汽车电子防抱死制动系统-结构原理.ppt
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1、第八章 汽车电子防抱死制动系统 主主讲:高云高云2024/5/27 周一1.第一第一节 概述概述2024/5/27 周一2.一、ABS的理论基础1.汽汽车的制的制动性性 汽汽车在行在行驶过程中,程中,强制地减速以至停制地减速以至停车且且维持行持行驶方向方向稳定性的能力称定性的能力称为汽汽车的制的制动性。性。评价制价制动性能的指性能的指标主要有:主要有:(1 1)制)制动效能效能汽汽车在行在行驶中,中,强制减制减速以至停速以至停车的能力称的能力称为制制动效能。效能。2024/5/27 周一3.即汽即汽车以一定的初速度制以一定的初速度制动到停到停车所所产生的:生的:制制动距离距离 制制动时间 制制
2、动减速度减速度2024/5/27 周一4.(2 2)制)制动时的方向的方向稳定性定性汽汽车在制在制动时仍能按指定方向的仍能按指定方向的轨迹行迹行驶,即不,即不发生生跑偏、跑偏、侧滑、以及失去滑、以及失去转向能力称向能力称为制制动时的方向的方向稳定性。定性。车轮抱死抱死时汽汽车的运行情况的运行情况2024/5/27 周一5.2.汽车制动时车轮受力分析车速速车轮旋旋转角速度角速度惯性力矩性力矩制制动阻力矩阻力矩车轮法向法向载荷荷地面法向反力地面法向反力车轴对车轮的推力的推力地面制地面制动力力车轮半径半径车轮切向速度,切向速度,简称称轮速速2024/5/27 周一6.(1)制)制动器制器制动力力制制
3、动蹄与制蹄与制动鼓(鼓(盘)压紧时形成的摩擦力形成的摩擦力矩矩M通通过车轮作用于作用于地面的切向力地面的切向力F (2)地面制)地面制动力力制制动时地面地面对车轮的的切向反作用力切向反作用力FX2024/5/27 周一7.(3)地面制地面制动力力F FX X 、制、制动器制器制动力力F F及附着力及附着力F F之之间的关系的关系附着力附着力地面地面对轮胎切向反作用力的胎切向反作用力的极限极限值F F。附着力取决于附着力取决于轮胎与路面之胎与路面之间的摩擦作的摩擦作用及路面的抗剪用及路面的抗剪强度。度。2024/5/27 周一8.地面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系2024/5/27 周一
4、9.3.3.硬路面上附着系数硬路面上附着系数与滑移率与滑移率s s的关系的关系观察察车轮的三种运的三种运动状状态2024/5/27 周一10.(1 1)制)制动过程中程中车轮的三种运的三种运动状状态 第一第一阶段:段:纯滚动,路面印痕与胎面,路面印痕与胎面花花纹基本一致基本一致 车速速 V=V=轮速速V V 2024/5/27 周一11.第二第二阶段:段:边滚边滑,路面印痕可以辨滑,路面印痕可以辨认出出轮胎花胎花纹,但花,但花纹逐逐渐模糊。模糊。车速速 V V 轮速速V V2024/5/27 周一12.第三第三阶段:抱死拖滑,路面印痕粗黑。段:抱死拖滑,路面印痕粗黑。轮速速V V =0=0 观
5、察察车轮的三种运的三种运动状状态2024/5/27 周一13.若需增大若需增大F Fx x,必,必须增大增大F F 。F F取决于附着系数取决于附着系数,又受滑移率又受滑移率 s s 的影响。的影响。(2 2)滑移率)滑移率S S 定定义:s s=(V=(VV V)/V100%)/V100%=(V =(Vr.)/V100%r.)/V100%2024/5/27 周一14.(3 3)附着系数)附着系数与滑移率与滑移率 s s 的关系的关系2024/5/27 周一15.分析分析结论:s s 20%20%为制制动稳定区域;定区域;s s 20%20%为制制动非非稳定区域;定区域;将将车轮滑移率滑移率
6、s s 控制在控制在20%20%左右,便左右,便可可获取最大的取最大的纵向附着系数和向附着系数和较大的横向大的横向附着系数,是最理想的控制效果。附着系数,是最理想的控制效果。2024/5/27 周一16.4.4.理想的制理想的制动控制控制过程程(1 1)制)制动开始开始时,让制制动压力迅速增大,力迅速增大,使使S S上升至上升至20%20%所需所需时间最短,以便最短,以便获取最取最短的制短的制动距离和方向距离和方向稳定性。定性。()制()制动过程中:程中:当当S S上升稍大于上升稍大于20%20%时,对制制动轮迅速迅速而适当降低制而适当降低制动压力,使力,使S S迅速下降到迅速下降到20%20
7、%;当当S S下降稍小于下降稍小于20%20%时,对制制动轮迅速迅速而适当增大制而适当增大制动压力,使力,使S S迅速上升到迅速上升到20%20%;2024/5/27 周一17.结论:车轮在制在制动过程中,以程中,以5 510 10 次次/秒秒 的的频率率进行增行增压、保、保压、减、减压的不断切的不断切换,使使s s稳定在定在20%20%是最理想的制是最理想的制动控制控制过程程。5.ABS5.ABS的功用的功用 ABSABS的功用是控制的功用是控制实际制制动过程接近于程接近于理想制理想制动过程。程。2024/5/27 周一18.ABS的发展2024/5/27 周一19.当今世界汽当今世界汽当今
8、世界汽当今世界汽车业车业正正正正处处于技于技于技于技术术大大大大变变革、革、革、革、产业产业大大大大调调整整整整时时代。代。代。代。这这一一一一时时代的主代的主代的主代的主题题是汽是汽是汽是汽车车的安全、的安全、的安全、的安全、节节能、能、能、能、环环保。而保。而保。而保。而贯贯穿穿穿穿这这一一一一时时代的主代的主代的主代的主线线是汽是汽是汽是汽车车的的的的电电子化、子化、子化、子化、电电气化、气化、气化、气化、电脑电脑化。化。化。化。ABSABS:汽:汽车主被主被动安全技安全技术的核心的核心汽汽汽汽车电车电子是子是子是子是现现代汽代汽代汽代汽车车技技技技术发术发展的最主要展的最主要展的最主要
9、展的最主要驱动驱动力。力。力。力。无无无无论论是燃油汽是燃油汽是燃油汽是燃油汽车车、燃气汽、燃气汽、燃气汽、燃气汽车车、还还是是是是电动电动汽汽汽汽车车、智、智、智、智能汽能汽能汽能汽车车,汽,汽,汽,汽车电车电子都是它子都是它子都是它子都是它们们的共性关的共性关的共性关的共性关键键技技技技术术。汽汽汽汽车车工工工工业业是使用微是使用微是使用微是使用微处处理器最多的工理器最多的工理器最多的工理器最多的工业业。汽。汽。汽。汽车电车电子占整子占整子占整子占整车车成本的比例在成本的比例在成本的比例在成本的比例在90909090年代已达到年代已达到年代已达到年代已达到2525252530303030,
10、未来将达到未来将达到未来将达到未来将达到 30 30 30 30 50 50 50 50。汽。汽。汽。汽车电车电子的子的子的子的发发展有展有展有展有力促力促力促力促进进了信息了信息了信息了信息产业产业的的的的发发展。展。展。展。2024/5/27 周一20.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。2024/5/27 周一21.汽车的被动安全控制包括:碰撞后保留有足碰撞后保留有足够的生存空的生存空间;减少二次碰撞造成的减少二次碰撞造成的伤害;害;防止成防止成员被抛出被抛出车外;外;乘乘员撞后出逃被救;撞后出逃被
11、救;预防碰撞火灾。防碰撞火灾。碰撞吸能前保碰撞吸能前保险杆;杆;2024/5/27 周一22.汽车防抱制动系统ABSABS基本基本单元元R R2024/5/27 周一23.2024/5/27 周一24.BOSCH ABS/EBD/TCS/ESP集成系统2024/5/27 周一25.高高实时性要求性要求制制动响响应要快要快 毫秒毫秒级响响应(波音波音747747客机客机1000km/h1000km/h飞行,行,33s33s飞过9mm)9mm)高控制精度要求高控制精度要求动力性、力性、经济性、排放、安全性直接受控制精度影响性、排放、安全性直接受控制精度影响高可靠性要求高可靠性要求温度温度变化范化范
12、围-40-40125125200km/h200km/h高速移高速移动和和剧烈震烈震动DC/DCDC/DC变换器、器、电机机带来的来的强烈烈电磁干磁干扰低成本、高低成本、高产量要求量要求市市场对价格的敏感性价格的敏感性,适合大批量生适合大批量生产汽汽车ABSABS制制动系系统的的难点点N N2024/5/27 周一26.(1)第一阶段(1965196519801980):部件层次 分立式半导体元件开始用于ABS部件的开部件的开发;(2)第二阶段(1980198019951995):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
13、统有BOSCH 5.3 BENDIX 9/10 等。ABSABS系系统发展的三个展的三个阶段段2024/5/27 周一27.(3)第三阶段(1995-):集成网络化层次 采用先采用先进的微的微电子技子技术,车载网网络技技术,集成智能功,集成智能功率器件、智能率器件、智能传感器、大容量感器、大容量EEPROMEEPROM或者或者FLASHROMFLASHROM、专用集用集成成电路等,形成了路等,形成了车上的分布式、网上的分布式、网络化的主被化的主被动安全控制安全控制系系统(Brake-by-Wire)Brake-by-Wire);整个;整个车被被联成一个多成一个多ECUECU、多、多节点点的有机
14、的整体,使得其安全性能也更加完善。的有机的整体,使得其安全性能也更加完善。2024/5/27 周一28.汽汽车电子系子系统发展展趋势功能多功能多样化化(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)技技术一体化一体化(从最初的机电部件松散组合到如今的机液电磁一体化)系系统集成化集成化(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)通通讯网网络化化(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 N2024/5/27 周一29.ABS优点点-无AB
15、S 演示一一2024/5/27 周一30.有ABS 演示2024/5/27 周一31.有无有无ABS在高速公路上追尾避在高速公路上追尾避让演示演示2024/5/27 周一32.汽车上为什么要装备ABS1.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2024/5/27 周一33.ABS ABS的分的分类、组成与系成与系统功能功能分类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2024/5/27 周一34.(1)(1)以以车轮滑移率滑移率为控制参数控制参数根据根据车速和速和车速速传感器的信号感器的信
16、号计算算车轮的滑移率的滑移率作作为控制制控制制动力的依据。力的依据。S S高于高于设定定值,ECUECU就会就会输出减小制出减小制动力信号,并力信号,并通通过制制动压力力调节器减小制器减小制动压力;力;S S低于低于设定定值时,ECUECU就会就会输出增大制出增大制动力信号,并通力信号,并通过制制动压力力调节器增大制器增大制动压力,控制滑移率在力,控制滑移率在设定的范定的范围内。内。已有用多普勒雷达已有用多普勒雷达测量量车速的速的ABSABS。1.按控制参数不同分按控制参数不同分类2024/5/27 周一35.(2)(2)以以车轮角加速度角加速度为控制参数控制参数ECUECU根据根据车轮的的车
17、速速传感器信号感器信号计算算车轮的的角加速度作角加速度作为控制制控制制动力的依据。力的依据。ECUECU中中设置合理的角加速度、角减速度置合理的角加速度、角减速度门限限值。制制动时,当,当车轮角减速度达到角减速度达到门限限值时,ECUECU输出减小制出减小制动力信号;当力信号;当车轮转速升高至角速升高至角加速度加速度门限限值,ECUECU输出增加制出增加制动力信号。力信号。2024/5/27 周一36.按制按制动压力力调节器的器的结构不同分构不同分类机械柱塞式机械柱塞式ABS电磁磁阀式式ABS2024/5/27 周一37.按功能和布置形式不同分按功能和布置形式不同分类后后轮ABS四四轮ABS2
18、024/5/27 周一38.按生按生产厂家分厂家分类ABS德国波德国波许、戴、戴维斯斯ABS美国邦迪克斯美国邦迪克斯ABS美国达克美国达克ABS日本日本OEM ABS2024/5/27 周一39.按通道数目分按通道数目分类四通道四通道ABSABS三通道三通道ABSABS二通道二通道ABSABS一通道一通道ABSABS2024/5/27 周一40.本本节应掌握的主要内容掌握的主要内容汽汽车制制动时车轮受力分析受力分析地面制地面制动力、制力、制动器制器制动力及附着力之力及附着力之间的关系的关系硬路面上附着系数硬路面上附着系数与滑移率与滑移率s s的关系的关系ABSABS的功用的功用ABSABS的基
19、本的基本组成成ABSABS的控制参数的控制参数返回目录2024/5/27 周一41.第二第二节 ABS制制动防抱死系防抱死系统 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2024/5/27 周一42.一一、ABS的工作原理和的工作原理和组成成轮速速传感器感器电子控制子控制单元元液液压调节器器磁磁铁 线圈圈 齿圈圈电磁磁阀 液液压泵 1、组成成2024/5/27 周一43.ABS的工作原理和的工作原理和组成成2、工作原理轮速速传感器感器电子控制器子控制器执行机构行机构监测车轮状状态运算后向运算后向执行机构行机构发出出指令指令增加制增加制动压力力保持制
20、保持制动压力力降低制降低制动压力力2024/5/27 周一44.传统制制动系系统工作原理工作原理2024/5/27 周一45.ABSABS是在是在传统制制动基基础上,又增上,又增设如下装置:如下装置:车轮轮速速传感器感器 电子控制子控制单元元ECUECU 制制动压力力调节器器 ABSABS警告灯警告灯2024/5/27 周一46.2024/5/27 周一47.ABS的的组成成ABS由传感器、控制单元和液压控制单元组成2024/5/27 周一48.二、二、ABS的控制方式的控制方式ABSABS制制动系系统按照控制通道的控制方式可按照控制通道的控制方式可分分为独立控制、低独立控制、低选控制、高控制
21、、高选控制和控制和修正的独立控制四种。修正的独立控制四种。2024/5/27 周一49.独立控制独立控制 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。2024/5/27 周一50.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,即轿车的前轴和中重型车的后轴。2024/5/27 周一51.
22、低低选控制控制 当同一当同一车桥上的两个上的两个车轮用同一个液用同一个液压控制通道控制通道进行行制制动力控制力控制时(两(两车轮制制动力相等),根据两力相等),根据两车轮中地中地面附着系数面附着系数较低的一低的一侧车轮状况来控制左右两个状况来控制左右两个车轮的的制制动力的方法称力的方法称为低低选控制。控制。2024/5/27 周一52.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。202
23、4/5/27 周一53.高高选控制控制 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。2024/5/27 周一54.低附着系数路面低附着系数路面高附着系数路面高附着系数路面左左轮右右轮控制控制电脑制制动液高液高压制制动液
24、高液高压2024/5/27 周一55.修正的独立控制修正的独立控制 同一车桥的左右两个车轮分别用两个独立的控制通道控制,但其附着系数低的一侧按独立控制的原则,而附着系数高的一侧则按照与低的一侧高出一定比例且低于最大附着系数利用率的控制原则进行控制或高附着系数一侧车轮的制动压力延迟一段时间进行控制的方法称为修正的独立控制,这种方法适用于左右两侧附着系数不同的路面上制动。因为低选控制制动距离长,稳定性好,而独立控制或高选控制制动距离短,稳定性差,因而修改的独立控制方式综合了独立控制和低选控制的各自优点,以求得到较短的制动距离和较好的制动稳定性,这种方式主要用于载重车和轿车的前轴上。2024/5/2
25、7 周一56.2024/5/27 周一57.ABS制动系统按照控制通道的数量可分为单通道、双通道、三通道和四通道四种,另外,制动主缸的双制动管路形式可分为前后管路和对角管路两种。按照车轮转速传感器的数量可分为单传感器、双传感器、三传感器和四传感器四种。2024/5/27 周一58.四通道四通道ABS系系统 四通道ABS系统一般为四通道、四传感器,有前后和对角两种管路布置形式,四通道ABS系统可以较好地实现防抱制动系统的优点,但是系统成本较高。2024/5/27 周一59.四通道、四四通道、四传感器前后管路感器前后管路ABS制制动系系统 四通道前轴车轮独立控制以期望获得较短的制动距离,因为轿车在
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