汽车电器课件 (9)教材

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1、汽车电器与电子技术 第9章 电子控制防抱死制动系统ABS 主讲：贠海涛 本章主要内容 n 防抱死制动系统的作用 n 防抱死制动系统的分类 n 防抱死制动系统的控制原理 n 防抱死制动系统的基本组成以及各部件的结构和功能 n 重点：防抱死制动系统的控制原理。 防抱死制动系统简称ABS(Anti-lock Braking System)，是汽车主动安全控制装置。 当汽车制动前轮抱死时，汽车会失去转向能力，后 轮抱死时会造成汽车急转甩尾。 防抱死制动系统就是在制动过程中防止车轮被制动 抱死，提高制动减速度、缩短制动距离，能有效地提高 汽车的方向稳定性和转向操纵能力，保证汽车的行驶安 全。 ABS系统

2、对汽车性能的影响主要表现在减少制动距离 、保持转向操纵能力、提高行驶方向稳定性以及减少轮 胎的磨损方面。 9.1 概 述 9.1 概 述 ABS最初的应用始于飞机。20世纪40年代末，ABS在 波音47飞机上应用，以后ABS成为飞机上的标准件。但这 种采用真空管的ABS在汽车上应用则性能达不到要求，加 之其体积大、成本高等缺点，因此在汽车上的实用意义 不大。1971年，德国博世公司首次推出了电子ABS，并从 开始的集成电路控制，发展为用微机控制。从此，ABS在 汽车上的应用得以迅速的发展，其控制形式也从二轮防 抱死控制发展为四轮防抱死控制。现在，ABS作为汽车的 主动安全装置，已成为汽车上的标

3、准装备或选装装备。 防抱死制动系统的发展概况 1普通制动系器的问题 (1) 车轮制动力分析 如果忽略车轮及与其 一起旋转部件的惯性力矩 和车轮的滚动阻力，汽车 制动时车轮的受力情况如 图所示。 9.2 防抱死制动系统的作用 9.2 防抱死制动系统的作用 地面对车轮的切向反作用力Xz使车辆产生减速度，称 之为地面纵向制动力；地面对车轮的横向反作用力XH可阻 止车轮侧向滑移，称之为地面防侧滑力。 地面制动力是在制动器的制动力矩作用下产生的，在 车轮没有拖滑时，地面制动力主要取决于制动器制动力矩 的大小，即： XZ = MZr0 最大地面制动力:XZMzZ = zW z地面纵向附着系数 在紧急制动情

4、况下，地面纵向附着系数对制动效果有 着直接的影响。最大地面防侧滑力： XHMHZ = HW H地面横向附着系数 故地面横向附着系数的大小对防止车辆侧滑、甩尾起 着决定性的作用。 9.2 防抱死制动系统的作用 (2) 滑移率与制动效果 滑移率S的定义如下： 车轮被完全抱死时， = 0，S = 100；车轮作纯滚动 时，r0=V，S=0。通过试验研究，某种路面的地面附着 系数与滑移率之间的关系如图所示。 9.2 防抱死制动系统的作用 9.2 防抱死制动系统的作用 (3) 普通制动器的问题 普通制动器在紧急制动时由于制动器的制动力过大 而将车轮抱死，这时的滑移率=100%，因此就有这样的问 题：纵向

5、附着系数不是最大，降低了地面制动力而使制 动距离延长了；横向附着系数为零，地面对车轮无防侧 滑能力，易出现车辆侧滑和甩尾；轮胎拖滑而造成的与 地面的剧烈摩擦，使轮胎的磨损加剧。 9.2 防抱死制动系统的作用 2制动防抱死控制的作用 制动防抱死控制就是在汽车制动时，自动控制制动 器制动力的大小，使车轮不被抱死，处于边滚边滑，滑 移率S20%左右的状态，以保证车轮与地面有良好的附 着力，从而提高汽车制动的安全可靠性。 9.3 防抱死制动系统的基本组成 防抱死制动系统(ABS)是在普通制动系统的基础上， 配置了防止车轮抱死的电子控制系统。 9.3 防抱死制动系统的基本组成 9.4 防抱死制动系统的控

6、制方式 防抱死电子控制系统由传感器监测汽车制动时车轮是否 抱死，在车轮不会被抱死的普通制动过程中，控制器无 控制信号输出，汽车的制动力完全由司机踩在制动踏板 上的力量来控制。在车轮会被抱死(如紧急制动或是在松 滑路面行驶中制动)的情况上，控制器就会根据传感器反 映制动车轮抱死情况的信号迅速作出反应，及时输出控 制信号，通过执行机构(制动压力调节器)对制动器的制 动力进行调整，使车轮不被抱死。 9.5 防抱死制动系统的分类 按控制器所依据的控制的参数不同分 按功能和布置的形式不同分 按系统控制方案不同分 按控制通道和传感器数不同分 9.5 防抱死制动系统的分类 1按控制器所依据的控制的参数不同分

7、 v 以车轮滑移率S为控制参数的ABS v 以车轮角减速度为控制参数的ABS v 以车轮角减速度和滑移率为控制参数的ABS 9.5 防抱死制动系统的分类 (1) 以车轮滑移率S为控制参数的ABS 控制器根据车速传感器和车轮转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。当计算得到的滑 移率S超出设定值时，控制器就输出减小制动力信号，通 过制动压力调节器减小制动压力，使车轮不被抱死；当滑 移率S低于设定值时，控制器输出增大制动力信号，制动 压力调节器又使制动压力增大。通过这样不断地调整制动 压力，控制车轮的滑移率在设定的最佳范围内。 这种直接以滑移率为控制参数的ABS需要得到准确的 车

8、身相对于地面的移动速度信号和车轮的转速信号。车轮 转速信号容易得到，但取得车身移动速度信号则较难。有 用多普勒(Doppler)雷达测量车速的ABS，但到目前为止， 此类ABS应用还很少见。 9.5 防抱死制动系统的分类 (2) 以车轮角减速度为控制参数的ABS 控制器主要根据车轮转速传感器的信号计算车轮的 角加速度，作为控制制动力的依据。计算机中事先设定 了两个门限值：一个角减速度门限值，作为车轮已被抱 死的判断值；一个为角加速度门限值，作为制动力过小 而使车轮转速过高的判断值。制动时，当车轮角减速度 达到门限值时，控制器输出减小制动力信号；当车轮转 速升高至角加速度门限值时，控制器则输出增

9、加制动力 信号。如此不断地调整制动压力，使车轮不被抱死，处 于边滚边滑的状态。 这种控制方式传感器信号容易取得，结构较为简单 ，但仅以车轮角减速度作为控制参数，其控制精度较低 。 9.5 防抱死制动系统的分类 (3) 以车轮角减速度和滑移率为控制参数的ABS 以车轮角减速度和滑移率为控制参数的ABS其控制精 度较高，制动时车轮在最佳转速值上下波动的范围小。 为使结构简单，目前汽车上广泛使用的ABS，通常是利用 车轮转速传感器信号计算得到一个参考滑移率。 9.5 防抱死制动系统的分类 2按功能和布置的形式不同分 (1) 后轮防抱死ABS 只对汽车的后轮进行防抱死控制，这种ABS在轿车上 已很少应

10、用，现在一些轻型载货汽车上还有使用。 (2) 四轮防抱死ABS 对汽车的前后四轮都实施防抱死控制，现代汽车基 本上都采用了四轮防抱死制动系统。 9.5 防抱死制动系统的分类 3按系统控制方案不同分 (1) 轴控式ABS 根据一个车轮转速传感器(或轴转速传感器)信号共 同控制同一轴上的两车轮，这种控制方案多用于载货汽 车。轴控式又分低选控制(由附着系数低的车轮来确定制 动压力)和高选控制(由附着系数高的车轮来确定制动压 力)两种方式。 (2) 轮控式ABS 即单轮控制，即每个车轮均根据各自车轮转速传感 器信号单独进行控制。 (3) 混合式ABS 系统中同时采用轴控式和轮控式两种控制方式。 9.5

11、 防抱死制动系统的分类 4按控制通道和传感器数不同分 ABS系统中的控制通道是指能独立进行制动压力调节 的制动管路，按控制通道分有四种。 l单通道式ABS l双通道式ABS l三通道式ABS l四通道式ABS 9.5 防抱死制动系统的分类 (1) 单通道式ABS 通常是对两后轮采用轴控方式，车轮转速传感器有 一个或两个，采用一个轮速传感器的将传感器安装在后 桥主减速器处，采用两个轮速传感器的则在后轮上各装 一个，并采用低选控制。由于前轮未进行防抱死控制， 因而汽车制动时的转向操纵性没有提高。但单通道ABS结 构简单、成本低，因此在一些载货汽车上还有应用。 9.5 防抱死制动系统的分类 9.5

12、防抱死制动系统的分类 (2) 双通道式ABS 双通道ABS有不同的形式，如图所示。双通道结构 比较简单，但难以同时兼顾制动时的方向稳定性、转向 操纵性及制动效能，因此目前在汽车上已很少使用。 9.5 防抱死制动系统的分类 (3) 三通道式ABS 三通道ABS一般是前轮采用轮控式，后轮采用低选轴 控式。 (4) 四通道式ABS 四通道ABS四个车轮均采用轮控式。 9.6 防抱死制动系统(ABS)的控制原理 1ABS的控制方法 高性能的ABS必须确保汽车在各种路况下制动时，均 能使车轮处获得尽可能大的防侧滑力和纵向制动力，同 时使车轮的制动力矩变化幅度尽可能小。 ABS的控制方法主要： v 逻辑门

13、限值控制方法 v 最优化控制方法 v 滑动模态变结构控制方法 由于可靠性、结构、成本等方面的原因，目前大量 采用的是逻辑门限值控制方法。 9.6 防抱死制动系统(ABS)的控制原理 逻辑门限值控制方法以车轮角减速度和角加速度为 制动压力控制门限，以滑移率为辅助控制门限。 控制器根据车轮转速传感器信号计算得到角减速度 和角加速度比较容易，但要得到实际的滑移率，就需要 用多普勒雷达或加速度传感器测定车速，这使得ABS的结 构变得复杂，成本很高。目前广泛使用的ABS通常用车轮 转速信号和设定一个车辆制动减速度值来计算得到参考 滑移率。门限减速度、门限加速度及车辆制动减速度值 均通过试验确定，不同车型

14、，不同的ABS一般不具有通用 性。 9.6 防抱死制动系统(ABS)的控制原理 2ABS的控制过程 (1) 高附着系数路面的制动控制过程 (2) 低附着系数路面的控制过程 (3) 制动中路况突变的防抱死控制过程 （1）高附着系数路面的制动控制过程 9.6 防抱死制动系统(ABS)的控制原理 在制动的初始阶段，随着制动压力的上升，车轮速度下降，车 轮的减速度增大。当车轮减速度达到门限值-a时(第1阶段末)，计算 得到的参考滑移率未达门限值s1。因此，控制系统使制动压力进入 保持阶段(第2阶段)，以使车轮充分制动。 当参考滑移率大于门限值s1时，则进入制动压力减小阶段(第3 阶段)。随着制动压力的

15、减小，车轮在惯性力的作用下开始加速，当 车轮的减速度减小至门限值-a时，又进入制动压力保持阶段(第4阶 段)。此阶段由于汽车惯性的作用，车轮仍然在加速，车轮加速度达 到加速门限值+a时，仍然保持制动压力，直到车轮加速度超过第二 门限值+A(+A为适应附着系数突然增大而设)。这时，制动压力再次 增大(第5阶段)，以适应附着系数的增大。随着制动压力的增大，车 轮加速度下降，当车轮加速度又低于+A时，进入制动压力保持阶段( 第6阶段)，直到车轮加速度又回落至+a以下。这时的压力稍有不足 ，对制动压力的控制为增压、保持的快速转换(第7阶段，制动压力 有较小的阶梯升高率)，以使车轮滑移率在理想滑移率附近

16、波动。当 车轮减速度再次超过a时，又开始进入制动压力减小阶段(第8阶段) ，此时制动压力降低不再考虑参考滑移率门限值，进人下一个控制 循环过程。 （1）高附着系数路面的制动控制过程 9.6 防抱死制动系统(ABS)的控制原理 (2) 低附着系数路面 的控制过程 汽车在低附着系 数路面行驶中制动时 ，在较低制动压力时 就可能使车轮抱死， 且需要更长的时间加 速才能走出高滑移率 区。因此，低附着系 数路面的防抱死控制 与高附着系数路面的 有所不同，其控制过 程如图所示。 9.6 防抱死制动系统(ABS)的控制原理 低附着系数路面的防抱死控制的第1与第2阶段与高 附着系数路面控制过程的第2、第3阶段相似。 当进入制动压力保持阶段(第3阶段)后，由于附着系 数小，车轮的加速很慢，在设定的制动压力保持时限内 车轮加速度未能达到门限值+a，ECU由此判定车轮处于低 附着系数路面，并以较小的减压率使制动压力降低，直 到车轮加速度超过+a。此后，系统又进入制动压力保持 阶段(第4阶段)。当车轮加速度又低于+a时，系统以较低 的