通道結(jié)構(gòu)，兩前兩輪為低選控制，兩后輪為平均控制。方案d：四個傳感器和兩個壓力調(diào)節(jié)器，雙通道雙管路結(jié)構(gòu)，對角布置的前后輪均

12、選用低選控制北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 5.2方案e：兩個傳感器，兩個壓力調(diào)節(jié)器，兩后輪采用低選控制，前輪不加控制。同貨車中的方案d方案f：兩兩個傳感器和兩個壓力調(diào)節(jié)器，雙通道結(jié)構(gòu)，前輪為直接控制，對角布置的后輪經(jīng)比例閥后為間接控制。在中低檔前置前驅(qū)動轎車上應(yīng)用較多方案g：四個傳感器和兩個壓力調(diào)節(jié)器，雙通道結(jié)構(gòu)，兩前輪選用高選控制方式，兩后輪采用低選控制方式。前置前驅(qū)動轎車上的另一方案。北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 5.2（3）在城市公交車上的布置方案方案a：六個傳感器，三個壓力調(diào)節(jié)器，每個橋上一個壓力傳感器，三通道結(jié)構(gòu)，每個橋上均選用低選控制方式

13、方案b：六個傳感器，六個壓力調(diào)節(jié)器，六通道結(jié)構(gòu)，各輪均為獨立控制北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 5.2（4）在牽引頭上的布置方案方案a：六個傳感器和六個壓力調(diào)節(jié)器，六通道結(jié)構(gòu)，兩后軸四個車輪應(yīng)用獨立控制，兩前輪應(yīng)用修正獨立控制。方案b：四個傳感器和四個壓力調(diào)節(jié)器，四通道結(jié)構(gòu)，前橋應(yīng)用的是修正獨立控制，第二后軸應(yīng)用的是獨立控制，第一后軸為間接控制。也可以布置成，第一后軸為直接控制，第二后軸為間接控制，但第二后軸抱死可能性很大，影響車輛的方向穩(wěn)定性，不宜采用。方案c：6個傳感器和三個壓力調(diào)節(jié)器，三通道結(jié)構(gòu)，前橋為低選控制，后兩橋為邊對邊控制，每邊控制形式的選擇取決于懸架的形式。

14、平衡懸架，兩邊都應(yīng)用低選控制，以維持車輛的方向穩(wěn)定性；非動態(tài)平衡懸架，兩邊常采用高選控制方式。北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 5.2（5）在半掛車上的布置方案方案a：兩個傳感器和兩個壓力調(diào)節(jié)器，第一軸上的兩車輪為直接控制，后兩軸的車論為邊對邊的間接控制方案b：四個傳感器和四個壓力調(diào)節(jié)器，四通道結(jié)構(gòu)，前軸為獨立控制，后軸為修正獨立控制。方案c：四個傳感器和兩個壓力調(diào)節(jié)器，兩通道結(jié)構(gòu)，每側(cè)應(yīng)用的是低選控制方式方案d：四個傳感器和四個壓力調(diào)節(jié)器，四通道結(jié)構(gòu)，第一軸為獨立控制；第二軸為間接控制，與之配合的是第一軸的同側(cè)車輪；第三軸為修正獨立控制北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽C

15、HAPTER 5.21、三種典型布置方案的試驗比較方案A：獨立控制。制動距離短，方向盤轉(zhuǎn)角最大。方案B：后軸獨立控制，前軸低選控制。制動距離最長，方向盤轉(zhuǎn)角最小方案C：后軸獨立控制，前軸修正獨立控制。制動距離和方向盤轉(zhuǎn)角基本接介于A、B之間。制動距離實驗：低附著系數(shù)路面、對開路面和低附著系數(shù)轉(zhuǎn)彎路面方向盤轉(zhuǎn)角實驗：對開路面北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 5.2五、制動防抱死系統(tǒng)的控制技術(shù)1、制動防抱死系統(tǒng)控制參數(shù)（1）車輪滑動率S。最佳滑動率S0P在各種不同附著系數(shù)路面及各種不同的制動工況下變化很大，適應(yīng)各種制動工況的滑動率的門限值很難確定，僅選用S，難以勝任（2）車輪滑動

16、率對時間的一階導(dǎo)數(shù)ds/dt。當(dāng)車輪從穩(wěn)定工況過渡到不穩(wěn)定工況時，S迅速增加，從而可通過限制ds/dt的辦法把車輪的運動狀態(tài)保持在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，但不能保證車輪滑動率S始終保持在起最佳值附近（3）車輪的角減速度或角加速度dw/dt。對非驅(qū)動輪是可行的，對于驅(qū)動輪，如在緊急制動時發(fā)動機和傳動系不是斷開的，發(fā)動機和傳動系轉(zhuǎn)換到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)動慣量很大，車輪減速度的響應(yīng)就比較遲鈍，因此應(yīng)用受限（4）車輪的角減速度或角加速度dw/dt和車輪滑動率S的組合。實用的ABS系統(tǒng)都采用這兩個參數(shù)對車輪的運動狀態(tài)進(jìn)行聯(lián)合控制（5）車輪的角減速度或角加速度dw/dt和車輪滑動率S作為主調(diào)節(jié)參數(shù)，汽車的減速度a作為輔助調(diào)節(jié)參數(shù)。（6）車輪路面的縱向附著系數(shù)對滑動率的一階導(dǎo)數(shù)和車輪滑動率S的組合。在不同制動工況下，峰值附著系數(shù)對應(yīng)的最佳滑動率是不同的，但在最佳滑動率S0P時，路面的縱向附著系數(shù)對滑動率的一階導(dǎo)數(shù)等于零，所以以此為調(diào)節(jié)參數(shù)，可方便地設(shè)置門限值，從而保證縱向附著系數(shù)能在最大值附近變動，獲得最短的制動距離北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 5.22、制動防抱死系統(tǒng)的控制技術(shù)（1）高附著系數(shù)控制技術(shù)（2）低附著系數(shù)控制技術(shù)（3）高附著系數(shù)低附著系數(shù)控制技術(shù)北京航空航天大學(xué) 汽車工程系 徐向陽CHAPTER 5.2（4）汽車參考速度的計算 汽車參考速度Vref是