现代汽车ABS原理.ppt

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1、现代汽车制动防抱死系统 AntiLock Braking System,关于ABS的讨论,我们记得在马路上看到大大小小的汽车尾部大多有一个标记“ABS”吗？ 知道这个ABS是干什么用的吗？ 这个ABS具体是如何工作的呢？,第一节 制动理论,汽车制动性：汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力。 制动性评价指标： 制动效能，制动距离与制动减速度 制动效能的恒定性，抗热衰退性能 制动时汽车的方向稳定性，制动时汽车不发生跑偏、测滑以及失去转向能力的性能。,常规汽车制动易出现的问题：,1.滑拖； 2.侧滑及甩尾； 3.失去转向控制能力。,原 因,车轮被抱死,讨论：

2、为什么制动时车轮会抱死？,下面我们一起来讨论以下汽车制动的原理,Tu车轮制动器中摩擦片与制动鼓相对滑动时的摩擦力矩，单位N.m。 Fxb是地面制动力 W是车轮垂直载荷。 Tp是车轴对车轮的推力。 Fz是地面对车轮的法向反作用力,影响汽车地面制动力的主要因素,地面制动力取决于两个摩擦付的摩擦力：1、制动器内制动摩擦片与制动鼓间的摩擦力；2、轮胎与地面间的摩擦力附着力。 制动器制动力由制动器结构参数决定。与制动踏板力成正比。 地面制动力、制动器制动力、附着力之间的关系,只有汽车具有足够的制动器制动力，同时地面又能提供高的附着力时，才能获得足够的地面制动力,制动时车轮和车体的速度,滚动与抱死拖滑,制

3、动时车轮从滚动到抱死拖滑是一个渐变的过程。,第一阶段、印痕形状与轮胎胎面花纹基本一致，车轮接近单纯滚动 车轮中心速度滚动半径车轮角速度,第二阶段、轮胎花纹印痕还可以辨别，但花纹逐渐模糊，轮胎边滚边滑，随着制动强度增加，滑动成分越来越大。 车轮中心速度滚动半径车轮角速度,第三阶段、形成一条粗黑印痕，车轮被制动器抱住，在路面上作完全的拖滑。 车轮角速度0,参数滑移率的引入,从前面的分析可以看出什么？ 随着制动强度增加，车轮滚动成分越来越少，滑动成分越来越多，为了量化这个过程，我们引入滑移率概念！,车轮中心速度,车轮滚动半径,车轮角速度,车轮纯滚动时：,滑动率s0,车轮纯拖滑时：,滑动率s100%,

4、制动力系数与滑移率的关系,制动力系数 ：地面制动力与垂直载荷之比,讨论：为什么在B点制动力系数达到最大？,侧向力系数和滑移率关系,通过这个图我们现在知道为什么车轮抱死时制动距离长，会产生测滑、甩尾等现象了吧！,总 结 滑移率s100%时，纵向附着力不大侧向附着力几乎消失，这意味汽车失去制动稳定性和转向操纵性。 滑移率s10%25范围内，可以同时得到较大的纵向和侧向附着力，这是安全制动的理想工作区域。 滑移率从零到最大纵向附着系数对应的滑移率的范围为稳定区域。这一区域的滑移率不是表明真正发生了滑动，是由于轮胎变形引起 滑移率从附着系数最高点到100%范围为不稳定区，一旦进入便迅速进入抱死状态。,

5、不同轮胎、路面的附着系数,讨论：3号曲线为什么在滑移率达到90%以上时附着系数反而上升了？,汽车制动稳定性,制动减速过程中能按照驾驶员意图改变行驶方向。 制动减速过程中能抵抗外力对汽车行驶方向的改变。,后轮处于抱死状态,有见过冬天冰雪路面上，汽车甩尾的现象吗？ 现在我们知道甩尾的原因了吧！,理想的制动过程,我们的目标是：保持制动时车轮滑移率始终在侧向附着系数较大，纵向附着系数最大的滑移率值领域，从而能得到维持转向能力和方向稳定性的充分大的侧向力和产生最大地面制动力。 要达到这个目标，理想的制动过程必须是：,ABS系统的引入,通过前面的讨论，现在我们知道为什么要采用ABS系统了吧？ 而且我们也知

6、道我们应用ABS所要达到的目标：车轮制动过程中不会抱死。,ABS系统发展历程,制动力调整装置设计思想的提出在20世纪20年代末，当时有人获得了这方面的一项专利(具体是谁就不知道了)。 五十年代，世界上第一台防抱死制动系统 ABS 在1950 年问世，首先被应用在航空领域的飞机上，Knorr 公司（位于慕尼黑，该公司是世界上最大的以生产制动系统著称的公司）的防抱制动装置 (ABS) 开始用于火车。当时的纯机械式测试接收记录装置还不能适应汽车技术的较高要求，所以当时的车用ABS起的效果不是很好。,ABS系统发展历程,70年代，奔驰公司开始设想并在新闻界宣称要在轿车、载货车和大客车上使用电控式ABS

7、，但尚无成熟的、大批生产的产品。1978年，奔驰公司首次在S级豪华型轿车上装用了ABS。1984年，开始在S级、SL级轿车和190E汽油喷射汽车上成批装备了ABS。从1992年10月至今，在德国，ABS已属各类轿车的基本装备。,ABS系统发展历程,目前，最新的ABS已发展到第5代,现今的ABS还有多方面的功能，比如： 1、BrakeAssist 制动辅助系统(BA) （EVA）东风标致307上应用。 2、ElectricBrakeforceDis-tribution电子制动力分配（EBD）广本奥德赛、派力奥、西耶那等，都在制动中说明是“ABS+EBD” 3、驱动防滑调整装置(ASR) 4、El

8、ectronicStabilityProgram电子稳定程序(ESP),ABS基本结构和工作原理,电子控制系统的结构,的控制过程：,当车轮制动时，安装在车轮上的传感器立即能感知车轮是否抱死，并将信号传给电脑，电脑会马上降低被抱死车轮的制动力，车轮又继续转动，转动到一定程度，电脑又施加制动，保证车轮既受到制动又不致抱死，这样不断重复，直至汽车完全停下来。电脑能在一秒钟之间对车轮进行几百次的检测，并同时对制动系统进行数十次的操纵，在“抱死-松开-抱死-松开”的循环工作过程中，使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态。,“抱死-松开-抱死-松开”：,“压力降低-压力保持-压力升高-压力保持- 压力降低”

9、的循环反复的过程。,ABS系统应用后的结果,思考作业：,1.装有ABS系统的车,制动距离一定会比没有装有ABS的车子大大缩短,这样的说法对吗?为什么? 2.汽车有了ABS系统,制动稳定性提高了,开车就可以更大胆了,对吗? 3.ABS在汽车的制动过程中一直工作吗?,ABS分类,根据ABS中控制通道和传感器数量不同，ABS可分为如下几种形式： 1)四传感器四通道（四轮独立控制方式）,特点：可对两前轮和两后轮独立进行制动压力控制，采用这种形式的汽车在紧急制动时可获得最短的制动距离和最好的操纵性。但在不对称路面上紧急制动时，由于作用于前后左右轮上的制动力不相同，汽车偏转力矩较大，方向稳定性不太好。,A

10、BS分类,2) 四传感器四通道（前轮独立后轮选控方式,特点：对于采用X形制动管路汽车，常采用这种方式，前轮独立控制，后轮按选择方式控制，即以易抱死的车轮（转矩较小的车轮）为标准，给两后轮施加相等的制动力矩控制车轮转动。汽车在不对称路面上紧急制动时偏转力矩减小，驾驶员容易控制汽车偏转,ABS分类,3)四传感器三通道式（前轮独立后轮低选控制方式）,特点：对于采用制动管路前后布置方式的汽车，常采用四传感器三通道式ABS来实现前轮左右独立控制，后轮低选择控制。,ABS分类,4)三传感器三通道式,ABS分类,除了以上介绍的几种形式外，在ABS历史上还出现过以下形式 四传感器二通道式 二传感器二通道式（用

11、于摩托车） 一传感器一通道式,讨论：下面的东风公司商用车采用的是什么形式的ABS？,几种形式的比较总结,四通道式、特点：附着系数利用率高，制动时可以最大程度的利用每个车轮的最大附着力。但是如果汽车左右两个车轮的附着系数相差较大(如路面部分积水或结冰)，会影响汽车的制动方向稳定性。广州本田即是使用四通道ABS装置。 三通道式、特点：汽车在各种条件下制动时都具有良好的方向稳定性。三通道ABS在小轿车上被普遍采用。 二通道式、特点：二通道式ABS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 一通道式、特点：结构简单，成本低等，在轻型载货车上广泛应用。,ABS的控制原理,一、预测

12、控制方案 预先规定控制参数及其设定值等控制条件，适时检测瞬间控制参数值与设定值比较，按照一定规律对调节器动作实施控制。,以车轮减速度为控制参数的单参数控制方式,以滑移率为控制参数的单参数控制方式,以上单参数控制方式特点,控制原理简单 以车轮减速度为控制参数控制方式，在汽车低速挡行驶时会出现测算得到的驱动轮车轮减速度达不到门限值，造成失去控制抱死。 以滑移率为控制参数控制方式，在汽车以低速挡行驶使驱动轮车轮减速度达不到设定值，近似汽车车体速度不存在无法算出滑移率，失去控制，抱死。 在制动时跨越高、低附着系数路面时，不能有效制，制动压力无法及时降低，导致车轮抱死。,以车轮减速度和加速度为控制参数的

13、控制方式,双参数控制方式优缺点,低速挡行驶紧急制动时，驱动轮车轮减速度值可能达不到预先设定的门限控制值，ABS无法控制制动压力，抱死。 制动时跨越低、高附着系数路面，控制反应迟缓，制动压力不能及时大幅度增加。,以车轮减速度、加速度及滑移率为控制参数的控制方式,预先设定4个门限值： 车轮减速度门限值a0及其控制信号a 车轮加速度门限值a1及其控制信号a 车轮滑移率上门限值S01及其控制信号S1 车轮滑移率下门限值S02及其控制信号S2,三参数控制方式优缺点,优点：解决了前面单、双参数控制方式的三大缺点（低速挡行驶制动时驱动轮易抱死，从高附着系数路面向低附着路面跃变时车轮易抱死，向高附着系数路面跃

14、变时出现过度减压） 缺点：制动控制相应滞后；由于传动系统的扭曲振动，导致ABS误判。,模仿控制方案,除了以上通过预设控制参数门限值，为了适应道路条件的复杂性，还应具备以下功能： 准确、及时识别各种路面 对制动滞后量给出相应修正 对不同挡位所产生的不同转动惯量给出相适应的修正,模仿控制方案：在汽车制动过程中，自动记录前一个制动压力控制周期各参数，对这些参数分析判断后，重新设定下一个控制周期的控制条件进行更有效的控制。,ABS控制原理实例,一、轮速传感器 电磁式转速传感器,ABS组成结构和工作原理,轮速传感器的安装,电磁式轮速传感器工作原理,电磁式轮速传感器工作原理,霍尔式轮速传感器工作原理,霍尔

15、式轮速传感器优点,输出信号电压幅值不受转速影响，在汽车电源12V条件下，输出信号电压保持在11.512V不变。 频率响应高。 抗电磁波干扰能力强。,ABS的电子控制单元ECU,ABS的电子控制单元ECU,尽管ECU内部程序不同，但结构基本一样 1、输入电路（滤波、整形、放大电路） 2、运算电路（由两个完全相同MCU组成，目的是两个MCU同时计算，结构相同时ABS工作，结果不同时，关闭ABS） 3、输出电路 4、安全保护电路（电源监控、故障记忆、继电器驱动、ABS警示灯驱动电路等）,ABS的电子控制单元ECU,讨论：从这个ECU我们能否看出它是和什么类型的ABS系统配套的？,ECU的安全保护功能

16、,1）系统静态自检：检查运算电路中ROM数据是否发生变化；对RAM进行数据输入和输出判断是否正常；对A/D进行检查；对故障反馈电路进行检查。 2）汽车起步时动态自检：自动使电磁阀动作，比较其开关阻力，判断工作是否正常；对轮速传感器信号进行确认；对电动机进行动作检查，判断是否工作正常； 3）行驶中定时自动自检：检查内部电压是否5V；监视对比MCU运算结果；对MCU时钟脉冲频率检查；对ROM检查；,执行器制动压力调节器,作用：接受ECU控制，调节制动系统制动压力，实现ABS功能。 分类： 气压式、液压式 分离式（波许ABS2S）整体式（德尔科ABS V1） 流通式（常见）、变容积式,流通式制动压力

17、调节器工作原理,电磁阀直接串接于汽车原有制动管路中，以其内部不同的连同形式直接控制制动压力增、减、保压。,流通式制动压力调节器工作原理（1）,常规制动状态,流通式制动压力调节器工作原理（2）,减压状态,流通式制动压力调节器工作原理（3）,讨论：根据前面学习的工作原理，我们分析一下这是什么工作状态？,流通式制动压力调节器工作原理（4）,讨论：根据前面学习的工作原理，我们分析一下这是什么工作状态？,可变容积式制动压力调节器工作原理（1）,可变容积式制动压力调节器工作原理（2）,可变容积式制动压力调节器工作原理（3）,可变容积式制动压力调节器工作原理（4）,ABS系统实例,BOSCH ABS 2S系统 简介：该系统是4传感器3通道类型，分离式ABS，由轮速传感器、ECU、ABS调压器组成。,BOSCH ABS 2S调压器,由3个三位三通电磁阀、1个电动回液泵和2个储液器组成,BOSCH ABS 2S 控制系统图,