汽車電子控制技術(shù)課件 -汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)

汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)一、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)概述二、ABS系統(tǒng)主要零部件的結(jié)構(gòu)與工作原理課題一防抱死制動(dòng)系統(tǒng)概述一、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的基本理論由車輪受力分析可知：車輪在制動(dòng)過程中，當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力小于或等于輪胎與路面間的附著力時(shí)，車輪將作滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，如圖7-1（a）所示。當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力大于附著力時(shí)，車輪將抱死滑移，如圖7-1（b）所示。（a)（b）圖7-l制動(dòng)車輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（a)車輪滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)；（b）車輪抱死滑移1．車輪滑移率S輪胎滑移的程度用滑移率S來(lái)表示。車輪滑移率是指：實(shí)際車速與車輪速度之差同實(shí)際車速

的比率，其表達(dá)式為：當(dāng)

時(shí)，滑移率S=O，車輪自由滾動(dòng)；當(dāng)時(shí)，滑移率S=100%，車輪完全抱死滑移；當(dāng)

時(shí)，滑移率0〈S〈100%，車輪既滾動(dòng)又滑移?；坡试酱?，車輪滑移程度越大。2．車輪滑移率S的影響因素(1)汽車載重量；(2)前、后軸的載荷分布情況；(3)輪胎種類及輪胎與路面的附著狀況；(4)路面性質(zhì)和路面狀況；(5)制動(dòng)力大小及其增長(zhǎng)速率。3．車輪滑移率S與附著系數(shù)的關(guān)系（1）附著系數(shù)取決于路面性質(zhì)。一般說(shuō)來(lái)，干燥路面附著系數(shù)大，潮濕路面附著系數(shù)小，冰雪路面附著系數(shù)更小。（2）在各種路面上，附著系數(shù)都隨滑移率的變化而變化。（3）在各種路面上，當(dāng)滑移率為20％左右時(shí)，縱向附著系數(shù)最大，制動(dòng)效果最好。（b）干燥硬實(shí)路面時(shí)（a)不同路面時(shí)圖7-2附著系數(shù)與滑移率的關(guān)系4．車輪抱死制動(dòng)的危害當(dāng)車輪抱死時(shí)，橫向附著系數(shù)接近于零，汽車將失去行駛穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向控制能力，其危害性極大。這是因?yàn)槿绻拜啽?，雖然汽車能沿直線向前行駛，但是失去轉(zhuǎn)向控制能力。由于維持前輪轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)能力的橫向附著力喪失，因此，汽車仍將按原行駛方向滑行，可能沖人其他車道與迎面車輛相撞或沖出路面與障礙物相撞而發(fā)生惡性交通事故。如果后輪抱死，汽車的制動(dòng)穩(wěn)定性就會(huì)變差，抵抗橫向外力的能力很弱，后輪稍有外力（如側(cè)向風(fēng)力或地面障礙物阻力）作用就會(huì)發(fā)生側(cè)滑（甩尾），甚至出現(xiàn)掉頭（即突然出現(xiàn)大轉(zhuǎn)彎）等危險(xiǎn)現(xiàn)象。二、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的作用1．改善汽車制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)向操縱性2．增加汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性3．縮短制動(dòng)距離4．減少輪胎磨損5．減少駕駛員的緊張情緒6．使用方便、工作可靠但ABS也存在以下不足：（1）ABS不能提供超越車輪與路面所能承受的最大制動(dòng)力，ABS性能的好壞受整車制動(dòng)系統(tǒng)狀況的影響；（2）ABS不能取代駕駛員的制動(dòng)，只能在駕駛員制動(dòng)時(shí)，幫助其達(dá)到較好的制動(dòng)效果；（3）松散的沙土和積雪較深的路面制動(dòng)，車輪抱死制動(dòng)要比ABS工作時(shí)的制動(dòng)距離短。三、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的類型1.按照產(chǎn)生制動(dòng)壓力的動(dòng)力源分類按照產(chǎn)生制動(dòng)壓力動(dòng)力源的不同可分為液壓式ABS系統(tǒng)、氣壓式ABS系統(tǒng)、氣液混合式ABS系統(tǒng)。在轎車中液壓式ABS系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛，本章主要介紹液壓式ABS系統(tǒng)。2.按結(jié)構(gòu)形式分類ABS按制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器和制動(dòng)主缸的結(jié)構(gòu)形式分為分離式和整體式兩種。

3．按ECU所依據(jù)的控制參數(shù)分類按ECU所依據(jù)的控制參數(shù)可分為以車輪滑移率S為控制參數(shù)和以車輪角加速度為控制參數(shù)兩種。4．按制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器形式分類按制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器的形式可分為循環(huán)式和可變?nèi)莘e式兩種。

（1）循環(huán)式制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器循環(huán)式制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器是在制動(dòng)總缸與輪缸之間串聯(lián)一電磁閥，直接控制輪缸的制動(dòng)壓力。這種壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)是制動(dòng)壓力油路和ABS控制壓力油路相通。循環(huán)式制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器如圖7-3所示。圖7-3循環(huán)滿期制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器（2)可變?nèi)莘e式制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器在汽車原有制動(dòng)管路上增加一套液壓控制裝置，用它控制制管路中制動(dòng)液容積的增減，從而控制制動(dòng)壓力的變化。即可變?nèi)莘e式制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器是電磁閥間接控制制動(dòng)壓力，如圖7-4所示。

圖7-4可變?nèi)莘e式制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器5．按ABS系統(tǒng)布置形式的分類ABS系統(tǒng)的布置形式是指輪速傳感器的數(shù)量、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器控制的通道數(shù)和對(duì)各車輪制動(dòng)器制動(dòng)壓力的控制方式，可分為7種類型。（1）四傳感器、四通道、四輪獨(dú)立控制。這種類型的ABS系統(tǒng)適用于雙制動(dòng)管路為前、后輪獨(dú)立布置形式的汽車，如圖7-5所示。（2）四傳感器、四通道、前輪獨(dú)立一后輪低選擇控制。這種類型的ABS系統(tǒng)適用于雙制動(dòng)管路為交叉形式布置的汽車，如圖7-6所示。圖7-5四傳感器、四通道、四輪獨(dú)立控制圖7-6四傳感器、四通道、前輪獨(dú)立一后輪低選擇控制（3）四傳感器、三通道、前輪獨(dú)立后輪低選擇控制。這種類型的ABS系統(tǒng)適用于雙制動(dòng)管路且前后輪為獨(dú)立布置形式的汽車，如圖7-7所示，它具有4個(gè)輪速傳感器。這種控制方式的特點(diǎn)是制動(dòng)時(shí)的操縱穩(wěn)定性和方向穩(wěn)定性較好，但制動(dòng)效能稍差。（4）三傳感器、三通道、前輪獨(dú)立一后輪低選擇控制。這種類型的ABS系統(tǒng)僅適用于雙制動(dòng)管路為前、后輪獨(dú)立布置形式且采用后輪驅(qū)動(dòng)的汽車，如圖7-8所示，

圖7-7四傳感器、三通道、前輪獨(dú)立一后輪低選擇控制圖7-8三傳感器、三通道、前輪獨(dú)立一后輪低選擇控制（5）四傳感器、兩通道、前輪獨(dú)立控制。這種類型的ABS系統(tǒng)是一種簡(jiǎn)易的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，如圖7-9所示，兩前輪獨(dú)立控制。（a）（b）圖7-9三傳感器、三通道、前輪獨(dú)立控制（6）四傳感器、兩通道、前輪獨(dú)立后輪低選擇控制。這種類型的ABS系統(tǒng)的布置形式與類型（5）基本相同，如圖7-10所示。（7）一傳感器、一通道、后輪近似低選擇控制。這種類型的ABS系統(tǒng)適用于制動(dòng)管路為前、后輪獨(dú)立布置形式且采用后輪驅(qū)動(dòng)的汽車，如圖7-11所示。（a）（b）圖7-10四傳感器、兩三通道、前輪獨(dú)立-后輪低選擇控制圖7-11一傳感器、一通道、后輪近似低選擇控制四、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的基本組成與控制原理1．基本組成雖然各型汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式各不相同，但都是在常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)（液壓制動(dòng)系統(tǒng)或氣壓制動(dòng)系統(tǒng)）的基礎(chǔ)上，增設(shè)一個(gè)電子控制系統(tǒng)而構(gòu)成。由此可見，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)是由制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)組成，如圖7-12所示。（1）電子控制系統(tǒng)防抱死制動(dòng)電子控制系統(tǒng)由輪速傳感器、制動(dòng)燈開關(guān)、防抱死制動(dòng)電控單元(ABSECU)、ABS指示燈和制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器等構(gòu)成，控制部件的安裝位置如圖7-13所示。7-12防抱死斜動(dòng)系統(tǒng)ABS組成簡(jiǎn)圖圖7-13防抱死制動(dòng)電子控制系統(tǒng)控制部件的安裝位置（2）制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)和制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器組成。常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)主要由制動(dòng)總泵、制動(dòng)助力器、制動(dòng)輪泵、制動(dòng)管路和制動(dòng)器（盤式或鼓式制動(dòng)器）等組成。因?yàn)槠囍苿?dòng)動(dòng)力源分為液壓和氣壓兩種，所以制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)相應(yīng)地有液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)和氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。轎車普遍采用液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，載貨汽車普遍采用氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。2．防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的控制原理汽車在制動(dòng)過程中，ECU接受來(lái)自車輪轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)，再根據(jù)設(shè)定的控制邏輯對(duì)車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算汽車的參考車速、各車輪的速度和減速度，確定各車輪的滑移率，并將滑移率與設(shè)定滑移率控制門限值進(jìn)行比較。若無(wú)車輪抱死（即所有車輪的滑移率均在設(shè)定的滑移率控制門檻值內(nèi)），ABS系統(tǒng)不起作用，制動(dòng)過程為常規(guī)制動(dòng)過程；當(dāng)某車輪的滑移率接近設(shè)定滑移率控制門檻值時(shí)，ECU發(fā)出指令給制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置（執(zhí)行器），使該車輪的制動(dòng)壓力保持一定；當(dāng)某車輪的滑移率超過了設(shè)定滑移率控制門檻值時(shí)，ECU發(fā)出指令給制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置，使該車輪的制動(dòng)壓力減小。由此可見，ABS制動(dòng)過程就是在制動(dòng)時(shí)，利用制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)制動(dòng)管路油壓高速地進(jìn)行“增壓一保壓一減壓”的循環(huán)調(diào)節(jié)過程，將各車輪滑移率范圍控制在最佳范圍內(nèi)，從而縮短制動(dòng)距離，提高車輪制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。

五、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)1．控制技術(shù)會(huì)進(jìn)一步提高2．系統(tǒng)的體積與質(zhì)量減小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化3．控制功能的擴(kuò)展和集成課題二ABS系統(tǒng)主要零部件的結(jié)構(gòu)與工作原理一、車輪轉(zhuǎn)速傳感器1．電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器（1）基本結(jié)構(gòu)電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器由電磁感應(yīng)傳感頭和信號(hào)轉(zhuǎn)子兩部分組成，其外形如圖7-14（a）所示。根據(jù)極軸的結(jié)構(gòu)不同，電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感頭又可分為鑿式極軸傳感頭、柱式極軸傳感頭等(分別見圖7-14(b)、(c))。（a）外形（b）鑿式極軸傳感頭（c）柱式極軸傳感頭圖7-14電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)圖1-電纜；2-永久磁鐵；3-外殼；4-感應(yīng)線圈；6-極軸；7-信號(hào)轉(zhuǎn)子（齒圈）

(2)工作原理電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的信號(hào)如圖7-15所示。電磁式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理與發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)中電磁脈沖信號(hào)發(fā)生器工作原理相同。交變信號(hào)的頻率與齒圈的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速成正比。因齒圈的齒數(shù)一定，因而輪速傳感器輸出的交變電壓信號(hào)的頻率只與相應(yīng)的車輪轉(zhuǎn)速成正比，所以通過輪速傳感器輸出的頻率信號(hào)就可以確定車輪的轉(zhuǎn)速。

圖7-15電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸出的電壓信號(hào)2.霍爾式輪速傳感器（1）基本結(jié)構(gòu)霍爾式輪速傳感器是利用霍爾效應(yīng)原理產(chǎn)生與車輪轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的電壓脈沖信號(hào)。傳感器也是由傳感頭和齒圈組成的，其傳感頭由永久磁鐵、霍爾元件和電子電路等組成，如圖7-16所示。（2）工作原理霍爾式輪速傳感器工作時(shí)，ECU給霍爾元件施加一個(gè)5V或8V的基準(zhǔn)電壓，永久磁鐵的磁力線穿過霍爾元件通向齒圈。當(dāng)齒圈位于圖7-16(a)所示位置時(shí)，穿過霍爾元件的磁力線分散，磁場(chǎng)相對(duì)較弱，產(chǎn)生的電壓信號(hào)也較??；當(dāng)齒圈位于圖7-16(b)所示位置時(shí)，穿過霍爾元件的磁力線集中，磁場(chǎng)相對(duì)較強(qiáng)，產(chǎn)生的電壓信號(hào)較大。(a)霍爾元件磁場(chǎng)較弱(b)霍爾元件磁場(chǎng)較強(qiáng)7-16霍爾式車輪轉(zhuǎn)速傳感器磁路1-霍爾元件；2-永久磁鐵霍爾元件輸出的毫伏級(jí)的準(zhǔn)正弦波電壓U1首先經(jīng)放大器放大為伏級(jí)電壓信號(hào)U2，然后送往施密特觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)U3，再送到輸出級(jí)放大成U4后輸送給ECU，如圖7-17所示。電子線路中的各等級(jí)波形如圖7-18所示。圖7-17霍爾式車輪轉(zhuǎn)速傳感器電子線路框圖圖7-18霍爾式車輪轉(zhuǎn)速傳感器電子線路中各級(jí)電壓波形圖二、電控單元（ABSECU）電控單元ABSECU是ABS系統(tǒng)的控制核心，ABSECU的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)主要由信號(hào)輸入電路、運(yùn)算電路、電磁閥控制電路以及安全保護(hù)電路等組成，如圖7-19為所示四傳感器四通道ABSECU的內(nèi)部電路框圖。圖7-19四傳感器、四通道控制ABSECU內(nèi)部電路框圖三、制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器是ABS系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其功用是接受ECU的控制指令，通過電磁閥的動(dòng)作控制車輪制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力。常見的制動(dòng)壓力的調(diào)節(jié)器主要有循環(huán)式制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器和可變?nèi)莘e式制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器兩種。1.循環(huán)式制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器1）結(jié)構(gòu)組成循環(huán)式制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器常用的電磁閥有三位三通電磁閥，基本結(jié)構(gòu)及工作位置如圖7-20所示。閥上有三個(gè)通道（即三通）分別與制動(dòng)主缸、輪缸及儲(chǔ)液器連接。ABSECU通過控制電磁線圈電流的大小使閥內(nèi)柱塞（可動(dòng)鐵心）有三種不同的工作位置（即三位）：增壓、保壓、減壓。（2）電動(dòng)液壓泵電動(dòng)液壓泵的作用是當(dāng)電磁閥在“減壓”過程中，將制動(dòng)輪缸流出的制動(dòng)液經(jīng)儲(chǔ)液器泵回制動(dòng)主缸。如圖7-21所示。（3）蓄壓器蓄壓器串聯(lián)在電動(dòng)液壓泵和電磁閥之間，用于儲(chǔ)存來(lái)自電動(dòng)液壓泵的高壓制動(dòng)液，以備在制動(dòng)過程中增加制動(dòng)壓力。氣囊式蓄壓器如圖7-22所示。(a)增壓(b)保壓(c)減壓圖7-20三位三通電磁閥的三種工作位置1-線圈；2-固定鐵心；3-電流；4-通主缸；5-通儲(chǔ)液器；6-通輪缸；7-可動(dòng)鐵心(a)柱塞上行(b)柱塞下行圖7-21電動(dòng)液壓泵1-凸輪；2-油泵柱塞;3-油泵；4-儲(chǔ)液器圖7-22高壓儲(chǔ)能器與電動(dòng)泵(a)蓄能器內(nèi)部結(jié)構(gòu)；(b)蓄能器與電動(dòng)泵的結(jié)構(gòu)l-氮?dú)猓?-膜片；3-高壓制動(dòng)液；4-壓力控制／壓力警示開關(guān)；5-蓄能閥；6-單向閻；7-限壓閥；8-回轉(zhuǎn)球閥式活塞泵；9-直流電動(dòng)機(jī)2）工作過程（1）升壓過程（常規(guī)制動(dòng)）：如圖7-23所示。

圖7-23常規(guī)制動(dòng)（升壓）過程1-傳感器；2-車輪；3-輪缸；4-電磁閥；5-ECU；6-柱塞；7-儲(chǔ)液器；8-泵；9-電動(dòng)機(jī)；10-線圈；11-液壓部件；12-主缸；13-踏板（2）保壓過程：當(dāng)ECU向電磁線圈通人一個(gè)較小的保持電流（約為最大電流的1/2）時(shí)，電磁閥處于保持壓力位置，如圖7-24所示。此時(shí)主缸、輪缸和回油孔相互隔離密封，輪缸中保持一定的制動(dòng)壓力。圖7-24保壓過程1-傳感器；2-車輪；3-輪缸；4-電磁閥；5-ECU；6-儲(chǔ)液器；7-泵；8=電動(dòng)機(jī)9-線圈；10-主缸；11-踏板（3）減壓過程：當(dāng)ECU向電磁線圈通人一個(gè)最大電流時(shí)，電磁閥處于減壓位置，此時(shí)電磁閥將輪缸與回油通道或儲(chǔ)液器接通，輪缸中制動(dòng)液經(jīng)電磁閥流人儲(chǔ)液器，輪缸壓力下降，如圖7-25所示。圖7-25減壓過程1-傳感器；2-車輪；3-輪缸；4-電磁閥；5-電子控制器；6-儲(chǔ)液器；7-泵；8-電動(dòng)機(jī)；9-線圈；10-液壓部件；11-主缸；12-踏板2．可變?nèi)莘e式制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器1）結(jié)構(gòu)組成可變?nèi)莘e式制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器是在原有的制動(dòng)管路中并聯(lián)一套液壓控制裝置，該裝置中有一個(gè)類似活塞的部件?？勺?nèi)莘e式制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器主要由電磁閥、控制活塞、液壓泵、儲(chǔ)能器等組成。2）工作過程(1)常規(guī)制動(dòng)ECU不給電磁線圈通電，電磁閥將控制活塞的工作腔與回油管路接通，控制活塞在強(qiáng)力彈簧的作用下推至最左端。活塞頂端推桿將單向閥打開，使制動(dòng)主缸與輪缸的制動(dòng)管路接通，制動(dòng)主缸的制動(dòng)液直接進(jìn)