十四汽车防滑控制系统

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1、第十四章 汽车防滑控制系统 第一节 概述 第二节 防滑控制系统的基本组成及工作过程 第三节 防滑控制系统主要组成件的结构及工作原 理 第四节 制动压力调节器的调压方式及工作原理 第五节 轿车防滑控制系统 第六节 防滑控制系统的维护与检修 第一节 概述 汽车防滑控制系统就是对制动防抱死系统和驱动防滑系统的统称。 制动防抱死系统 (Anti-lock Braking System)，简称 ABS。 驱动防滑系统 (Acceleration Slip Regulation)，简称 ASR。它 也 被称为驱动力控制系统 (Traction Control System)，简称 TCS。 轮胎与路面的附

2、着关系：F=G F轮胎与路面间的附着力，N G 轮胎与路面间的垂直载荷，N 轮胎与路面间的附着系数。 由于轮胎与路面之间的垂直载荷和附着系数会随许多因素而变化， 因 此，轮胎与路面间的附着力实际上是经常变化的。 一、车轮滑动率对附着系数的影响 车轮相对于路面的滑动可分为滑移和滑转两种形式， 引入车轮滑动率的概念可以表征车轮运动中滑动成分所占 的比例。 1. 汽车在制动过程中，车轮可能相对于路面发生滑移，滑 移成分在车轮纵向运动中所占的比例可以由负滑动率表征 。 SB =(r-v) / v 100% -100% SB 0，车轮滑移所占成分越多， SB 越大。 2. 汽车在驱动过程中，驱动车轮可能

3、相对于路面发生滑转 ，滑转成分在汽车纵向运动中所占的比例可由正滑动率表 征。 SA=(r-v) / r100% 0 SA 100%，车轮滑转比例越大， SA 越大。 r -车轮滚动速度r V-车速 r V V 归 纳 n rv 车轮滑移 ， n=0，车轮完全抱死，SB=-100%，车轮纯滑移； n r=v ，SB=0 ，车轮纯滚动； n SB =(r-v) / v 100%=-1530%，即 nr=0.70.85v时，纵向附着系数最大。为此，汽车制 动时，为防止驱动轮纯滑移，要做到 v=0.70.85 r， 需装制动防抱死装置（ABS） n rv 车轮滑转 nv =0，车速为零，SA=100%

4、，车轮纯滑转； n r=v ，SA=0 ，车轮纯滚动； n SB =(r-v) / r 100%=1530%，纵向附着系数 最大。 为此，汽车起步、加速、转向时为防止驱动轮纯 滑转，要做到 v=0.850.95 r，需装驱动轮防滑装置 （ASR）或牵引力控制系统（TRC） 通过试验发现，在硬实路面上，弹性车轮与路面间的附着系 数和滑动率 S 存在如下图所示的关系。 二、防滑控制系统的作用与工作原理： 1.制动防抱死系统在制动过程中，通常将车轮滑移率控制 在10%20%的范围内。 制动防抱死系统 (ABS) 都是在制动过程中，通过调 节轮缸（或制动气室）的制动压力使作用车轮的制动力 矩 受到控制

5、，从而控制车轮的滑移率。 2.驱动防滑系统在驱动过程中，通常将车轮滑移率控制在 5%15%的范围内。 而防滑驱动控制系统(ASR) 在驱动过程中通常可以 通 过调节发动机的输出转矩、转动系的传动比、差速器的 锁 紧系数等控制作用于驱动车轮的驱动力矩，以及通过调 节 驱动车轮制动轮缸（或制动气室）的制动压力控制作用 于 驱动车轮的制动力矩。实现对驱动车轮牵引力矩的控制 。 第二节 防滑控制系统的基本组成及工作过程 一、ABS 的基本组成及工作原理 ABS 通常由车轮轮速传感器、制动压力调节器、 电子控制单元(ECU) 和 ABS 警示装置等组成。如图 1400 如图D-ZD-36动画所示：ABS

6、 的工作过程可以分 为常规制动、制动压力保持、制动压力减小和制动压力 增大等阶段。 1）常规制动（升压）状态 此时ABS系统不工作，制动轮缸与轮缸相通。如图： 2）保压状态 当转速传感器发出抱死危险信号时，电磁阀处于“保压”位置。此 时 主缸、轮缸和回油孔相互隔离密封，轮缸中制动压力保持一定。 3）减压状态 若“保压”命令发出后，车轮仍有抱死倾向，电磁阀将轮缸与回油 通道 或储液室接通，轮缸中的制动液经电磁阀流入储液室，轮缸压力下降 。 4）增压状态 当压力下降后车轮转速太快时，电控单元便切断通往电磁阀的电流 ， 主缸和轮缸再次相通，主缸中高压制动液再次进入轮缸，使制动力增加 。 ABS 系统

7、具有以下优点： 1. 增大了汽车制动时的稳定性。 2. 能缩短制动距离。 3. 改善了轮胎的磨损状况。 4. 使用方便，工作可靠。 二、ASR 的基本组成和工作原理 ASR/TCS 可以通过调节作用于驱动车轮的驱动力 矩 和制动力矩，在驱动过程中防止车轮发生滑转。目前在 ASR 系统中通常通过控制节气门开度和点火提前角的方 式 调节发动机的输出转矩，从而对作用于驱动车轮的驱动 力 矩进行调节。为了使驱动车轮的转速迅速降低，或者使 两 侧驱动车轮获得不同牵引力，通常ASR都可以通过对驱 动 车轮施加一定的制动力矩得以实现。 右图所示为一种较为典型的具有 制 动防抱死和驱动防滑功能 ABS/ASR

8、 防滑控制系统，其中ASR和ABS 共用 车轮转速传感器和电子控制单元 (ECU)，只在通往驱动车轮制动轮 缸 的制动管路中增设一个ASR制动 压力 调节器，在由加速踏板控制的主节 气 门上方增设一个由步进电机控制的 副 节气门，并在主副节气门处各设置 一 个节气门开度传感器，即可实现 ASR 控制。 ASR 制动液压系统： 下图中的 ASR 制动压力调节器主要包括制动供能装置（由电动泵和 储能器组成）和电磁控制阀总成（其中有三个二位二通电磁阀）组成 。 三、ABS和ASR的比较： u相同点： 1. ABS和ASR都是通过控制作用于被控制车轮的力矩， 而将车轮的滑动率控制在设定的理想范围之内，

9、从而 缩 短汽车制动距离或提高汽车的加速性能。 2. ABS和ASR 都要求系统具有快速的反应能力，以适 应 车轮附着力的变化；都要求控制偏差量尽可能达到最 小；都要求尽量减少调节过程中的能量消耗。 u不同点： 1. ABS对驱动和非驱动车轮都可进行控制，而ASR只对 驱动车轮进行控制。 2. 在ABS控制期间，离合器通常处于分离状态（手动变 速），发动机也处于怠速运转，而在ASR控制期间， 离 合器处于接合状态，发动机的惯性对ASR控制有较大 影 响。 3.在ABS控制期间，汽车传动系的振动较小，在 ASR控制期 间，很容易使传动系统产生较大的振动。 4.在ABS控制期间，各车轮之间的相互影

10、响不大 ，而在ASR 控制期间，由于差速器的作用会使驱动车轮之 间产生较大 的互相影响。 5. ABS只是一个反应时间近似一定的制动控制单 环系统， 而ASR却是由反应时间不同的制动控制和发动 机控制等组 成的多环系统。 四、控制通道 防滑控制系统中能够独立进行制动压力调 节的制动管路称为控制通道。 ABS按照控制通道数可分为 四通道系统图1401 三通道系统图1402 双通道系统图1403 单通道系统图1404 第三节 防滑控制系统主要组成件的结构及工作原理 一、车轮转速传感器 车轮转速传感器检测车轮的速度，并将速度信号输入防 滑 控制系统的电子控制单元。目前，用于防滑系统的转速 传 感器主

11、要有电磁式和霍尔式两种。 1.电磁式转速传感器 通过磁通量的变化产生感应电压,由传感头和齿圈两部分组成。 2.霍尔式转速传感器 优点：1.输出信号电压幅值不受转速的影响。 2.频率响应高 3.抗电磁波干扰能力强。 二、汽车减速度传感器 有些ABS系统中，为了获得汽车的纵向或横向减速度，在汽车的车身 上 安装有减速度传感器。如下图为采用水银开关的G传感器。 三、ABS制动压力调节器 ABS/ASR制动压力调节器的作用是接受电子控制单元(ECU)的指令， 通 过电磁阀的动作来实现车轮制动器制动压力的自动调节。它主要由电 磁 阀阀体、制动液储能室、储能器、制动主缸、液压助力器与电动泵等 组 成。如图

12、： 下面主要介绍ABS制动压力调压器。 1.电动泵 2.储能器 a.活塞弹簧式： b.气囊式： 3.电磁控制阀 ABS系统中都有一个或两个电磁阀体，其中有若干个电磁控制阀，分 别 控制前、后轮的制动。常用的电磁阀有三位三通阀和二位二通阀等。 (1)三位三通阀 (2)二位二通阀 4.压力控制、压力警告和液位指示开关 （四）电子控制单元 ABS电子控制单元一般由以下几个基本电路构成 1.输入极电路：将转速传感器输入的正弦交流信号转换成脉 冲方波信号。 2.运算电路：主要是进行车轮线速度、初始速度、滑动率、 加速度及减速度等的运算，以及调节器的电磁阀控制参 数的运算和监控运算 3.输出级（电磁阀控制

13、）电路：接受运算电路输入的电磁阀 控制参数信号，控制大功率三极管向电磁阀提供控制电路 。 4.安全保护电路：将汽车电源提供的12V或14V的电压变为 电 子控制单元内部所需的5V电压。对电源电路的电压进行 监 控，对故障信号进行监视，出现故障时停止ABS系统工作 。 点亮ABS警告灯，并储存故障码。 u电子控制单元内部电路如下图： uABS系统故障指示灯 第四节 制动压力调节器的调压方式及工作原理 一、ABS调压方式 （1）循环式制动压力调节器：电磁阀直接控制轮缸制动压力 现在以凌志LS400轿车的循环式制动压力调节器来说明 ABS系统的调压工作原理 循环式制动压力调节器是在制动总缸和轮缸之间

14、串联一电 磁阀，直接控制轮缸的制动压力，其特点是制动压力油路和 ABS控制压力油路相通。 组成：制动踏板机构、制动主缸、回油泵、储能器、电磁 阀、制动轮缸。 原理：第二节 已述 （2）可变容积式制动压力调节器： 间接控制制动压力 二、ASR调压方式 ASR制动压力调节器也可以采用流通调压方式进行防滑转制动压力 调 节，故ASR制动压力调节器也分为循环式和变容积式两种。 第五节 轿车防滑控制系统 以下以凌志LS400为例，介绍轿车防滑控制系统的组成和功 能。 LS400轿车的防滑驱动控制系统(TRC)为选装件，所以国内只 有 部分LS400制动防抱死系统中带有TRC。 一、LS400的制动防抱死

15、系统 (ABS) 凌志LS400不带TRC的防抱死制动系统零件位置如下图所 示。 在这一系统中，设有前轮左右轮速传感器各一个，后 轮 左右轮速传感器各一个，共四个车轮速度传感器检测车轮 的 转速；在ABS控制通道中，前轮系统是由确保转向性能的 左 右轮各一个通道组成，后轮系统则只装设一个通道。 该ABS系统由轮速传感器、制动压力调节器、电控单 元、控制电路等部分组成。原理和工作方式与前面几节中 介 绍的基本相同，故本节主要介绍带牵引力控制系统 (TRC) 的LS400轿车防滑系统。 二、牵引力控制系统 (TRC) LS400为后轮驱动车。其牵引力控制系统(TRC)是在 控 制发动机输出功率的同

16、时控制汽车的驱动轮制动系统，即 采 用发动机/制动器并用控制方法，控制驱动轮转速，它有助 于避免在起动和加速时容易出现的驱动轮打滑现象，并根 据 车速、路面状态控制汽车驱动轮的驱动力，和ABS系统相 结 合，保持制动滑移率在15%30%之间，达到最佳制动效 果。 下图为LS400 TRC 系统构成图，TRC系统由TRC和ABS ECU、TRC制 动 执行器、ABS执行器、车轮转速传感器、副节气门位置传感器和副节气 门 执行器组成。 该系统主要部件及工作原理： 1. 车轮转速传感器：与ABS系统合用，当需要进行防滑控制时才用到 。 2. 辅助节气门执行器：执行元件为一步进马达，接受ECU指令逐渐关 闭辅助节气门。 3.主、副节气门位置传感器：主节气门位置传感器用来检测节气门开度 ， 并将开度大小信号送入ECU。副节气门位置执行器根据来自ABS和 TRC ECU的信号，打开和关闭副节气门，以控制发动机输出功率。 4.TRC 制动执行器：TRC工作过程是由TRC泵和TRC 制动执行器来完