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1、第二章 电子控制 防抱死制动系统 （ABS）,第一节 防抱死制动的基本理论,一、ABS的理论基础,1.汽车的制动性,汽车在行驶过程中，强制地减速以至停车且维持行驶方向稳定性的能力称为汽车的制动性。,评价制动性能的指标主要有：,（1）制动效能汽车在行驶中，强制减速以至停车的能力称为制动效能。,即汽车以一定的初速度制动停车所产生的：,制动距离,制动时间,制动减速度,（2）制动时的方向稳定性汽车在制动时仍能按指定方向的轨迹行驶，即不发生跑偏、侧滑、以及失去转向能力称为制动时的方向稳定性。,2.汽车制动时车轮受力分析,车速 车轮旋转角速度 惯性力矩 制动阻力矩 车轮法向载荷 地面法向反力 车轴对车轮的
2、推力 地面制动力 车轮半径 车轮切向速度，简称轮速,（1）制动器制动力F,制动蹄与制动鼓（盘）压紧时形成的摩擦力矩M通过车轮作用于地面的切向力F,（2）地面制动力FX,制动时地面对车轮的切向反作用力FX,（3）附着力 F,地面对轮胎切向反作用力的极限值F。,F、FX、F 之间的关系,3.硬路面上附着系数与滑移率s的关系,（1）制动过程中车轮的三种运动状态,第一阶段：纯滚动，路面印痕与胎面花纹基本一致； 车速 V = 轮速V,第二阶段：边滚边滑，路面印痕可以辨认出轮 胎花纹，但花纹逐渐模糊。 车速 V 轮速V,第三阶段：抱死拖滑，路面印痕粗黑。 轮速V = 0,若需增大Fx ，必须增大F 。F取
3、决于附着系数， 又受滑移率 s 的影响。,（2）滑移率S,定义： S =(VV)/V100%,（3）附着系数与滑移率 s 的关系,分析结论：,s 20%为制动稳定区域；,s 20%为制动非稳定区域；,将车轮滑移率 s 控制在20%左右，便可获取最大的纵向附着系数和较大的横向附着系数，是最理想的控制效果。,4.理想的制动控制过程,（1）制动开始:让制动压力迅速增大，使S上升至20%所需时间最短，以便获取最短的制动距离和方向稳定性。,（）制动过程中： 当S上升稍大于20%时，对制动轮迅速而适当降低制动压力，使S迅速下降到20%； 当S下降稍小于20%时，对制动轮迅速而适当增大制动压力，使S迅速上升
4、到20%；,结论：,车轮在制动过程中，ABS将以210次/秒的频率，对制动分泵制动液压力进行增压-保压-减压-保压的不断切换，使s稳定在20%是最理想的制动控制过程。,5.ABS的功用及优点,功用：控制实际制动过程接近于理想制动过程。,优点：,缩短制动距离（松软路面除外）；,汽车制动方向稳定性好；,汽车制动时的方向控制能力好；,减少汽车制动时轮胎磨损；,二、ABS的基本组成与工作原理,常规制动系统组成,制动总泵,制动踏板,制动分泵,制动管路,轮速 传感器,制动压力 调节器,ECU,ABS 警告灯,ABS组成,ABS是在常规制动基础上，又增设如下装置：,车轮轮速传感器,电子控制单元ECU,制动压
5、力调节器,ABS警告灯,2.ABS工作时的汽车车速必须大于9km/h，若低于该车速，制动时车轮仍可能被抱死。,3点说明：,1.ABS是在常规制动动的基础上工作，制动中车轮未抱死时，与常规制动相同；车轮趋于抱死时，ABS才工作，ECU控制制动压力调节器对制动轮分泵制动液压力进行实施调节。,3.常规制动系统发生故障，ABS随之失去控制作用；ABS出现故障，ECU关闭ABS，同时ABS警告灯点亮并存储故障码，但常规制动系统仍可正常工作。,三、ABS控制参数,1.以车轮滑移率为控制参数,根据车速和车速传感器的信号计算车轮的滑移率作为控制制动力的依据。 S高于设定值，ECU就会输出减小制动力信号，并通过
6、制动压力调节器减小制动压力；S低于设定值时，ECU就会输出增大制动力信号，并通过制动压力调节器增大制动压力，控制滑移率在设定的范围内。 已有用多普勒雷达测量车速的ABS。,2.以车轮角加速度为控制参数,ECU根据车轮的车速传感器信号计算车轮的角加速度作为控制制动力的依据。 ECU中设置合理的角加速度、角减速度门限值。 制动时，当车轮角减速度达到门限值时， ECU输出减小制动力信号；当车轮转速升高至角加速度门限值，ECU输出增加制动力信号。,第二节 ABS结构与工作原理,一、ABS控制方式及特点,控制通道,能够独立进行制动压力调节的制动管路；,（一）四传感器、四控制通道,特点：,（1）各制动轮压
7、力单独调节（轮控制）- 控制精度高；,（2）制动时可最大限度地利用每个车轮的附着力 - 方向稳定性好；,（二）四传感器、三控制通道,特点：,两前轮独立控制，两后轮一同控制（轴控制）；,按附着力较小车轮不发生抱死为原则进行制动压力调节-低选原则控制；,按附着力较大车轮不发生抱死为原则进行制动压力调节-高选原则控制；,汽车防抱死制动系统（ABS）的电控系统主要由三部分组成：,传感器 与 开关信号,电子 控制单元 （ECU）,执行器 或 执行元件,二、 ABS电控系统主要部件结构及工作,（一）传感器与开关信号,作用：,检测车轮转速，产生与轮速成正比的正弦交流信号，经整形、放大转变成数字信号送给ECU
8、，用于对制动压力调节器实施控制。,组成：,传感器一般采用磁感应式,传感器头（静止）：永久磁铁、感应 线圈、极轴； 齿圈（转动）：凸齿数40100不等；,1.轮速传感器,传感器头与齿圈间隙：0.60.7 mm；,安装位置： 齿圈：轮毂、制动盘； 传感器头：转向节、 制动底板；,工作原理：,齿圈随车轮转动，凸齿和齿隙不断交替在极轴下掠过，使铁心磁通发生变化，在感应线圈中产生交变信号电压，频率：f=306000Hz，电压幅值：U=115V。,2.减速度传感器,作用：监测汽车制动时的减速度，对轮速传感器产生的信息进行补充和修正，用于提高控制车轮滑移率的精确度。,常用型式： 差动变压器式； 水银式； 光
9、电式；,（1）差动变压器式,组成： 差动变压器：1个初级绕组N1；2个次级绕组N2和N3；可移动的铁心；,工作原理： 汽车正常行驶，铁心处于中间位置，N2和N3中产生相位相反的电压u2 和u3数值相同，变压器输出信号电压u0= 0； 当汽车制动时，在惯性力作用下，铁心移动， N2和N3 中产生相位相反的电压u2 和u3 数值不同，产生与车速成正比的信号电压u0 ，经信号处理电路处理后，送至ECU。,（2）水银式,组成： 壳体 玻璃管（水银、电极）,工作： 汽车在低附着系数路面行驶制动时，由于减速度小，水银在玻璃管内基本不动将两个电极连通，ECU将接收到一个传感器输出的高电平信号，按着低附着系数
10、路面上的控制程序控制ABS工作。,工作： 汽车在高附着系数路面行驶制动时，由于汽车制动减速度大，水银在玻璃管内由于惯性作用将产生移动，使两个电极断开，ECU将接收到一个传感器输出的低电平信号，按着高附着系数路面上的控制程序控制ABS工作。,工作： 此传感器还可以作为横向加速度传感器使用。汽车在高速急转弯制动时，由于横向加速度超过规定值，水银在玻璃管内由于惯性作用将产生移动，使两个电极断开，ECU将接收到一个传感器输出的低电平信号，ECU将控制修正左右车轮制动分泵制动液压力，提高ABS的制动性能。,（3）光电式,组成： 发光二极管 光敏三极管 遮光板,工作： 汽车匀速行驶，遮光板静止不动遮光，光
11、敏三极管截止，传感器无信号输出。,工作： 汽车制动减速行驶，遮光板摆动静止不动漏光。用两只光敏三极管导通或截止，可显示4种不同的减速度。,ABS ECU接收到制动状态下的不同减速度后，就可判定出路面状况，从而采取相应的控制措施。,3.常用的开关信号,（1）制动开关信号,用于启动ABS电控系统随时进行对制动中车轮滑移率的循环调节。,（2）电动回液泵工作状态监测信号,用于提供电动回液泵是否正常工作信号，若无该信号，ABS电控系统将自动停止工作。,（3）电磁阀工作状态监测信号,用于提供电磁阀是否正常工作信号，若无该信号，ABS电控系统将自动停止工作。,（4）储液筒制动液位监测信号,当储液筒制动液位低
12、于规定值时，ABS电控系统将自动停止工作。,（二）电子控制单元(ECU),现代汽车上采用的ABS ECU大多自成一体，独立安装在不同的位置。国产轿车上装用的ABS ECU多为组合体，统称叫控制模块。,液压控制单元由储液器、电动回液泵和电磁阀等组成。,控制模块由液压控制单元和电子控制单元组成。,电子控制单元ECU实际上就是一个计算机，由硬件和软件两部分组成。,软件：固存在只读存储器（ROM）中的一系列控制程序和参数（试验参数）。,硬件：由安装在印刷电路板上的一系列电子元器件构成，封装在金属壳体内（数字电路）。,1.ABS ECU的功用,接收轮速传感器及其它开关信号，并进行放大、整形、计算、比较，
13、按照特定的控制逻辑，分析、判断后输出指令，控制制动压力调节器执行制动压力调节任务。,2.ABS ECU的组成,目前，尽管各车用ABS ECU内部控制程序、参数不同，但一般均由以下几个基本电路组成。,输入电路,计算电路,输出电路,安全保护电路,(1)输入电路,其功用是：将轮速传感器产生的交变电压信号进行处理并将其模拟信号转换成数字信号，输入至计算电路。 输入电路同时还接收点火开关、制动开关、制动液位监测开关等外部信号，电磁阀继电器、电动回液泵继电器工作电路监测信号，并将这些信号处理后再送入计算电路。,输入电路由滤波、整形、放大电路组成。,(2)计算电路,计算电路的功用是：根据轮速传感器信号，计算
14、出车轮瞬时速度而后求知加（减）速度、初始速度、参考车速及滑移率。最后根据车轮加（减）速度和滑移率形成相应的控制指令，向电磁阀控制电路输出制动压力增大、保持、减小的控制信号。,计算电路由两个完全相同的微处理器组成：,其主要目的是：两个微处理器计算结果相同时，输出指令ABS工作。计算结果不同时，关闭ABS，防止出现错误控制。,计算电路不但能检测自己内部电路的工作过程，而且还能监测系统中有关部件的工作状态。 如：轮速传感器、电动回液泵电机及电磁阀工作电路等。 当监测到这些电路工作不正常时，会马上停止ABS工作。,(3)输出电路（电磁阀控制电路）,输出电路的主要功用是：,将计算电路输出的控制数字信号转
15、换成模拟信号，通过控制功率放大器驱动执行器（电磁阀）工作，完成对制动分泵制动压力调节任务。,(4)安全保护电路,安全保护电路主要由以下几个基本电路组成：,主要功用有3点：,a.电压转换功能：将12V或14V转换成ABS ECU内部工作所需的5V稳定电压。,电源监控电路,故障记忆电路,继电器驱动电路,ABS警告灯驱动电路,c.记忆功能：当ECU检测到ABS电控系统出现故障时，将故障信息储存在存储器中，以便维修时调用。,b.监控功能：电源电压过低、轮速传感器电压信号失常、计算电路、电磁阀控制电路有故障，使ABS停止工作，同时控制ABS警告灯点亮。,（三）执行器,1.电磁阀,执行ECU指令，对制动分
16、泵制动液压力进行实施调节。,常用的型式有：二位二通电磁阀和三位三通电磁阀,2.电磁阀继电器,3.电动回液泵继电器,4.ABS故障报警灯,（三）制动压力调节器,根据ECU指令，通过电磁阀的动作对车轮制动器制动液压力实施自动调节。,循环调压方式；,可变容积调压方式；,作用,调压方式,踏下 制动踏板,制动压力 调节器,轮速传感器,电动 回液泵,制动分泵,ECU,制动液,增 压,减 压,回 液,指 令,信号 电压,1.循环调压方式,结构简单 控制方便 被广泛采用,（1）电磁阀,作用： 接收ECU指令，通过控制阀门的切换，调节制动分泵压力，完成：增压-保压-减压-保压的循环调节。,型式： 三位三通电磁阀； 二位二通电磁阀,a.三位三通电磁阀制动压力调节器组成,制动总泵,电磁阀,制 动 分 泵,储液器,电 动 回 液 泵,结构： 线圈、铁心、衔铁套筒、软硬弹簧、进液口
