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1、 汽车防滑控制系统1 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。轮胎与路面的附着关系：F =GF轮胎与路面间的附着力，NG 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。 1.1 车轮滑动率对附着系数的影
2、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% （1）-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% (2)0 SA 100%，车轮滑转比例越大， SA 越大。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 1
3、所示的关系。 图 1 附着系数与滑动率的一般性关系1.2 防滑控制系统的作用与工作原理使汽车能够自动地将车轮控制在纵向和横向附着系数都很大的滑动率范围内。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；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。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，从而控制车轮的滑移率。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
4、（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。2 防滑控制系统的基本组成及工作过程2.1 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 2： 1 车轮转速传感器 2 右前制动器 3 制动主缸 4 储液室 5 真空助力器 6 电子控制单元 7右后制动器 8 左后制动器 9 比例阀 10ABS 警告灯 11 储液器 12 调压电磁阀总成 13 电动泵总成 14 左前制动器图 2 典型 ABS 系统的组成如图 3 所示：ABS 的工作过程可以分为常规制动、制动压力保持、制动压力
5、减小和制动压力增大等阶段。2.1.1 常规制动阶段（ABS 并不介入制动压力控制）图 3 常规制动阶段2.1.2 制动压力保持阶段 图 4 制动压力保持阶段2.1.3 制动压力减小阶段图 5 制动压力减小阶段2.1.4 制动压力增大阶段 图 6 制动压力增大阶段2.2 ABS 系统具有以下优点（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。2.3 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
6、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。图 7 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。 图 7 ASR 制动液压系统2.4 ABS 和 ASR 的比较2.4.1 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，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
7、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。2.4.2 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。（
8、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。2.5 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、三通道系统、双通道系统和单通道系统，其布置形式多样，如图 8： 图 8 ABS 系统布置示意图3 防滑控制系统主要组成件的结构及工作原理3.1 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要有电磁式和霍尔式两种。1 齿圈 2 传感头 3 制动盘 4 托架 5 轴座图 9 转速传感
9、器在车轮上的安装位置3.1.1 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。1 电缆 2 永磁体 3 外壳 4 感应线圈 5 极轴 6 齿圈图 10 电磁式转速传感器剖视图3.1.2 霍尔式转速传感器1 永磁体 2 霍尔元件 3 齿圈图 11 霍尔转速传感器示意图3.2 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。3.3 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。 图 12 水银开关 G 传感器3.4 ABS 制动压力调节器AB
10、S/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。下面主要介绍ABS 制动压力调压器。3.4.1 电动泵1 控制开关 2 警告开关 3 限压阀 4 出油口 5 单向阀 6 滤芯 7 进油口 8 电动机图 13 电动泵3.4.2 储能器（1）活塞弹簧式：1 储能器 2 回油泵图 14 活塞弹簧式储能（2）气囊式：1 压力开关 2 隔膜 3 储能器壳图 15 气囊式储能器3.4.3 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
11、，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3.4.4 压力控制、压力警告和液位指示开关3.5 电子控制单元（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）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
12、进行监视，出现故障时停止 ABS 系统工作。4 制动压力调节器的调压方式及工作原理4.1 ABS 调压方式4.1.1 循环式制动压力调节器电磁阀直接控制轮缸制动压力4.1.2 可变容积式制动压力调节器间接控制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（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。（2）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。（3）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
13、轮缸，使制动力增加。4.2 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。5 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。5.1 LS400 的制动防抱死系统 (ABS)LS400 不带 TRC 的防抱死制动系统零件位置如下图所示：图 16 不带 TRC 的防抱死制动系统零件位置在这一系统中，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
14、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。5.2 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
15、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。图 175.3 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）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 制动执行器来完成的。制动执行器是用来传送液压并释放从制动分泵来的液压。（5）ABS 和 TRC ECU 控制逻辑（6）障保护功能6 防滑控制系统的维护与检修6.1 使用与维修中的一般注意事项（1）拆装系统中的电器元件和线束插头，应先断开点火开关。（2）不可用充电机起动发动机，也不要在蓄电池与汽车电系连接的情况下，对蓄电池进行充电。（3） 避免电子控制单元受到碰撞和敲击。（4）在高温环境（如烤漆作业）下，应拆下电子控制单元；在焊接电器元件与线路时，应拔下线束插头。（5）不要让油污沾染电子控制
