汽车防抱死制动系统(ABS).

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1、ABS系统,宣城市工业学校 李昱,2,概述 ABS的理论基础 ABS的构造与工作原理 ABS的控制技术 典型ABS举例,目 录,3,1、概述,车辆电子控制技术概况 防抱死制动系统 ABS工作原理简介 ABS的发展,4,车辆电子控制技术概况(1),问：,车辆中应用的机电一体化系统有多少种？,答：,几十种。,5,发动机： 汽油机燃油喷射控制系统 柴油机燃油喷射控制系统 泵喷嘴 共轨系统 增压器自动控制系统 发动机与变速器联合控制系统 柴油机启动控制系统 废气再循环自动控制系统 电子控制消声器 冷却系自动控制系统,底盘： 变速器自动控制系统 无级变速自动控制系统 离合器自动控制系统 电子控制动力转向

2、系统 主动、半主动悬架系统 电子控制空气悬架系统 防抱死制动系统 驱动力防滑转系统 车速自动控制系统 汽车无人驾驶系统,其它： 刮雨器自动控制 车窗开关自动控制 安全气囊 全自动空调 汽车导航系统,机电一体化系统,6,车辆电子控制技术概况(2),主要的车辆机电一体化系统,电子控制喷油系统 电子控制悬架系统 自动导航系统 防抱死制动系统 驱动防滑控制系统,提高了汽车的经济性、安全性、可靠性和舒适性，减少了汽车有害尾气的排放，降低了汽车的环境噪声污染 。,7,车辆电子控制技术概况(3),电子控制装置 占整车成本,8,防抱死制动系统及其功能,简称：ABS （Antilock Braking Syst

3、em ） 车辆制动效果的评价指标 制动距离短：车轮与路面之间的制动力尽可能大 制动跑偏、侧滑和失去转向能力：车辆与路面之间的侧向力越大越好 车轮抱死的危害 路面制动力减小 侧向力减小 防抱死制动系统的功能：防止车轮抱死,不带ABS的车 辆行驶表现,带ABS的车 辆行驶表现,9,ABS在车辆上的安装,10,液压制动原理简介,11,ABS工作原理简介,12,轮速传感器安装在汽车驱动轮上，连续不断地测取车轮的转速，并将这些信号传递给ABS ECU，电子控制单元将检测到的转速信号处理后与预先存储在电子控制单元中的参考值进行比较，如果车轮的角减速度急剧增大，表明该车轮即将抱死，ABS ECU指示执行器降

4、低该车轮制动轮缸的制动液压，车轮开始转动，当传感器的信号表明车轮又正常转动时，ABS ECU又发出指令升高车轮制动轮缸的制动液压，而执行器则根据电子控制单元的指令“降低”、“增大”或“保持”各车轮制动轮缸的制动液压，从而以脉冲形式（每秒约410次）进行制动压力的调节，将车轮的滑移率始终控制在最佳滑移率范围内，从而保证在制动过程中车轮与路面之间的地面制动力和侧向力最大，缩短制动距离，最大限度地保证制动时车轮的稳定性，提高安全性。,ABS工作原理简介,13,ABS的发展(1),1932: 英国专利“制动时防止车轮压紧转动车轮的安全装置”; 1936: 德国Bosch将电磁传感器用于测量车轮的转速;

5、 1978:德国Bosch将微处理器引入ABS控制; 估计：本世纪初，全世界汽车ABS装备的比率将达到90%以上。,14,汽车ABS仍需进一步提高系统的技术性能，提高系统元器件的可靠性，其发展趋势为： 1. ABS/ASR一体化: ASR是驱动力防滑转系统的英文缩写，全称为Anti-Slip Regulation。有时也称为驱动力控制系统，全称为Traction Control System，简称为TRC。ASR也是典型的机电一体化控制系统，其作用是在汽车的启动和加速过程中，控制传递到驱动轮上的驱动力矩，防止车轮空转，从而使启动和加速过程快速而稳定。由于ASR与ABS所需的工作部件和控制原理等

6、有许多相近的地方，ABS制造公司常将二者集成为一体，实现信息与资源的共享；,ABS的发展(2),15,ABS的发展(2),汽车ABS仍需进一步提高系统的技术性能，提高系统元器件的可靠性，其发展趋势为： 2. 减小体积，降低重量: 现代汽车装备的辅助装置越来越多，一方面汽车的重量随之增加，能耗与运行成本也相应地增加，另一方面，可供这些装置布置的空间受到限制，因此，减小ABS的体积，降低系统的总重量一直是ABS生产公司追求的目标；,16,ABS的发展(2),汽车ABS仍需进一步提高系统的技术性能，提高系统元器件的可靠性，其发展趋势为： 3. 基于CAN总线的多控制系统集成网络控制: 由于汽车上采用

7、的机电一体化控制装置越来越多，每个系统都有自己的ECU和传感器，装置和信息不能共享。采用基于CAN总线的多控制系统集成网络控制，将ABS与其它系统集成控制，可以节约成本，提高控制效率。,17,2、ABS的理论基础,制动过程中车轮的受力及运动分析 制动力系数与侧向力系数曲线 最佳滑移率范围,18,轮胎坐标系,19,制动力系数/侧向力系数,Fx : 沿X轴方向的分力,称为地面制动力 ，又称纵向力;,Fy :沿Y轴方向的分力，称为侧向力 ，或称横向力；,Fz：沿Z轴方向的分力，称为法向反作用力；,fx :称为制动力系数；,fy :称为侧向力系数。,20,制动滑移率:,S 制动滑移率； v 车辆行驶速

8、度； vR 车轮圆周速度； r 车轮动力半径； 车轮角速度。,显然，车轮作纯滚动时，车轮实际行驶速度与车轮滚动的圆周速度相等，即v=vR，制动滑移率为0；车轮作纯滑动，即车轮抱死时，车轮的圆周速度为零，即vR=0，制动滑移率为1；车轮既滚动又滑动时，制动滑移率在01之间。可见制动滑移率描述了制动过程中车轮滑移的程度，滑移率值越大，表明滑移越严重。,描述制动过程中的滑移程度,21,有侧偏角时的车轮滑移率,侧偏角：车轮滚动方向与车辆的行驶方向之间的夹角,绝对滑移率,侧向滑移率,纵向滑移率,以上讨论的是汽车在直线路面上行驶的情形。当汽车转向或行驶在弯曲的道路上时，由于惯性等因素的作用，车轮受到侧向力

9、的作用。此时车轮的滚动方向与汽车的行驶方向不一致，两者之间的夹角称为侧偏角。有侧偏角时的车轮滑移率定义如下 :,22,制动滑移率 与车轮运动状态的关系,S 纯滚动 S 边滚动边滑动 S 纯滑动 结论：滑移率描述了制动过程中车轮滑移的程度，滑移率值越大，表明滑移越严重。,23,制动力系数特性曲线,制动时轮胎与路面之间的制动力系数与滑移率有着密切的关系，这种函数关系通常用滑移率制动力系数特性曲线来描述,侧向力系数,24,侧向力系数特性曲线,由图可知，当侧偏角不超过5时，侧向附着系数随着侧偏角的增大近似线性地增大；当侧偏角范围达到510时，侧向力系数继续增大并达到最大值；当侧偏角再增大时，侧向力系树

10、反而有所下降。,侧向力系数,25,路面对制动力系数特性曲线的影响,侧向力系数,26,制动力系数特性曲线与车速的关系,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1,滑移率,V10km/h,40,10,25,40,干燥沥青路面,潮湿沥青路面,侧向力系数,27,不同侧偏角时 侧向力系数随滑移率变化的曲线,侧向力系数,28,不同滑移率时 侧向力系数随侧偏角变化的曲线,侧向力系数,29,最佳滑移率范围,0.00,0.20,0.40,0.60,0.80,1.00,1.20,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1,滑移率,侧向附着系数,纵向附着系数,最佳滑移率范

11、围,侧向力系数,30,3、 ABS的构造与工作原理,轮速传感器 ABS执行器 制动液压系统 电子控制单元ECU,31,小 结,车辆的制动性能与轮胎的附着性能密切相关； 轮胎的附着性能与轮胎的滑移率密切相关； 附着力滑移率特性曲线与路况、行驶工况密切相关； 最佳滑移率范围：0.10.3； 制动时的最差状况：轮胎抱死。,32,轮速传感器：构造,1、导线 2、永久磁铁 3、壳体 4、线圈 5、极轴 6、转子,33,轮速传感器的安装,转子：转子是一个带齿的圆环，由磁阻较小的铁磁性材料制成，随车轮一起转动的部件上，如半轴、轮毂或制动盘等，与车轮同步转动； 传感头：传感头根据极轴形状的不同可以分为凿式、菱

12、式和柱式极轴轮速传感头等，其内部结构基本相同，主要由永磁体磁芯、传感线圈和极轴等组成。传感头直接安装在车轮附近不随车轮转动的部件上，如半轴套管、转向节、制动底板等。,34,轮速传感器：工作原理,35,ABS执行器：2位2通进油阀构造,1、进油管滤清器 2、密封圈 3、阀体 4、阀座 5、滤清器 6、弹簧 7、阀芯 8、O形环 9、衔铁 10、密封盖 11、线圈 12、线圈架,36,ABS执行器：3位3通电磁阀构造,37,ABS执行器：2位2通出油阀构造,阀座 O形环 滤清支撑体 滤清器 密封圈 阀芯 弹簧 阀体 衔铁 线圈 线圈架,38,ABS执行器:常规制动时的 工作示意图,39,ABS执行

13、器: 常规制动时的 3位电磁阀和泵电机工作状态,40,ABS执行器: 压力降低时的工作示意图,41,ABS执行器:压力降低时的 3位电磁阀和泵电机的工作状态,42,ABS执行器: 压力保持时的 工作示意图,制动总缸,ABS ECU,单向阀 1,单向阀 2,单向阀 3,回位弹簧,A 孔关闭,B 孔关闭,2 A,12 V,C 孔,43,ABS执行器: 压力保持时的3位电磁阀和泵电机的工作状态,44,ABS执行器: 压力升高时的工作示意图,制动总缸,ABS ECU,单向阀 1,单向阀 2,单向阀 3,回位弹簧,A 孔打开,B 孔关闭,0 A,12 V,C 孔,45,ABS执行器: 压力升高时的3位电

14、磁阀和泵电机的工作状态,46,制动液压系统,47,电子控制单元ECU,48,小 结,ABS的三大组成部分：转速传感器、执行器和控制器ECU； 转速传感器的工作原理：电磁感应； ABS执行器的三大组成部分：电磁阀、泵电机和低压储液器； ABS控制器; ABS是附加在液压制动系统上的辅助控制系统。,49,4、ABS的控制技术,ABS的布置及通道 ABS控制方式 ABS控制方法 ABS控制过程,50,ABS的布置及通道,四通道式 三通道式 双通道式 单通道式,51,ABS的布置及通道：四通道式,压力控制阀,轮速传感器,52,ABS的布置及通道：三通道式,压力控制阀,轮速传感器,53,ABS的布置及通

15、道：二通道式,压力控制阀,轮速传感器,54,ABS的布置及通道：单通道式,压力控制阀,轮速传感器,四通道式制造成本高，制动过程中容易产生横摆力矩，ABS采用这种布置方式的很少。双通道式尽管制造成本低，但很难兼顾汽车对制动效能和方向稳定性的要求，ABS采用这种布置方式的也不多见。实际使用的ABS液压系统以三通道式居多。三通道式的前轮有两个独立的控制通道，后轮则只有一个控制通道，在下段的控制方式分析中我们可以看出，采用这种布置方式，可以充分利用两个前轮的附着力，同时保证制动过程中的方向稳定性。单通道式的控制通道一般布置在汽车的后桥上，其制造成本低，在一些轻型载货车上有较广泛的应用。,55,ABS控制方式,独立控制 低选择控制 高选择控制 修正的独立控制 智能选择控制,56,ABS控制方式：独立