lecture04汽車縱向動力學(xué)的電子控制(ABSASR)課件

汽車縱向動力學(xué)的電子控制主講：王文林博士南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院車輛工程技術(shù)研究中心汽車縱向動力學(xué)的電子控制主講：王文林博士南昌大學(xué)機(jī)電ABS視頻ABS視頻汽車制動性能的評價(jià)

汽車的制動性能通常用制動效能、制動效能的恒定性、制動時汽車的方向穩(wěn)定性等指標(biāo)來評價(jià)。1、制動效能

制動效能是指汽車以某一速度行駛制動時，迅速降低行駛速度直至停車的制動距離或制動減速度。汽車制動性能的評價(jià)汽車的制動性能通常用制動效汽車制動性能的評價(jià)2、制動效能的恒定性

制動效能的恒定性是指制動器的抗熱、抗水衰退性能。制動器的抗熱衰退性能是指汽車高速行駛或下長坡連續(xù)制動時，制動效能的保持程度。3、制動時汽車的方向穩(wěn)定性

制動時汽車的方向穩(wěn)定性是指汽車在制動過程中維持直線行駛或按預(yù)定彎道行駛的能力。制動時汽車若發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力，則汽車必將偏離原來的行駛軌跡。汽車制動性能的評價(jià)2、制動效能的恒定性制動效汽車制動方式的改變開環(huán)制動系統(tǒng)—傳統(tǒng)制動系統(tǒng)

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)、以及制動器的尺寸和形式有關(guān)，由于沒有車輪運(yùn)動狀態(tài)的反饋信號，因此就不能根據(jù)車輪的實(shí)際運(yùn)動狀態(tài)來調(diào)節(jié)各輪缸或氣室制動壓力的大小。汽車制動方式的改變開環(huán)制動系統(tǒng)—傳統(tǒng)制動系統(tǒng)制動器制開環(huán)制動系統(tǒng)可能出現(xiàn)的結(jié)果

在緊急制動時，不可避免地出現(xiàn)車輪在地面上抱死拖滑的現(xiàn)象。當(dāng)車輪抱死時，地面的側(cè)向附著性能很差，所能提供的側(cè)向附著力很小，在汽車所受到各種干擾外力作用下就會出現(xiàn)方向失穩(wěn)問題，容易發(fā)生交通事故。汽車制動方式的改變開環(huán)制動系統(tǒng)可能出現(xiàn)的結(jié)果在緊急制動時，不可避免地出閉環(huán)制動系統(tǒng)的出現(xiàn)

由于開環(huán)制動系統(tǒng)的種種不便，所以產(chǎn)生了汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)，它可感知制動輪每一瞬間的運(yùn)動狀態(tài)，并根據(jù)其運(yùn)動狀態(tài)相應(yīng)地調(diào)節(jié)各制動器制動力矩的大小，避免輪胎抱死，為閉環(huán)制動系統(tǒng)。汽車制動方式的改變閉環(huán)制動系統(tǒng)的出現(xiàn)由于開環(huán)制動系統(tǒng)的種種不便什么是汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)?汽車制動方式的改變

汽車制動防抱死系統(tǒng)是指在汽車制動過程中自動控制和調(diào)節(jié)制動力的大小，防止車輪抱死，進(jìn)而消除制動過程中的側(cè)滑、跑偏、喪失轉(zhuǎn)向能力等非穩(wěn)定狀態(tài)，以獲得良好的制動性能、操作性能和穩(wěn)定性能，英文全稱為：Anti-lockBrakingSystem。什么是汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)?汽車制動方式的改變汽車制動方式的改變ABS是個閉環(huán)制動系統(tǒng)路面狀況交通狀況氣候狀況制動踏板動作輪缸壓力調(diào)節(jié)器車輪電子控制裝置駕駛員制動意識管道流體壓力制動輪缸壓力轉(zhuǎn)速信號控制指令地面制動力車輪運(yùn)動狀態(tài)汽車制動方式的改變ABS是個閉環(huán)制動系統(tǒng)路面狀況制動踏輪缸壓汽車ABS的工作原理、特點(diǎn)

汽車制動時，輪速傳感器測定車輪轉(zhuǎn)速，并將此信號輸送給電子控制單元。當(dāng)車輪快要抱死時，電子控制單元發(fā)出指令給制動壓力調(diào)節(jié)器，控制其降壓，輪速開始回升。當(dāng)輪速回升到一定數(shù)值，電子控制單元又發(fā)出指令給制動壓力調(diào)節(jié)器，控制其升壓，輪速開始降低。如此反復(fù)，保持前輪轉(zhuǎn)向能力，并維持汽車制動時的穩(wěn)定性。

ABS在制動時可以保持車輪轉(zhuǎn)動，從而保證制動時車輛的方向穩(wěn)定性，使制動力達(dá)到最大。有ABS的車輛制動力更強(qiáng)且制動距離更短，正常工作時不受車速的限制。汽車ABS的工作原理、特點(diǎn)汽車制動時，輪速傳感器測定汽車ABS的基本構(gòu)成汽車ABS的基本構(gòu)成1、輪速傳感器齒輪傳感頭汽車ABS的基本構(gòu)成1、輪速傳感器齒輪傳感頭汽車ABS的基本構(gòu)成輪速傳感器的輸出信號汽車ABS的基本構(gòu)成輪速傳感器的輸出信號汽車ABS的基本構(gòu)成汽車ABS的基本構(gòu)成輪速傳感器的安裝

為了保證輪速傳感器無錯誤輸出，安裝輪速傳感器時應(yīng)使傳感頭精確地對準(zhǔn)齒圈，且其之間的空氣隙大小適合，并要求安裝牢固。為了避免灰塵和飛濺的泥、水等對傳感器工作的影響，應(yīng)有適當(dāng)?shù)拿芊馀c潤滑措施。汽車ABS的基本構(gòu)成輪速傳感器的安裝為了保證輪速傳感2、壓力調(diào)節(jié)器汽車ABS的基本構(gòu)成

壓力調(diào)節(jié)器的功用：是接受并執(zhí)行來自電子控制裝置的指令，使制動輪缸或氣室能實(shí)現(xiàn)壓力增高、壓力保持或壓力降低。它在自動調(diào)節(jié)輪缸或氣室的壓力時，不受駕駛員的控制。2、壓力調(diào)節(jié)器汽車ABS的基本構(gòu)成壓力汽車ABS的基本構(gòu)成汽車ABS的基本構(gòu)成汽車ABS的基本構(gòu)成電磁閥控制三種狀態(tài)：

加壓：進(jìn)油閥開，出油閥關(guān)。

減壓：進(jìn)油閥關(guān)，出油閥開。

保壓：進(jìn)油閥關(guān)，出油閥關(guān)。汽車ABS的基本構(gòu)成電磁閥控制三種狀態(tài)：

加壓：進(jìn)油汽車ABS的基本構(gòu)成對壓力調(diào)節(jié)器的特性要求：

調(diào)節(jié)器除必須具備制動系一般閥類部件的性能（如可靠性高，壽命長，高溫和低溫性能良好，密封性好，便于維護(hù)等）之外，還必須具備ABS對其特有的要求：（1）反應(yīng)時間、反應(yīng)頻率。（2）速率與頻率的協(xié)調(diào)性。汽車ABS的基本構(gòu)成對壓力調(diào)節(jié)器的特性要求：汽車ABS的基本構(gòu)成滑閥式液壓制動電子控制裝置制動力車輪輪缸傳感器壓力調(diào)節(jié)器M滑閥1滑閥2

駕駛員接到制動信號，踩下踏板，滑閥1通，2關(guān)。輪缸壓力增大車輪開始制動，傳感器檢測車輪狀態(tài)，電控裝置分析將抱死，就向調(diào)節(jié)器發(fā)出減壓信號，滑閥1關(guān)，2通。同時電機(jī)工作，驅(qū)動油泵抽輪缸油減壓。汽車ABS的基本構(gòu)成滑閥式液壓制動電子控制裝置制動力車輪輪缸汽車ABS的基本構(gòu)成柱塞式液壓制動輪缸傳感器制動總泵滑閥電控裝置壓力調(diào)節(jié)器柱塞驅(qū)動機(jī)構(gòu)制動力

與滑閥式結(jié)構(gòu)相比，它最大優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)輪缸需減壓時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)不需打開，減壓或增壓只通過柱塞的移動來改變油缸容積即可，反應(yīng)快捷。汽車ABS的基本構(gòu)成柱塞式液壓制動輪缸傳感器制動總泵滑閥電控汽車ABS的基本構(gòu)成3、電控單元

電子控制裝置(ECU)的主要任務(wù)是接收傳感器送來的信號，進(jìn)行測量比較、分析放大和判別處理。然后通過精確的計(jì)算，得出制動滑移率和車輪角加（減）速度，再進(jìn)行邏輯比較，最后輸出級向壓力調(diào)節(jié)器發(fā)出指令，控制制動壓力，進(jìn)而調(diào)節(jié)車輪的制動力矩。汽車ABS的基本構(gòu)成3、電控單元電子控汽車ABS的基本構(gòu)成汽車ABS的基本構(gòu)成汽車ABS的布置形式1、四通道ABSH型(前后)或X型(對角)兩種布置形式。

由于四通道ABS可以最大程度地利用每個車輪的附著力進(jìn)行制動，因此汽車的制動效能最好。但在附著系數(shù)分離(兩側(cè)車輪的附著系數(shù)不相等)的路面上制動時，由于同一軸上的制動力不相等，使得汽車產(chǎn)生較大的偏轉(zhuǎn)力矩而產(chǎn)生制動跑偏。因此，ABS通常不對四個車輪進(jìn)行獨(dú)立的制動壓力調(diào)節(jié)。汽車ABS的布置形式1、四通道ABSH型(前后)或X型汽車ABS的布置形式2、三通道ABS(應(yīng)用較多)

三通道系統(tǒng)都是對兩前輪的制動壓力進(jìn)行單獨(dú)控制，對兩后輪的制動壓力按低選原則一同控制。

汽車緊急制動時，會發(fā)生很大的軸荷轉(zhuǎn)移(前軸荷增加，后軸荷減小)，使得前輪的附著力比后輪的附著力大很多(前置前驅(qū)動汽車的前輪附著力約占汽車總附著力的70%-80%)。對前輪制動壓力進(jìn)行獨(dú)立控制，可充分利用兩前輪的附著力對汽車進(jìn)行制動，有利于縮短制動距離，并且汽車的方向穩(wěn)定性可以得到較大改善。汽車ABS的布置形式2、三通道ABS(應(yīng)用較多)三通汽車ABS的布置形式3、兩通道ABS

雙通道ABS在前后制動管路中各設(shè)置一個制動壓力調(diào)節(jié)裝置，分別對兩前輪和兩后輪進(jìn)行一同控制。兩前輪可以根據(jù)附著條件進(jìn)行高選和低選轉(zhuǎn)換，兩后輪則按低選原則一同控制。

由于雙通道ABS難以在方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向操縱能力和制動距離等方面得到兼顧，因此目前很少被采用。汽車ABS的布置形式3、兩通道ABS雙通道ABS在前汽車ABS的布置形式4、單通道ABS

所有單通道ABS都是設(shè)置一個制動壓力調(diào)節(jié)裝置，對于后輪驅(qū)動的汽車只需在傳動系中安裝一個轉(zhuǎn)速傳感器。汽車ABS的布置形式4、單通道ABS所有單通道ABSABS的控制算法如何控制？ABS的控制算法如何控制？ABS的控制算法動作要求偏差控制算法ECU能量輸入外部擾動執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象動態(tài)模型傳感裝置輸出＋－反饋控制原理回顧ABS的控制算法動作要求偏差控制算法能量輸入外部擾動執(zhí)行機(jī)構(gòu)ABS的控制算法汽車系統(tǒng)動力學(xué)知識回顧單純滾動邊滾邊滑拖滑ABS的控制算法汽車系統(tǒng)動力學(xué)知識回顧單純滾動邊滾邊滑拖滑ABS的控制算法

隨著制動強(qiáng)度的增加，車輪的滑動成份越來越大。它通常用滑移率S表示。

ABS的控制算法隨著制動強(qiáng)度的增加，車輪的滑動成份越ABS的控制算法ABS的控制算法ABS的控制算法1、必須實(shí)時采集車速，而目前工程上難以實(shí)現(xiàn)。采用滑移率S實(shí)施反饋控制的局限性：2、制動時汽車的動力學(xué)模型、道路條件等不確定性因素太多，無法精確計(jì)算。ABS的控制算法1、必須實(shí)時采集車速，而目前工程上難ABS的控制算法ABS的邏輯控制算法

目前，ABS廣泛采用的控制方式是“加速度門限值邏輯控制”，并附加一些輔助參考門限值。其主要的控制參數(shù)有:

（1）車輪的加（減）速度；

（2）參考滑移率。車輪的加減速度可以通過測取車輪速度的辦法獲得；參考滑移率是通過車輪速度和車輛的參考速度獲得的。ABS的控制算法ABS的邏輯控制算法目前，ABS的控制算法ABS的邏輯控制算法ABS的控制算法ABS的邏輯控制算法ABS的邏輯控制算法

制動開始時，制動壓力和車輪角減速度增加，在階段1末，即輪減速度達(dá)到設(shè)定的門限值-a，相應(yīng)的電磁閥轉(zhuǎn)換到“壓力保持”狀態(tài)。同時形成參考車速并以一定速率遞減，參考滑動率的值是由參考車速計(jì)算得出，如果參考滑動率小于門限值，系統(tǒng)則進(jìn)行一段保壓（階段2）。控制過程ABS的邏輯控制算法制動開始時，制動壓力和車輪角減速ABS的邏輯控制算法控制過程

當(dāng)滑動率大于門限值，電磁閥轉(zhuǎn)換到“壓力下降”的狀態(tài)，即階段3。由于制動壓力下降，車輪的角減速度回升，當(dāng)達(dá)到-a值時，制動壓力開始保持（第4階段）。ABS的邏輯控制算法控制過程當(dāng)滑動率大于門限值，電磁ABS的邏輯控制算法控制過程

當(dāng)角減速度隨著輪速的回升而加速，達(dá)到門限值＋a，這時壓力仍然保持，讓車輪進(jìn)一步回升到門限值＋Ak（表明是高附著系數(shù)路面），這時使制動壓力再次增加（第5階段），迫使車輪角加速度下降。當(dāng)車輪角加速度再回到+Ak時，進(jìn)行保壓（第6階段）。ABS的邏輯控制算法控制過程當(dāng)角減速度隨著輪速的回升ABS的邏輯控制算法控制過程

車輪角加速度值回落到＋a值，此時車輪已進(jìn)入穩(wěn)定制動區(qū)域，并且稍有制動不足，這一區(qū)域的制動時間要盡可能延長，因此，階段7的制動壓力采用小的階梯上升，一般較初始壓力梯度小得多，直到車輪減速度再次超過門限值-a值，以后的控制循環(huán)過程就和前面一樣了。ABS的邏輯控制算法控制過程車輪角加速度值回落到＋aABS的邏輯控制算法1、邏輯控制隱含了系統(tǒng)模型與路面特性的依賴關(guān)系，避免了需要精確模型進(jìn)行控制的缺點(diǎn)。但邏輯控制的非連續(xù)性，顯然不能期望邏輯控制算法在不同的路面條件都能達(dá)到最佳控制效果。

3、邏輯控制特點(diǎn)：算法簡單、便于工程實(shí)現(xiàn)、裝車成本低。目前已經(jīng)比較成熟。邏輯門限控制算法的特點(diǎn)ABS的邏輯控制算法1、邏輯控制隱含了系統(tǒng)模型ABS的優(yōu)、缺點(diǎn)

實(shí)踐證明，裝用ABS裝置的汽車在各種行駛條件下制動，特別是緊急制動時，不僅能較好地利用路面的附著系數(shù)、發(fā)揮制動效能、縮短制動距離，還能有效保持汽車的方向穩(wěn)定性。汽車ABS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)很突出，但它還是有它的不足之處，主要是：（1）通用性差。（2）振動和噪聲。（3）制動器的摩擦副，即制動鼓（盤）與摩擦片的磨損稍快。ABS的優(yōu)、缺點(diǎn)實(shí)踐證明，裝用ABS裝置的汽車在各種ABS的發(fā)展歷程1965年前后，開始安裝在汽車上進(jìn)行路試；1968年在英國投入實(shí)際運(yùn)營；1971年后得到第一次大發(fā)展；80年代迎來了第二次大發(fā)展；80年代中期以后，得到迅猛發(fā)展；1991年起，歐共體規(guī)定所有成員國新車型都必須有防抱死系統(tǒng)。ABS的發(fā)展歷程1965年前后，開始安裝在ABS視頻ABS視頻什么是ASR?汽車系統(tǒng)動力學(xué)知識回顧什么是ASR?汽車系統(tǒng)動力學(xué)知識回顧什么是ASR?

驅(qū)動控制裝置（Anti-SkiddingRestraint,TractionControl,簡稱ASR或TCS），用于防止汽車加速、起步過程中的滑轉(zhuǎn)，特別防止汽車在非對稱路面或在轉(zhuǎn)彎時驅(qū)動輪的空轉(zhuǎn)，以便保持方向穩(wěn)定性、操縱性和最佳驅(qū)動力。什么是ASR?驅(qū)動控制裝置（Anti什么是ASR?什么是ASR?什么是ASR?通常采用兩種方法防止驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)：1）制動控制方式，即對將要空轉(zhuǎn)的驅(qū)動輪施加制動力。2）發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制，即調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)輸入到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩。

制動控制方式比發(fā)動機(jī)控制方式響應(yīng)速度快，且能對每個驅(qū)動輪進(jìn)行獨(dú)立控制，但發(fā)動機(jī)控制可以節(jié)能。兩種方法可單獨(dú)使用，也可組合使用。

什么是ASR?通常采用兩種方法防止驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)：什么是ASR?什么是ASR?發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)方式發(fā)動機(jī)斷油控制設(shè)期望滑轉(zhuǎn)率為，則發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律為：減小發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩增加發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩

減小發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出最簡單的方法是停止某些缸噴油，如四缸機(jī)可將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩分為4級。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)方式發(fā)動機(jī)斷油控制設(shè)期望滑轉(zhuǎn)率為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)方式節(jié)氣門開度控制

上述方法不需要增加硬件，但發(fā)動機(jī)噪聲大，運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)。因此，目前更廣泛采用的是節(jié)氣門調(diào)節(jié)方式。節(jié)氣門調(diào)節(jié)方式是采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動副節(jié)氣門來實(shí)現(xiàn)的，所以這種方式響應(yīng)較慢。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)方式節(jié)氣門開度控制上述方法不需要發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)方式

基于節(jié)氣門和發(fā)動機(jī)管理控制的驅(qū)動控制性能幾乎達(dá)到制動控制的水平，而實(shí)現(xiàn)的成本比制動控制方式低，且消除了純粹的供油中斷方式的噪聲和振動。但這種控制方式和其它基于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制方式一樣，在非對稱路面的效果不好。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)方式基于節(jié)氣門和發(fā)動機(jī)管理控制采用制動方式的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)1、ASR系統(tǒng)建模有發(fā)動機(jī)模型、傳動系模型、汽車模型等（略）。2、ASR邏輯控制算法防滑控制也可采用類似于ABS的邏輯門限方式。這種控制算法簡單、可靠性強(qiáng)、便于實(shí)現(xiàn)。另外，防滑控制與防抱制動集成于一體，算法類似，可以大大簡化程序結(jié)構(gòu)。采用制動方式的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)1、ASR系統(tǒng)建模采用制動方式的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)和和車輪運(yùn)動狀態(tài)控制命令驅(qū)動輪制動缸小步長增壓驅(qū)動輪制動缸小步長減壓驅(qū)動輪制動缸大步長減壓驅(qū)動輪制動缸大步長增壓或ASR控制算法采用制動方式的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)和和車輪運(yùn)動狀態(tài)控制命令驅(qū)動輪制動缸小ASR控制與ABS控制相比，其控制算法有相同的地方，也有不同的地方，既有它簡單的方面，又有它復(fù)雜的方面。

ASR和ABS雖然都是最佳利用路面附著系數(shù)，但兩者所利用的區(qū)間不同，附著系數(shù)的理想工作點(diǎn)也不同。ABS控制的是車輪的滑移率，并把滑移率控制在附著系數(shù)曲線的峰值；而ASR控制的是車輪的滑轉(zhuǎn)率，通常把滑轉(zhuǎn)率控制在10％左右。采用制動方式的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)ASR與ABS控制算法的比較ASR控制與ABS控制相比，其控制算法有相采用制動方式的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)

直接進(jìn)行道路試驗(yàn)工作量很大，也不容易實(shí)現(xiàn)一個典型的試驗(yàn)環(huán)境。一般采用有硬件系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)混合的仿真系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)為真實(shí)的ASR裝置，計(jì)算機(jī)模擬部分為汽車模型、控制算法、輪胎與路面相互作用模型及發(fā)動機(jī)模型。要求模擬系統(tǒng)完成一步計(jì)算所需的時間應(yīng)小于等于實(shí)時控制的時間。Hardware-in-the-Loop試驗(yàn)方法：采用制動方式的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)直接進(jìn)行道路試驗(yàn)工作量聯(lián)合轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)

上述兩種驅(qū)動控制方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此，為了實(shí)現(xiàn)驅(qū)動力最佳控制，即最大限度地提高汽車的經(jīng)濟(jì)性、動力性、方向穩(wěn)定性及可操縱性，通常采用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩與車輪制動的組合控制方式。CrownASR控制系統(tǒng)LexusASR控制系統(tǒng)聯(lián)合轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)上述兩種驅(qū)動控制方聯(lián)合轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)聯(lián)合轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)聯(lián)合轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)聯(lián)合轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)聯(lián)合轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)聯(lián)合轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)ASR的本質(zhì)ASR系統(tǒng)的本質(zhì)是：

1）控制作用在驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩。

2）在非對稱路面，對傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)最佳分配，從而改善汽車的加速性，方向穩(wěn)定性和操縱性。ASR的本質(zhì)ASR系統(tǒng)的本質(zhì)是：復(fù)習(xí)題1．在汽車上配置ABS的目的是什么？配置ABS的制動系統(tǒng)包括那些零部件？各起什么作用？試敘述ABS的控制原理。2、ABS的通道數(shù)是指什么？一般幾通道ABS應(yīng)用最廣？為什么？3、在理論上，ABS控制車輪的什么參數(shù)？用公式寫出來并說明其最佳控制區(qū)間，為什么工程上不宜采用？工程上采用加速度邏輯門限值A(chǔ)BS控制算法有什么好處？4、什么是ASR？ASR控制車輪的什么參數(shù)？用公式寫出來并說明其最佳控制區(qū)間。工程上一般采用什么控制方法并與什么系統(tǒng)一起集成？5、ASR控制常采用的控制方式包括那些？各有什么有缺點(diǎn)？工程上常采取什么控制方法？6、在汽車上實(shí)施ASR控制，其本質(zhì)是什么？復(fù)習(xí)題1．在汽車上配置ABS的目的是什么？配置ABS的制動系汽車縱向動力學(xué)的電子控制主講：王文林博士南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院車輛工程技術(shù)研究中心汽車縱向動力學(xué)的電子控制主講：王文林博士南昌大學(xué)機(jī)電ABS視頻ABS視頻汽車制動性能的評價(jià)

汽車的制動性能通常用制動效能、制動效能的恒定性、制動時汽車的方向穩(wěn)定性等指標(biāo)來評價(jià)。1、制動效能

制動效能是指汽車以某一速度行駛制動時，迅速降低行駛速度直至停車的制動距離或制動減速度。汽車制動性能的評價(jià)汽車的制動性能通常用制動效汽車制動性能的評價(jià)2、制動效能的恒定性

制動效能的恒定性是指制動器的抗熱、抗水衰退性能。制動器的抗熱衰退性能是指汽車高速行駛或下長坡連續(xù)制動時，制動效能的保持程度。3、制動時汽車的方向穩(wěn)定性

制動時汽車的方向穩(wěn)定性是指汽車在制動過程中維持直線行駛或按預(yù)定彎道行駛的能力。制動時汽車若發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力，則汽車必將偏離原來的行駛軌跡。汽車制動性能的評價(jià)2、制動效能的恒定性制動效汽車制動方式的改變開環(huán)制動系統(tǒng)—傳統(tǒng)制動系統(tǒng)

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)、以及制動器的尺寸和形式有關(guān)，由于沒有車輪運(yùn)動狀態(tài)的反饋信號，因此就不能根據(jù)車輪的實(shí)際運(yùn)動狀態(tài)來調(diào)節(jié)各輪缸或氣室制動壓力的大小。汽車制動方式的改變開環(huán)制動系統(tǒng)—傳統(tǒng)制動系統(tǒng)制動器制開環(huán)制動系統(tǒng)可能出現(xiàn)的結(jié)果

在緊急制動時，不可避免地出現(xiàn)車輪在地面上抱死拖滑的現(xiàn)象。當(dāng)車輪抱死時，地面的側(cè)向附著性能很差，所能提供的側(cè)向附著力很小，在汽車所受到各種干擾外力作用下就會出現(xiàn)方向失穩(wěn)問題，容易發(fā)生交通事故。汽車制動方式的改變開環(huán)制動系統(tǒng)可能出現(xiàn)的結(jié)果在緊急制動時，不可避免地出閉環(huán)制動系統(tǒng)的出現(xiàn)

由于開環(huán)制動系統(tǒng)的種種不便，所以產(chǎn)生了汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)，它可感知制動輪每一瞬間的運(yùn)動狀態(tài)，并根據(jù)其運(yùn)動狀態(tài)相應(yīng)地調(diào)節(jié)各制動器制動力矩的大小，避免輪胎抱死，為閉環(huán)制動系統(tǒng)。汽車制動方式的改變閉環(huán)制動系統(tǒng)的出現(xiàn)由于開環(huán)制動系統(tǒng)的種種不便什么是汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)?汽車制動方式的改變

汽車制動防抱死系統(tǒng)是指在汽車制動過程中自動控制和調(diào)節(jié)制動力的大小，防止車輪抱死，進(jìn)而消除制動過程中的側(cè)滑、跑偏、喪失轉(zhuǎn)向能力等非穩(wěn)定狀態(tài)，以獲得良好的制動性能、操作性能和穩(wěn)定性能，英文全稱為：Anti-lockBrakingSystem。什么是汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)?汽車制動方式的改變汽車制動方式的改變ABS是個閉環(huán)制動系統(tǒng)路面狀況交通狀況氣候狀況制動踏板動作輪缸壓力調(diào)節(jié)器車輪電子控制裝置駕駛員制動意識管道流體壓力制動輪缸壓力轉(zhuǎn)速信號控制指令地面制動力車輪運(yùn)動狀態(tài)汽車制動方式的改變ABS是個閉環(huán)制動系統(tǒng)路面狀況制動踏輪缸壓汽車ABS的工作原理、特點(diǎn)

汽車制動時，輪速傳感器測定車輪轉(zhuǎn)速，并將此信號輸送給電子控制單元。當(dāng)車輪快要抱死時，電子控制單元發(fā)出指令給制動壓力調(diào)節(jié)器，控制其降壓，輪速開始回升。當(dāng)輪速回升到一定數(shù)值，電子控制單元又發(fā)出指令給制動壓力調(diào)節(jié)器，控制其升壓，輪速開始降低。如此反復(fù)，保持前輪轉(zhuǎn)向能力，并維持汽車制動時的穩(wěn)定性。

ABS在制動時可以保持車輪轉(zhuǎn)動，從而保證制動時車輛的方向穩(wěn)定性，使制動力達(dá)到最大。有ABS的車輛制動力更強(qiáng)且制動距離更短，正常工作時不受車速的限制。汽車ABS的工作原理、特點(diǎn)汽車制動時，輪速傳感器測定汽車ABS的基本構(gòu)成汽車ABS的基本構(gòu)成1、輪速傳感器齒輪傳感頭汽車ABS的基本構(gòu)成1、輪速傳感器齒輪傳感頭汽車ABS的基本構(gòu)成輪速傳感器的輸出信號汽車ABS的基本構(gòu)成輪速傳感器的輸出信號汽車ABS的基本構(gòu)成汽車ABS的基本構(gòu)成輪速傳感器的安裝

為了保證輪速傳感器無錯誤輸出，安裝輪速傳感器時應(yīng)使傳感頭精確地對準(zhǔn)齒圈，且其之間的空氣隙大小適合，并要求安裝牢固。為了避免灰塵和飛濺的泥、水等對傳感器工作的影響，應(yīng)有適當(dāng)?shù)拿芊馀c潤滑措施。汽車ABS的基本構(gòu)成輪速傳感器的安裝為了保證輪速傳感2、壓力調(diào)節(jié)器汽車ABS的基本構(gòu)成

壓力調(diào)節(jié)器的功用：是接受并執(zhí)行來自電子控制裝置的指令，使制動輪缸或氣室能實(shí)現(xiàn)壓力增高、壓力保持或壓力降低。它在自動調(diào)節(jié)輪缸或氣室的壓力時，不受駕駛員的控制。2、壓力調(diào)節(jié)器汽車ABS的基本構(gòu)成壓力汽車ABS的基本構(gòu)成汽車ABS的基本構(gòu)成汽車ABS的基本構(gòu)成電磁閥控制三種狀態(tài)：

加壓：進(jìn)油閥開，出油閥關(guān)。

減壓：進(jìn)油閥關(guān)，出油閥開。

保壓：進(jìn)油閥關(guān)，出油閥關(guān)。汽車ABS的基本構(gòu)成電磁閥控制三種狀態(tài)：

加壓：進(jìn)油汽車ABS的基本構(gòu)成對壓力調(diào)節(jié)器的特性要求：

調(diào)節(jié)器除必須具備制動系一般閥類部件的性能（如可靠性高，壽命長，高溫和低溫性能良好，密封性好，便于維護(hù)等）之外，還必須具備ABS對其特有的要求：（1）反應(yīng)時間、反應(yīng)頻率。（2）速率與頻率的協(xié)調(diào)性。汽車ABS的基本構(gòu)成對壓力調(diào)節(jié)器的特性要求：汽車ABS的基本構(gòu)成滑閥式液壓制動電子控制裝置制動力車輪輪缸傳感器壓力調(diào)節(jié)器M滑閥1滑閥2

駕駛員接到制動信號，踩下踏板，滑閥1通，2關(guān)。輪缸壓力增大車輪開始制動，傳感器檢測車輪狀態(tài)，電控裝置分析將抱死，就向調(diào)節(jié)器發(fā)出減壓信號，滑閥1關(guān)，2通。同時電機(jī)工作，驅(qū)動油泵抽輪缸油減壓。汽車ABS的基本構(gòu)成滑閥式液壓制動電子控制裝置制動力車輪輪缸汽車ABS的基本構(gòu)成柱塞式液壓制動輪缸傳感器制動總泵滑閥電控裝置壓力調(diào)節(jié)器柱塞驅(qū)動機(jī)構(gòu)制動力

與滑閥式結(jié)構(gòu)相比，它最大優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)輪缸需減壓時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)不需打開，減壓或增壓只通過柱塞的移動來改變油缸容積即可，反應(yīng)快捷。汽車ABS的基本構(gòu)成柱塞式液壓制動輪缸傳感器制動總泵滑閥電控汽車ABS的基本構(gòu)成3、電控單元

電子控制裝置(ECU)的主要任務(wù)是接收傳感器送來的信號，進(jìn)行測量比較、分析放大和判別處理。然后通過精確的計(jì)算，得出制動滑移率和車輪角加（減）速度，再進(jìn)行邏輯比較，最后輸出級向壓力調(diào)節(jié)器發(fā)出指令，控制制動壓力，進(jìn)而調(diào)節(jié)車輪的制動力矩。汽車ABS的基本構(gòu)成3、電控單元電子控汽車ABS的基本構(gòu)成汽車ABS的基本構(gòu)成汽車ABS的布置形式1、四通道ABSH型(前后)或X型(對角)兩種布置形式。

由于四通道ABS可以最大程度地利用每個車輪的附著力進(jìn)行制動，因此汽車的制動效能最好。但在附著系數(shù)分離(兩側(cè)車輪的附著系數(shù)不相等)的路面上制動時，由于同一軸上的制動力不相等，使得汽車產(chǎn)生較大的偏轉(zhuǎn)力矩而產(chǎn)生制動跑偏。因此，ABS通常不對四個車輪進(jìn)行獨(dú)立的制動壓力調(diào)節(jié)。汽車ABS的布置形式1、四通道ABSH型(前后)或X型汽車ABS的布置形式2、三通道ABS(應(yīng)用較多)

三通道系統(tǒng)都是對兩前輪的制動壓力進(jìn)行單獨(dú)控制，對兩后輪的制動壓力按低選原則一同控制。

汽車緊急制動時，會發(fā)生很大的軸荷轉(zhuǎn)移(前軸荷增加，后軸荷減小)，使得前輪的附著力比后輪的附著力大很多(前置前驅(qū)動汽車的前輪附著力約占汽車總附著力的70%-80%)。對前輪制動壓力進(jìn)行獨(dú)立控制，可充分利用兩前輪的附著力對汽車進(jìn)行制動，有利于縮短制動距離，并且汽車的方向穩(wěn)定性可以得到較大改善。汽車ABS的布置形式2、三通道ABS(應(yīng)用較多)三通汽車ABS的布置形式3、兩通道ABS

雙通道ABS在前后制動管路中各設(shè)置一個制動壓力調(diào)節(jié)裝置，分別對兩前輪和兩后輪進(jìn)行一同控制。兩前輪可以根據(jù)附著條件進(jìn)行高選和低選轉(zhuǎn)換，兩后輪則按低選原則一同控制。

由于雙通道ABS難以在方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向操縱能力和制動距離等方面得到兼顧，因此目前很少被采用。汽車ABS的布置形式3、兩通道ABS雙通道ABS在前汽車ABS的布置形式4、單通道ABS

所有單通道ABS都是設(shè)置一個制動壓力調(diào)節(jié)裝置，對于后輪驅(qū)動的汽車只需在傳動系中安裝一個轉(zhuǎn)速傳感器。汽車ABS的布置形式4、單通道ABS所有單通道ABSABS的控制算法如何控制？ABS的控制算法如何控制？ABS的控制算法動作要求偏差控制算法ECU能量輸入外部擾動執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象動態(tài)模型傳感裝置輸出＋－反饋控制原理回顧ABS的控制算法動作要求偏差控制算法能量輸入外部擾動執(zhí)行機(jī)構(gòu)ABS的控制算法汽車系統(tǒng)動力學(xué)知識回顧單純滾動邊滾邊滑拖滑ABS的控制算法汽車系統(tǒng)動力學(xué)知識回顧單純滾動邊滾邊滑拖滑ABS的控制算法

隨著制動強(qiáng)度的增加，車輪的滑動成份越來越大。它通常用滑移率S表示。

ABS的控制算法隨著制動強(qiáng)度的增加，車輪的滑動成份越ABS的控制算法ABS的控制算法ABS的控制算法1、必須實(shí)時采集車速，而目前工程上難以實(shí)現(xiàn)。采用滑移率S實(shí)施反饋控制的局限性：2、制動時汽車的動力學(xué)模型、道路條件等不確定性因素太多，無法精確計(jì)算。ABS的控制算法1、必須實(shí)時采集車速，而目前工程上難ABS的控制算法ABS的邏輯控制算法

目前，ABS廣泛采用的控制方式是“加速度門限值邏輯控制”，并附加一些輔助參考門限值。其主要的控制參數(shù)有:

（1）車輪的加（減）速度；

（2）參考滑移率。車輪的加減速度可以通過測取車輪速度的辦法獲得；參考滑移率是通過車輪速度和車輛的參考速度獲得的。ABS的控制算法ABS的邏輯控制算法目前，ABS的控制算法ABS的邏輯控制算法ABS的控制算法ABS的邏輯控制算法ABS的邏輯控制算法

制動開始時，制動壓力和車輪角減速度增加，在階段1末，即輪減速度達(dá)到設(shè)定的門限值-a，相應(yīng)的電磁閥轉(zhuǎn)換到“壓力保持”狀態(tài)。同時形成參考車速并以一定速率遞減，參考滑動率的值是由參考車速計(jì)算得出，如果參考滑動率小于門限值，系統(tǒng)則進(jìn)行一段保壓（階段2）。控制過程ABS的邏輯控制算法制動開始時，制動壓力和車輪角減速ABS的邏輯控制算法控制過程

當(dāng)滑動率大于門限值，電磁閥轉(zhuǎn)換到“壓力下降”的狀態(tài)，即階段3。由于制動壓力下降，車輪的角減速度回升，當(dāng)達(dá)到-a值時，制動壓力開始保持（第4階段）。ABS的邏輯控制算法控制過程當(dāng)滑動率大于門限值，電磁ABS的邏輯控制算法控制過程

當(dāng)角減速度隨著輪速的回升而加速，達(dá)到門限值＋a，這時壓力仍然保持，讓車輪進(jìn)一步回升到門限值＋Ak（表明是高附著系數(shù)路面），這時使制動壓力再次增加（第5階段），迫使車輪角加速度下降。當(dāng)車輪角加速度再回到+Ak時，進(jìn)行保壓（第6階段）。ABS的邏輯控制算法控制過程當(dāng)角減速度隨著輪速的回升ABS的邏輯控制算法控制過程

車輪角加速度值回落到＋a值，此時車輪已進(jìn)入穩(wěn)定制動區(qū)域，并且稍有制動不足，這一區(qū)域的制動時間要盡可能延長，因此，階段7的制動壓力采用小的階梯上升，一般較初始壓力梯度小得多，直到車輪減速度再次超過門限值-a值，以后的控制循環(huán)過程就和前面一樣了。ABS的邏輯控制算法控制過程車輪角加速度值回落到＋aABS的邏輯控制算法1、邏輯控制隱含了系統(tǒng)模型與路面特性的依賴關(guān)系，避免了需要精確模型進(jìn)行控制的缺點(diǎn)。但邏輯控制的非連續(xù)性，顯然不能期望邏輯控制算法在不同的路面條件都能達(dá)到最佳控制效果。

3、邏輯控制特點(diǎn)：算法簡單、便于工程實(shí)現(xiàn)、裝車成本低。目前已經(jīng)比較成熟。邏輯門限控制算法的特點(diǎn)ABS的邏輯控制算法1、邏輯控制隱含了系統(tǒng)模型ABS的優(yōu)、缺點(diǎn)

實(shí)踐證明，裝用ABS裝置的汽車在各種行駛條件下制動，特別是緊急制動時，不僅能較好地利用路面的附著系數(shù)、發(fā)揮制動效能、縮短制動距離，還能有效保持汽車的方向穩(wěn)定性。汽車ABS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)很突出，但它還是有它的不足之處，主要是：（1）通用性差。（2）振動和噪聲。（3）制動器的摩擦副，即制動鼓（盤）與摩擦片的磨損稍快。ABS的優(yōu)、缺點(diǎn)實(shí)踐證明，裝用ABS裝置的汽車在各種ABS的發(fā)展歷程1965年前后，開始安裝在汽車上進(jìn)行路試；1968年在英國投入實(shí)際運(yùn)營；1971年后得到第一次大發(fā)展；80年代迎來了第二次大發(fā)展；80年代中期以后，得到迅猛發(fā)展；1991年起，歐共體規(guī)定所有成員國新車型都必須有防抱死系統(tǒng)。ABS的發(fā)展歷程1965年前后，開始安裝在ABS視頻ABS視頻什么是ASR?汽車系統(tǒng)動力學(xué)知識回顧什么是ASR?汽車系統(tǒng)動力學(xué)知識回顧什么是ASR?

驅(qū)動控制裝置（Anti-SkiddingRestraint,TractionControl,簡稱ASR或TCS），用于防止汽車加速、起步過程中的滑轉(zhuǎn)，特別防止汽車在非對稱路面或在轉(zhuǎn)彎時驅(qū)動輪的空轉(zhuǎn)，以便保持方向穩(wěn)定性、操縱性和最佳驅(qū)動力。什么是ASR?驅(qū)動控制裝置（Anti什么是ASR?什么是ASR?什么是ASR?通常采用兩種方法防止驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)：1）制動控制方式，即對將要空轉(zhuǎn)的驅(qū)動輪施加制動力。2）發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制，即調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)輸入到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩。

制動控制方式比發(fā)動機(jī)控制方式響應(yīng)速度快，且能對每個驅(qū)動輪進(jìn)行獨(dú)立控制，但發(fā)動機(jī)控制可以節(jié)能。兩種方法可單獨(dú)使用，也可組合使用。

什么是ASR?通常采用兩種方法防止驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)：什么是ASR?什么是ASR?發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)方式發(fā)動機(jī)斷油控制設(shè)期望滑轉(zhuǎn)率為，則發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律為：減小發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩增加發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩

減小發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出最簡單的方法是停止某些缸噴油，如四缸機(jī)可將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩分為4級。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)方式發(fā)動機(jī)斷油控制設(shè)期望滑轉(zhuǎn)率為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)方式節(jié)氣門開度控制

上述方法不需要增加硬件，但發(fā)動機(jī)噪聲大，運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)。因此，目前更廣泛采用的是節(jié)氣門調(diào)節(jié)方式。節(jié)氣門調(diào)節(jié)方式是采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動副節(jié)氣門來實(shí)現(xiàn)的，所以這種方式響應(yīng)較慢。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)方式節(jié)氣門開度控制上述方法不需要發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)方式