ABS系统工作原理(1).pptx
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1、汽车电子控制技术东南大学机械工程学院 冯崇毅第1页/共65页复习上节课(复习上节课(2011-2011-0 05-15-16 6)内容:)内容:第十一章第十一章、汽车制动系统控制汽车制动系统控制11.111.1 汽车制动控制系统基本原理汽车制动控制系统基本原理 ABS ABS 的基本功能:的基本功能:11.211.2 ABS ABS基本组成、控制方式基本组成、控制方式11.3 11.3 ABSABS控制过程控制过程有关内容复习:有关内容复习:本节课(本节课(2011-2011-0 05-15-16 6)内容:)内容:第2页/共65页绪论3防抱死制动系防抱死制动系统统ABSABS(Anti-An
2、ti-BrakingSystemBrakingSystem)是指汽车在制动过是指汽车在制动过程中,能实时判定程中,能实时判定车轮的车轮的滑移率滑移率,自,自动调节作用在车轮动调节作用在车轮上的上的制动力矩制动力矩,防防止车轮抱死止车轮抱死取得最取得最佳制动效能的电子佳制动效能的电子装置。装置。防抱死制动系统概念防抱死制动系统概念第3页/共65页绪论4轮胎与地面的附着特性轮胎与地面的附着特性车辆制动距离和制动减速度是由车辆制动力即地面制动力所决定。取决于地面制动力、制动器制动力及附着力。1.当地面制动力Fxb附着力F时Fxb=F(制动器力)2.地面制动力Fxb的最大值不能超过附着力。FxbF l
3、 l 汽车的制动力汽车的制动力第4页/共65页绪论5轮胎与地面的附着特性轮胎与地面的附着特性l l 附着力和附着系数附着力和附着系数实际制动时道路作用于车轮上的实际制动时道路作用于车轮上的纵向附着力纵向附着力F F x x就等于汽就等于汽车的制动力。道路给予汽车转向轮的车的制动力。道路给予汽车转向轮的横向附着力横向附着力F F y y 就是使汽就是使汽车转向的侧向力。车转向的侧向力。横向附着系数纵向附着系数第5页/共65页绪论6轮胎与地面的附着特性轮胎与地面的附着特性l l 附着系数与滑移率附着系数与滑移率实验证明,道路实验证明,道路的附着系数受车轮结的附着系数受车轮结构、材料,道路表面构、材
4、料,道路表面形状、材料有关,形状、材料有关,不不同性质道路其附着系同性质道路其附着系数变化甚大。数变化甚大。滑移率来表示车轮滑动所占的份额。车轮完全抱死时,滑移率为1,车轮纯滚动,滑移率为0。第6页/共65页绪论7轮胎与地面的附着特性轮胎与地面的附着特性l l 附着系数与滑移率附着系数与滑移率此外,由下图可知,汽车制动时的附着系数与制动时滑移率有很大关系。结论:结论:1.1.附着系数与路面附着系数与路面“状态状态”有关;有关;2.2.附着系数附着系数随随滑移率滑移率发生变发生变化。化。3.3.前轮抱死前轮抱死,汽车将,汽车将失去转失去转向能力向能力4.4.后轮抱死,后轮抱死,汽车易发生汽车易发
5、生侧侧滑现象滑现象第7页/共65页绪论8前轴侧滑后轴一旦侧滑,离心力与侧滑方向相同,导致侧滑程度不断加剧,以至可能翻车,这是十分危险的运动状态。Fy:侧向干扰力Gx:制动惯性力Fy1:前轮侧向力Fy2:后轮侧向力目前已经认识到:制动时,若后轴比前轴先拖滑,就可能发生侧滑;前后轴同时抱死可后轴始终不抱死,则能防止后轴侧滑。后轴侧滑前轴产生侧滑,由于离心力与侧滑方向相反能减小侧滑量。滑移率滑移率汽车制动的稳定性汽车制动的稳定性第8页/共65页绪论9车轮抱死的危害车轮抱死的危害前轮抱死失去转向能力;后轮抱死统计表明,后轴侧滑是造成交通事故的主要原因;制动效能下降;第9页/共65页绪论10防抱死制动系
6、统的作用防抱死制动系统的作用有效防止后轮抱死而导致的侧滑、甩尾等现象,大大提高车辆制动过程的方向稳定性;防止前轮抱死导致车辆丧失转向能力,提高了汽车躲避前方障碍物的操纵性和弯道制动时的轨迹保持能力;制动距离比同类车型不带防抱死系统的车辆的制动距离要短。第10页/共65页绪论11防抱死制动系统防抱死制动系统的控制目的的控制目的ABS正是利用道路与轮胎系统的关系,强制性地把车轮的滑移率控制在临界点Sp的附近,使路面附着性能得到最充分的发挥,从而达到最佳效果。第11页/共65页ABS的基本结构与工作原理12ABSABS的基本结构的基本结构ABSABS的组成的组成如上图所示。主要由转速传感器、电子控制
7、器和制动压力调节器等三大部分组成。第12页/共65页ABS的基本结构与工作原理13ECU根据轮速传感器的“滑移率”信号,调节制动器的制动压力,达到控制车轮“滑移率”的目的。ABSABS基本工作原理基本工作原理轮速传感器轮速传感器液压调节单元第13页/共65页ABS的基本结构与工作原理14ABSABS的基本元件的基本元件l l轮速传感器轮速传感器电磁式电磁式传感器与普通的交流发电机原理相同,永久磁铁产生一定强度的磁场,齿圈在磁场中旋转时,齿圈齿顶和电极之间的间隙以一定的速度发生变化,这样会使齿圈和电极组成的磁路中的磁阻发生变化。第14页/共65页ABS的基本结构与工作原理15其结果使磁通量周期性
8、衰减,在线圈两端产生正比于磁通量增减速度的感应电压。ABSABS的基本元件的基本元件l l轮速传感器轮速传感器电磁式电磁式第15页/共65页ABS的基本结构与工作原理16l l液压式制动压力调节器液压式制动压力调节器ABSABS的基本元件的基本元件ABS系统中的制动压力调节器是是ABSABS的执行机构的执行机构。其主要作用是接受来自于ECU的指令,直接或间接地控制制动压力的增、减。是由电磁阀、液压泵和电动机等组成。又可分为循环式和可变容积式。第16页/共65页ABS的基本结构与工作原理17ABSABS的基本元件的基本元件第17页/共65页ABS的基本结构与工作原理18ABSABS的基本元件的基
9、本元件常规制动常规制动电磁阀不工作。主缸与制动分泵直接相通。l l液压式制动压力调节器液压式制动压力调节器循环式循环式第18页/共65页ABS的基本结构与工作原理19ABSABS的基本元件的基本元件l l液压式制动压力调节器液压式制动压力调节器循环式循环式紧急制动紧急制动ABS参与工作。电磁阀的工作电流为1电流。制动分泵与储油器直接相通,分泵的制动压力减小。第19页/共65页ABS的基本结构与工作原理20ABSABS的基本元件的基本元件l l液压式制动压力调节器液压式制动压力调节器循环式循环式电磁阀的工作电流为0电流。制动主缸与制动分泵直接相通,分泵的制动压力增加。电磁阀的工作电流为1/2电流
10、。所有通路均不通,分泵的制动压力为保压状态。第20页/共65页ABS的基本结构与工作原理21ABSABS的基本元件的基本元件l l液压式制动压力调节器液压式制动压力调节器循环式循环式第21页/共65页ABS的基本结构与工作原理22ABSABS的基本元件的基本元件l l液压式制动压力调节器液压式制动压力调节器循环式循环式回流泵:回流泵将制动分泵中排出的制动液泵回到制动总泵。储压器:储压器为在减压过程中大量回流的制动液提供暂时的储存所。阻尼器:阻尼器及其下游的节流装置能减少返回到制动总泵中的液压脉冲幅值,使噪声减少。第22页/共65页ABS的基本结构与工作原理23ABSABS的基本元件的基本元件l
11、 l制动压力调节器制动压力调节器变容式变容式第23页/共65页ABS的基本结构与工作原理24ABSABS的基本元件的基本元件l l制动压力调节器制动压力调节器变容式变容式制动主缸制动主缸第24页/共65页ABS的基本结构与工作原理25ABSABS的基本元件的基本元件l l制动压力调节器制动压力调节器变容式变容式第25页/共65页ABS的基本结构与工作原理26ABSABS系统的电子线路系统的电子线路l l凌志凌志LS400ABSLS400ABS系统(波许)系统(波许)lABS警示灯lABS执行器l轮速传感器lABS控制器第26页/共65页ABS控制原理27ABSABS控制控制ABSABS可以分为
12、可以分为l l逻辑门限控制、逻辑门限控制、l l滑动模块变结构滑动模块变结构l l优化控制优化控制等不同的控制方法;等不同的控制方法;采用何种方法实行采用何种方法实行ABSABS控制往往取决于车辆的设计思想、控制往往取决于车辆的设计思想、结构与基本运用范围;结构与基本运用范围;现仅介绍较为成熟的、绝大多数现代车辆所普遍采用的现仅介绍较为成熟的、绝大多数现代车辆所普遍采用的逻辑门限(阈值)控制方法逻辑门限(阈值)控制方法。第27页/共65页ABS控制原理28ABSABS逻辑控制算法逻辑控制算法简单逻辑控制算法简单逻辑控制算法设路面条件是一定的,则无论车轮的滑移率在任何范围内,其路面附着系数都不会
13、超过某一给予定的值,即作用在四个轮子上的总制动力必定满足不等式:汽车制动时的最大减速度也必然满足条件:当车轮角速度超过极限条件:此时,表明制动力已超过路面所提供的最大附着力,车轮可能出现抱死倾向。基于上述分析,最简单的ABS控制逻辑可确定为:第28页/共65页ABS控制原理29ABSABS逻辑控制算法逻辑控制算法简单逻辑控制算法简单逻辑控制算法当上述条件成立,表明车轮可能出现抱死的倾向,于是制动缸减压,反之制动缸增压。这是最简单的防抱死制动控制方案。它的动态调节过程如图所示。第29页/共65页ABS控制原理30ABSABS逻辑控制算法逻辑控制算法简单逻辑控制算法简单逻辑控制算法在制动刚开始时,
14、采用快速升压,车轮角速度超出固定的门限值-a开始减压,至负加速度进入门限值-a内结束。随后以慢速升压到车轮减速度再次超出-a门限值,似此周期地重复,直至汽车完全制动。仅以减速度-a作为门限值的逻辑控制,车轮的滑移率变化较大,也不能适应路面附着系数的变化。第30页/共65页ABS控制原理31以车轮减速度和加速度为控制参数以车轮减速度和加速度为控制参数第31页/共65页ABS控制原理32双门限控制逻辑可以适应不同的路面特性,一般能消除汽车轮抱死现象。但当路面附着系数出现跃变时,就不能快速适应,故对快速变化的路面跟踪性能较差。车轮正负加速度门限值防抱死控制以车轮减速度和加速度为控制参数以车轮减速度和
15、加速度为控制参数第32页/共65页ABS控制原理33以滑移率为控制参数的单参数控制方式以滑移率为控制参数的单参数控制方式l l 参考车速和滑移率的计算参考车速和滑移率的计算汽车上一般采用间接的方法由车轮的角速度和负加速度构造车辆的参考车速(见右图)。在初始制动时,当车轮的负加速度小于-a时,把此时对应的车轮速度当作初始参考速度VRe0,以后以减速度aRe(通常取汽车在一般路面制动时能达到的减速度)计算参考车速。则车轮的参考滑移率为:第33页/共65页ABS控制原理34在制动刚开始时,采用快速升压,车轮轮速度低于的门限值开始减压,至负加速度超过门限值内结束。随后以慢速升压到车轮减速度再次低于门限
16、值,似此周期地重复,直至汽车完全制动。仅以减速度-a作为门限值的逻辑控制,车轮的滑移率变化较大,也不能适应路面附着系数的变化。以滑移率为控制参数的单参数控制方式以滑移率为控制参数的单参数控制方式vR车轮转动速度,由轮速传感器测得;vF汽车车速;vRe0汽车参考车速,可由公式计算;车轮瞬时运动滑移率,公式计算第34页/共65页ABS控制原理35【在在ABSABS实际控制过程中,一般很少单独采用其中一种控制参实际控制过程中,一般很少单独采用其中一种控制参数的门限值来进行控制,因为单独采用一种参数作为控制门限数的门限值来进行控制,因为单独采用一种参数作为控制门限均会产生较大的局限性均会产生较大的局限
17、性】a a)在低在低 的路面上紧急制动时的路面上紧急制动时,车轮易抱死,故附着系车轮易抱死,故附着系数利用率较低,会严重影响制动效果。数利用率较低,会严重影响制动效果。b b)在各种路面上紧急制动时,在各种路面上紧急制动时,仅以车轮滑移率做为门限仅以车轮滑移率做为门限来进行控制,由于路面情况不同时,来进行控制,由于路面情况不同时,SpSp(8-30%8-30%)也不相同,)也不相同,不能保证在各种路面下均能获得最佳制动效果。不能保证在各种路面下均能获得最佳制动效果。c c)一般多采用,一般多采用,主控为车轮加、减速。辅控为车轮滑移主控为车轮加、减速。辅控为车轮滑移率;率;路面为低路面为低、低速
18、行驶紧急制动时,则相反。低速行驶紧急制动时,则相反。以加、减速度和滑移率为控制参数以加、减速度和滑移率为控制参数第35页/共65页ABS控制原理36l l高附着系数路面制动高附着系数路面制动以加、减速度和滑移率为控制参数以加、减速度和滑移率为控制参数-a+a,增压、保压-7保压-2vR 且 超过-a时,减压-3+A-a,保压-4+A,减压-5+A+a,保压-6第36页/共65页ABS控制原理37l l低附着系数路面制动低附着系数路面制动因为在高附着系数路面和低附着系数路面的控制逻辑不一样,故制动开始往往用于识别路面特性。第3与第6阶段使得制动系统即保持较大的滑移率,又使得车轮只在短时间处在大滑
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