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1、2018/10/16,1,第八章 汽车电子防抱死制动系统,主讲: 高云,2,2018/10/16,第一节 概述,3,2018/10/16,一、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。,4,2018/10/16,即汽车以一定的初速度制动到停车所产生的：制动距离制动时间制动减速度,5,2018/10/16,（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。车轮抱
2、死时汽车的运行情况,6,2018/10/16,2.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 车轴对车轮的推力 地面制动力 车轮半径 车轮切向速度，简称轮速,7,2018/10/16,（1）制动器制动力,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 制动时地面对车轮的切向反作用力FX,8,2018/10/16,（3）地面制动力FX 、制动器制动力F及附着力F之间的关系,附着力地面对轮胎切向反作用力的极限值F。 附着力取决于轮胎与路面之间的摩擦作用及路面的抗剪强度。,9,2018/10/16,地面制动力
3、、制动器制动力及附着力之间的关系,10,2018/10/16,3.硬路面上附着系数与滑移率s的关系,观察车轮的三种运动状态,11,2018/10/16,（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,12,2018/10/16,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,13,2018/10/16,第三阶段：抱死拖滑，路面印痕粗黑。轮速V = 0观察车轮的三种运动状态,14,2018/10/16,若需增大Fx ，必须增大F 。F取决于附着系数， 又受滑移率 s 的影响。（2）滑移率S定义：s=(VV)/V
4、100%=(Vr.)/V100%,15,2018/10/16,（3）附着系数与滑移率 s 的关系,16,2018/10/16,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。,17,2018/10/16,4.理想的制动控制过程,（1）制动开始时，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
5、大制动压力，使S迅速上升到20%；,18,2018/10/16,结论： 车轮在制动过程中，以510 次/秒 的频率进行增压、保压、减压的不断切换，使s稳定在20%是最理想的制动控制过程。5.ABS的功用ABS的功用是控制实际制动过程接近于理想制动过程。,19,2018/10/16,ABS的发展,20,2018/10/16,当今世界汽车业正处于技术大变革、产业大调整时代。这一时代的主题是汽车的安全、节能、环保。而贯穿这一时代的主线是汽车的电子化、电气化、电脑化。,ABS：汽车主被动安全技术的核心,汽车电子是现代汽车技术发展的最主要驱动力。无论是燃油汽车、燃气汽车、还是电动汽车、智能汽车，汽车电子
6、都是它们的共性关键技术。,汽车工业是使用微处理器最多的工业。汽车电子占整车成本的比例在90年代已达到2530，未来将达到 30 50 。汽车电子的发展有力促进了信息产业的发展。,21,2018/10/16,汽车的主动安全包括：,防抱死制动；,制动力分配；,牵引力控制；,动力转向控制；,悬架控制，车身动态稳定控制，胎压控制，自适应巡航控制等。,22,2018/10/16,汽车的被动安全控制包括：,碰撞后保留有足够的生存空间；,减少二次碰撞造成的伤害；,防止成员被抛出车外；,乘员撞后出逃被救；,预防碰撞火灾。,碰撞吸能前保险杆；,2018/10/16,23,汽车防抱制动系统ABS基本单元,R,24
7、,2018/10/16,25,2018/10/16,.,BOSCH ABS/EBD/TCS/ESP集成系统,26,2018/10/16,高实时性要求 制动响应要快 毫秒级响应 (波音747客机1000km/h飞行，33s飞过9mm) 高控制精度要求 动力性、经济性、排放、安全性直接受控制精度影响 高可靠性要求 温度变化范围-40125 200km/h高速移动和剧烈震动 DC/DC变换器、电机带来的强烈电磁干扰 低成本、高产量要求 市场对价格的敏感性,适合大批量生产,汽车ABS制动系统的难点,N,27,2018/10/16,（1）第一阶段(19651980)：部件层次分立式半导体元件开始用于AB
8、S部件的开发； （2）第二阶段(19801995)：子系统层次采用微处理器及单片机用来完成信息的检测和处理，使得控制系统具有了数字化和智能化的特征。典型的防抱死制动系统有BOSCH 5.3 BENDIX 9/10 等。,ABS系统发展的三个阶段,28,2018/10/16,（3）第三阶段(1995-)：集成网络化层次采用先进的微电子技术，车载网络技术，集成智能功率器件、智能传感器、大容量EEPROM或者FLASHROM、专用集成电路等，形成了车上的分布式、网络化的主被动安全控制系统（Brake-by-Wire) ；整个车被联成一个多ECU、多节点的有机的整体，使得其安全性能也更加完善。,29,
9、2018/10/16,汽车电子系统发展趋势,功能多样化（从最初的单一制动发展到如今的各种控制功能，如自动巡航、自动启停、自动避撞等） 技术一体化（从最初的机电部件松散组合到如今的机液电磁一体化） 系统集成化（从最初的单一控制发展到如今的多变量多目标综合协调控制，如动力总成综合控制与集成安全联合控制系统等） 通讯网络化（从初期的多子系统分别工作到如今的分布式模块化控制器局部网络，如以CAN总线为基础的整车信息共享的分布式控制系统）,N,30,2018/10/16,ABS优点-无ABS 演示一,31,2018/10/16,有ABS 演示,32,2018/10/16,有无ABS在高速公路上追尾避让演
10、示,33,2018/10/16,汽车上为什么要装备ABS,1. 增加了汽车制动时的方向稳定性 2. 改善了汽车制动时的转向操纵能力 3. 缩短制动距离 4. 减少轮胎磨损,34,2018/10/16,ABS的分类、组成与系统功能,分类 1.按控制参数不同分类 2.按结构不同分类 3.按布置形式分类 4.按生产厂家分类 5.按控制通道分类,35,2018/10/16,(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
11、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。,1.按控制参数不同分类,36,2018/10/16,(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。,37,2018/10/16,按制动压力调节器的结构不同分类 机械柱塞式ABS 电磁阀式ABS,38,2018/10/16,按功能和布置形式不同分类 后轮ABS 四轮ABS,39,2018/10/
12、16,按生产厂家分类ABS 德国波许、戴维斯ABS 美国邦迪克斯ABS 美国达克ABS 日本OEM ABS,40,2018/10/16,按通道数目分类 四通道ABS 三通道ABS 二通道ABS 一通道ABS,41,2018/10/16,本节应掌握的主要内容,汽车制动时车轮受力分析 地面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系 硬路面上附着系数与滑移率s的关系 ABS的功用 ABS的基本组成 ABS的控制参数,返回目录,42,2018/10/16,第二节 ABS制动防抱死系统,ABS的组成和工作原理 ABS的传感器结构原理 ABS的执行机构结构原理 ABS的工作过程分析,43,2018/10/16
13、,一 、ABS的工作原理和组成,轮速传感器,电子控制单元,液压调节器,磁铁 线圈 齿圈,电磁阀 液压泵,1、组成,44,2018/10/16,ABS的工作原理和组成,2、工作原理,轮速传感器,电子控制器,执行机构,监测车轮状态,运算后向执行机构发出指令,增加制动压力保持制动压力降低制动压力,45,2018/10/16,传统制动系统工作原理,46,2018/10/16,ABS是在传统制动基础上，又增设如下装置：车轮轮速传感器电子控制单元ECU制动压力调节器ABS警告灯,47,2018/10/16,48,2018/10/16,ABS的组成,ABS由传感器、控制单元和液压控制单元组成,49,2018
14、/10/16,二、ABS的控制方式,ABS制动系统按照控制通道的控制方式可分为独立控制、低选控制、高选控制和修正的独立控制四种。,50,2018/10/16,独立控制,根据各个车轮速度传感器的信号来分别独立控制每个车轮制动分缸的制动力大小的方法称为独立控制。,51,2018/10/16,独立控制方式能使每个车轮都能达到最大的附着系数利用率，进而得到最佳制动效能，但在左右车轮处于不同附着系数的路面制动时，由于左右车轮上产生的不同制动力导致附加的横摆力矩，使得汽车失去稳定性，所以这种控制方式的优点是制动距离短，缺点是汽车在制动时的操纵性和制动稳定性较差。这种控制方式主要用于车辆的驱动轴和主要承载轴
15、，即轿车的前轴和中重型车的后轴。,52,2018/10/16,低选控制,当同一车桥上的两个车轮用同一个液压控制通道进行制动力控制时（两车轮制动力相等），根据两车轮中地面附着系数较低的一侧车轮状况来控制左右两个车轮的制动力的方法称为低选控制。,53,2018/10/16,这种控制方式不能充分利用附着系数，使得制动距离加长，但消除或减少了附加的横摆力矩，稳定性和操纵性较好。在左右两车轮地面附着系数相等时，制动距离与独立控制相等，在左右车轮附着系数不等时，制动距离略长，但制动时的稳定性得到改善。这种控制方式一般用于轿车的后轴。,54,2018/10/16,高选控制,当同一车桥上的两个车轮用同一个液压控制通道进行制动力控制时（两车轮制动力相等），根据两车轮中地面附着系数较高的一侧车轮状况来控制左右两个车轮的制动力的方法称为高选控制。这种控制方式能够充分利用附着系数，使得制动距离短，但附加的横摆力矩使得稳定性和操纵性较差。在左右两车轮地面附着系数相等时，制动距离与独立控制和低选控制相等，在左右车轮附着系数不等时，制动距离比低选控制短，但制动时的稳定性变差。这种控制方式一般用于轿车的前轴。,
