汽车电子防抱死制动系统 结构原理

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• 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
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• 按通道数目分类 • 四通道ABS • 三通道ABS • 二通道ABS • 一通道ABS
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本节应掌握的主要内容
• 制动时地面对车轮的 切向反作用力——FX
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（3）地面制动力FX 、制动器制动力Fμ及附着力Fφ 之间的关系
• 附着力——地面对轮胎切向反作用力的 极限值Fφ。
• 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。
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地面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系
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• 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
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• （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。
• 车轮抱死时汽车的运行情况
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（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。 （２）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 适当增大制动压力，使S迅速上升到20%；
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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。
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2.汽车制动时车轮受力分析
Ｖ——车速 ω——车轮旋转角速度 Ｍｊ——惯性力矩 Ｍμ——制动阻力矩 Ｗ——车轮法向载荷 Ｆｚ——地面法向反力 Ｔ——车轴对车轮的推力 Ｆｘ——地面制动力 ｒ——车轮半径 ｒω——车轮切向速度，简称轮 速
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（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Mμ通过车轮作用于 地面的切向力——Fμ （2）地面制动力
• 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。
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•Leabharlann Baidu(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。
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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。
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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； 碰撞吸能前保险杆； 预防碰撞火灾。
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。
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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。
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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。
分立式半导体元件开始用于ABS部件的开发；
（2）第二阶段(1980－1995)：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。
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（3）第三阶段(1995-)：集成网络化层次
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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
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。
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• 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
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• 按功能和布置形式不同分类 • 后轮ABS • 四轮ABS
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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
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1.按控制参数不同分类
• (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。
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一 、ABS的工作原理和组成
1、组成
轮速传感器
磁铁
线圈 齿圈
电子控制单元
液压调节器
电磁阀 液压泵
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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
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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
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。
• 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-40℃～125℃ 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
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ABS系统发展的三个阶段
（1）第一阶段(1965－1980)：部件层次
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（3）附着系数φ与滑移率 s 的关系
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• 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。
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4.理想的制动控制过程
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。
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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。
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低附着系数路面
左 轮
高附着系数路面
右 轮
制动液高压
控制电脑
制动液高压
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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，
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传统制动系统工作原理
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• 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
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ABS的组成
• ABS由传感器、控制单元和液压控制单 元组成
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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。
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高选控制
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3.硬路面上附着系数φ与滑移率s的关系 • 观察车轮的三种运动状态
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（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Vω
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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。
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。
第八章 汽车电子防抱死制动系统
主讲: 高云
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第一节 概述
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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。
• １．汽车制动时车轮受力分析 • ２．地面制动力、制动器制动力及附着力
之间的关系 • ３．硬路面上附着系数φ与滑移率s的关系 • ４．ABS的功用 • ５．ABS的基本组成 • ６．ABS的控制参数
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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
车速 V ＞ 轮速Vω
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第三阶段：抱死拖滑，路面印痕粗黑。 轮速Vω = 0
观察车轮的三种运动状态
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• 若需增大Fx ，必须增大 F 。F取决于附着系数 φ， φ又受滑移率 s 的 影响。
（2）滑移率S
定义：s=[(V－Vω)/V]×100% =[(V－r.ω)/V]×100%
➢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25－30％ ，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。
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• 结论： 车轮在制动过程中，以5～10 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。
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ABS的发展
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ABS：汽车主被动安全技术的核心
➢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。
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）
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ABS优点----无ABS 演示一
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有ABS 演示
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有无ABS在高速公路上追尾避让演示
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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
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汽车防抱制动系统ABS基本单元
轮速传感器
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电控单元
电液执行器
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BOSCH A.BS/EBD/TCS/ESP集成系统
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汽车ABS制动系统的难点
• 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，33μs飞过9mm)