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1、第四章 底盘电子控制系统,4.1 汽车防抱死制动系统,汽车防抱死制动系统（Anti-lock Braking System，简称ABS）是在传统的制动系统的基础上采用电子控制技术，在制动时防止车轮抱死的一种机电一体化的汽车主动安全控制系统。,汽车防抱死制动系统,电子控制单元,电磁阀或称压力调节器,轮速传感器,定义,汽车防抱制动控制系统的作用,在车辆紧急制动时，驾驶员脚踩制动踏板的制动压力过大时，通过轮速传感器，电子控制单元ECU可以检测到车轮有抱死的倾向，此时电子控制单元ECU控制电磁阀动作以减小制动压力。当车轮轮速恢复并且轮胎与地面摩擦力有减小趋势时，电控单元控制电磁阀增加制动压力。这样能够
2、使车轮一直处于最佳的制动状态，最有效地利用地面附着力，得到最佳的制动距离和制动稳定性。,最早的汽车制动防抱死系统ABS专利是英国在1932年发布的专利382241，防抱死系统的实际应用被认为始于1943年，首先是用于铁路上，美国的西屋公司开始批量生产用于火车上的防抱死制动系统。而飞机发展的需要进一步推动了ABS的发展。至上世纪40年代末50年代初，ABS系统已广泛地应用于飞机上。 1951年Goodyear航空公司将ABS系统装于载重车；1954年福特汽车公司在林肯牌轿车上装用法国航空公司的ABS装置。60年代开始应用电磁传感器探测车轮轮速，控制部分主要是机械式的，系统相对简单，只有在特定的车
3、辆参数和工况下防抱死效果显著；70年代电子技术有了很大的发展。70年代初期ABS系统的制造厂家采用分离元件的电子线路，控制器体积较大，有多达上千个元件，并且可靠性较差，难于实用化。在70年代中期，由于大规模集成电路的应用，ABS控制器由上千个元件减少到几百个元件，大大缩小了控制器的体积，并增强了可靠性。但控制功能的实现是靠硬件构成的逻辑电路，这决定了控制器不可能实现复杂的控制逻辑。1978年ABS系统有了突破性的发展。德国BOSCH公司与奔驰公司合作研制出三通道车轮带有数字式控制器的ABS系统，并批量装备于奔驰轿车上。由于微处理器的引入，使ABS系统开始具有了智能。从而奠定了现代ABS的基础和
4、基本模式，80年代以后，ABS在技术上得到了很大的发展，许多汽车零部件公司纷纷开始生产ABS产品，汽车新车的ABS装车率在美国等西方发达国家已超过90%以上。,汽车防抱制动系统的发展历程,4.1 汽车防抱死制动系统,4.1 汽车防抱死制动系统,汽车防抱死制动系统的工作原理,车轮滑移率的定义,Vf参考车速 -车轮转速R车轮滚动半径,汽车制动防抱死系统的配置型式,主要有单通道、二通道、三通道、四通道和多通道几种配置形式。目前最常用的是四通道的制动防抱死系统。,MK20I ABS 控制单元,BOSCH 5.3 ABS 控制单元,4.1 汽车防抱死制动系统,4.1 汽车防抱死制动系统,ABS系统的感官
5、轮速传感器,电磁感应式轮速传感器,无源,4.1 汽车防抱死制动系统,霍尔式轮速传感器,有源,4.1 汽车防抱死制动系统,ABS压力调节器的工作原理,增压阶段减压阶段保压阶段小步长增压阶段,控制阶段,4.1 汽车防抱死制动系统,ABS系统的控制核心电子控制单元ECU,4.1 汽车防抱死制动系统,ABS系统电子控制单元控制策略逻辑门限控制法,高附着系数路面上的制动控制逻辑,4.1 汽车防抱死制动系统,低附着系数路面上的制动控制逻辑,4.2 汽车驱动防滑系统,汽车驱动防滑系统(Anti-Slip Regulation，简称ASR)或称牵引力控制系统(Traction Control System，简
6、称TCS)是为了保证汽车在低附着路面上起步、加速、拐弯行驶的稳定性，提高汽车加速性能的主动安全装置。,定义,汽车驱动防滑的控制方式,调节发动机的输出扭矩：调节节气门开度、点火参数或供油参数；驱动车轮制动控制：由于长时间制动很容易发热，一般多用于低速工况；,4.2 汽车驱动防滑系统,有的汽车在差速器上安装可控差速锁，称为电子差速锁(Electronic Differential System，简称EDS),对可变锁止差速器进行控制,调整离合器的分离程度和传动系传动比,4.2 汽车驱动防滑系统,各种防滑控制方法性能比较,4.2 汽车驱动防滑系统,为了结构简单降低成本，ASR一般与ABS系统集成在一
7、起。ASR主要由驱动轮制动控制部分、发动机驱动扭矩控制部分所组成。,ASR的组成,4.2 汽车驱动防滑系统,丰田公司的TRAC（traction control system，简称TRAC）系统组成,4.2 汽车驱动防滑系统,德国Teves公司MK60ABS/ASR控制单元,4.2 汽车驱动防滑系统,ASR的工作原理,车轮滑转率的定义,Vf参考车速 -车轮转速R车轮滚动半径,4.2 汽车驱动防滑系统,汽车驱动防滑控制系统道路试验,不带ASR功能的道路试验情况带ASR功能的道路试验情况,4.3 汽车稳定性控制系统,基本原理,轮胎受力工况分析,车辆稳定性控制系统的组成,转向盘转角传感器横摆角速度传
8、感器液压调节单元电子控制单元,4.4 汽车转向电子控制系统,汽车转向系统的基本要求,良好的操纵性合适的转向力特性与位置感具有回正功能适当的路面反馈量工作可靠节省能源安静、噪声小,汽车电子助力转向系统的分类,电子可变量孔助力转向 旁通式助力转向反力式助力转向电磁式助力转向电动液压助力转向电动助力转向,4.4 汽车转向电子控制系统,电子可变量孔助力转向,电子可变量孔助力转向的组成,4.4 汽车转向电子控制系统,电子可变量孔助力转向系统的工作原理,助力转向泵的来油经过由针阀控制的量孔流向高压管路，当电磁线圈控制衔铁带动针阀的移动来改变量孔的面积，从而改变进入高压管路的流量。当车速低于16Km/h，转
9、向盘角速度大于90/s时，系统提供滿负荷助力，大约提供给电磁线圈30mA电流；当车速大于40Km/h，转向盘角速度小于90/s时，系统将减少转向助力，提供给电磁线圈300mA电流；当车速大于132Km/h时，提供给电磁线圈的电流约为590mA，进一步减小助力。,4.4 汽车转向电子控制系统,电动液压助力转向系统,前面几种助力转向系统的油泵都是由发动机直接驱动，发动机在转向时和不转向时都要消耗功率来驱动油泵。而电动液压助力转向(Electronic Powered Hydraulic Steering，简称EPHS)系统是利用电机直接驱动液压转向油泵，当不转向时，电机不工作，不消耗功率，因此能降
10、低油耗。,4.4 汽车转向电子控制系统,EPHS的工作原理,EPHS转向系统的助力控制是通过控制电机的转速对转向油泵的供油量进行调节，从而实现不同的转向助力，当车速高时，降低驱动电压，减小助力，车速低时，升高驱动电压，增加助力。,4.4 汽车转向电子控制系统,EPHS的控制流程,4.4 汽车转向电子控制系统,电动助力转向系统,传统的助力转向系统一般采用液压式转向，系统结构复杂，功率消耗大，容易产生泄漏，转向助力不易有效控制。随着电机控制技术的发展，电动助力转向(Electronic Powered Steering，简称EPS)有取代传统转向系统的趋势。,电动助力转向EPS的特点,能够实现精确
11、转向助力，能在汽车转向过程中，根据不同车速、方向盘转动的快慢，准确提供各种工况下的最佳转向助力。提高车辆高速行驶时的操纵稳定性；相对液压式转向系统而言，系统结构简单，取消了油泵、皮带和皮带轮液压管路等元件，结构更加紧凑，安装、维修方便；转向系统只在转向时由电机驱动，不转向时不消耗功率，能降低油耗 。,4.4 汽车转向电子控制系统,电动转向系统EPS的基本结构和工作原理,4.5 汽车悬架电子控制系统,概述,悬架系统主要由弹簧、减振器和横向稳定杆组成。对于传统的悬架，这些元件的特性参数在设计选定后就无法改变，称为被动悬架。而汽车在行驶过程中，载荷、路况和行驶状态有较大变化，平顺性和操纵稳定性对悬架
12、会有不同的要求。被动悬架无法满足这些在特定工况下对悬架系统的不同要求。20世纪60年代以来国外开始研究采用液压机构作为主动力发生器。它根据传感器测量汽车运动状态信号，控制系统经分析判断，给力发生器发出指令产生主动控制力满足不同工况下对悬架系统特性参数调节特殊要求。称为主动悬架。由于主动悬架结构控制复杂、能耗高，70年代开始推出半主动悬架，它主要是通过控制阀调节减振器的阻尼力，能耗很小，结构比主动悬架相对简单。90年代以来可以进行悬架刚度、阻尼力有级调节和车身高度调节的半主动悬架在高档轿车上应用范围不断扩大，阻尼力能在1012ms反应道路和行驶状态，进入21世纪这个反应时间已能进一步缩短，逐步能
13、做到实时动态调节。近年来主动、半主动侧倾控制系统在某些车型开始得到应用。,4.5 汽车悬架电子控制系统,弹簧刚度和减振器阻尼力综合控制空气悬架,空气悬架是用充満一定体积压缩空气的气室代替传统的螺旋弹簧的一种悬 架系统，空气弹簧通过主气室与副气室间的空气开关阀改变气室的有效容积，实现弹簧刚度的调节。丰田凌志轿车电控空气悬架EMAS。,4.5 汽车悬架电子控制系统,电控空气悬架的控制执行器,空气悬架控制执行器装在每个空气弹簧顶部，它通过一对齿轮同时驱动减振器的转阀和空气弹簧空气阀控制杆，改变减振器的阻尼力和空气弹簧的刚度。执行器由电磁装置驱动，电磁铁包括四个定子铁芯和两对定子线圈。ECU控制每个定
14、子线圈的电流，将定子铁芯极性从N改变为S，或从S改变为N，或为非极性，定子线圈产生电磁力驱动空气阀控制杆的永磁铁转动。减振器和空气弹簧的阻尼和刚度就会发生改变。,4.5 汽车悬架电子控制系统,空气阀控制杆的电磁驱动装置,4.5 汽车悬架电子控制系统,可调阻尼减振器,4.5 汽车悬架电子控制系统,可调刚度的空气弹簧,可调刚度的空气弹簧由主气室和副气室组成，它们之间的空气通道由悬架控制执行器通过空气阀控制杆转动的空气阀来打开或关闭。空气阀打开时，主副气室同时工作，气室有效容积增大，悬架弹簧刚度为“软”，空气阀关闭时只有主气室工作，悬架弹簧刚度为“硬”。,4.5 汽车悬架电子控制系统,车身高度控制系
15、统,4.5 汽车悬架电子控制系统,弹簧刚度和减振器阻尼力控制功能表,4.5 汽车悬架电子控制系统,车身高度控制功能表,4.5 汽车悬架电子控制系统,连续可调的路面感应悬架,前面可调阻尼控制系统一般提供34级阻尼选择，而连续可调阻尼控制系统可根据各种工况连续变化阻尼，能精确满足各种工况要求。磁流变减振器，它不再使用电磁阀控制减振器的阻尼，而是在减振器中充满磁流变液体(Magneto Rheological，简称MR)，磁流变液体是包含大约40%的悬浮铁微粒的合成油。减振器活塞内的线圈由控制单元控制通电，当线圈不通电时，铁微粒在MR液体中随机散开，并具有矿物油的浓度，此时液体容易流过减振活塞上的节
16、流孔，悬架为“软”模式；当线圈通电，线圈周围的磁场将MR液体中的铁微粒排列成纤维结构，在这个状态下MR液体变浓，具有胶体状，液体流过活塞节流孔阻力增大，悬架为“硬”模式；因此只要控制活塞内线圈的通电电流大小即可控制MR液体的浓度从而可连续调节减振器的阻尼力，同时系统响应时间由原来电磁阀控制的1012ms缩短到1ms基本达到实时精确控制悬架阻尼力的要求。,4.5 汽车悬架电子控制系统,磁流变可调阻尼减振器的工作原理,4.5 汽车悬架电子控制系统,侧倾控制系统,汽车转弯时离心力使车身侧倾，此时控制系统通过高速抗侧倾杆(横向稳定杆)的抗侧倾力矩，来降低汽车转向时的侧倾角。系统主要由控制模块、加速度传感器、车速传感器、电动油泵、方向和油压控制电磁阀和装在前后横向稳定杆上的油缸所组成。,4.5 汽车悬架电子控制系统,主动抗侧倾系统,它是通过两个油缸/控制杆组件代替传统的前后横向稳定杆，对车身产生抗侧倾力矩。可改善汽车的操纵稳定性，在紧急转向操纵时可提供良好的安全性、稳定性和更好的行驶舒适性。,谢谢!,
