汽车电器与电子控制技术 第七章 汽车底盘控制系统.ppt

第7章 汽车底盘控制系统7.1 汽车制动控制系统汽车制动控制系统7.2 汽车电子助力转向系统汽车电子助力转向系统7.3 电子控制悬架系统电子控制悬架系统1ABS的理论基础的理论基础ABS的分类的分类ABS的组成的组成ABS的控制原理的控制原理2主要内容：7.1.1 汽车防抱死系统汽车防抱死系统ABS的概念的概念 汽车防抱死制动系统是目前汽车上最常见的一种主动安全技术 汽车防抱死制动系统的英文名称是Anti-lock Braking System ，简称ABS有ABS的汽车与无ABS的汽车相比，具备哪些优势呢？有ABS的汽车与无ABS的汽车制动过程对比1）使汽车在制动过程中获得最大的地面制动力以缩短制动距2）改善汽车制动时的转向能力3）保证汽车有良好的行驶稳定性和操纵稳定性4）提高轮胎的使用寿命5）减轻了驾驶的疲劳程度1. ABS的功用的功用1）制动器制动力F F制动蹄与制动鼓（盘）压紧时形成的摩擦力矩制动蹄与制动鼓（盘）压紧时形成的摩擦力矩通过车轮作用于地面的切向力通过车轮作用于地面的切向力2）地面制动力F FX X制动时地面对车轮的切向反作用力制动时地面对车轮的切向反作用力2. ABS的理论基础的理论基础 （1）车轮制动力分析汽车制动时车轮的受力分析FxZFZ=ZW3）制动器制动力制动器制动力F F 、地面制动力、地面制动力F FX X及附着力及附着力F F之间的关系之间的关系2. ABS的理论基础的理论基础 附着力附着力FF地面对轮胎切向反作用力的极限值。

地面对轮胎切向反作用力的极限值第一阶段：纯滚动，路面印痕与胎面花纹基本一致第一阶段：纯滚动，路面印痕与胎面花纹基本一致 车速车速 V = V = 轮速轮速V V2. ABS的理论基础的理论基础 （2）制动过程的三种运动状态第二阶段：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车速 V V 轮速轮速V V2. ABS的理论基础的理论基础第三阶段：抱死拖滑，路面印痕粗黑第三阶段：抱死拖滑，路面印痕粗黑轮速轮速V V =0 =02. ABS的理论基础的理论基础车轮相对于路面的滑动又可分为滑移和滑转两种形式滑移成分在车轮纵向运动中所占比例可由滑移率来表征2. ABS的理论基础的理论基础 （3）车轮滑移率S式中：S车轮滑移率 车轮中心的纵向速度，m/s 车轮的瞬时线速度，m/s r 车轮有效滚动半径，m 车轮转动角速度，rad/s车轮接近纯滚动车轮接近纯滚动车轮边滚边滑车轮边滚边滑车轮抱死拖滑车轮抱死拖滑附着系数是否与滑移率S有关？2. ABS的理论基础的理论基础2. ABS的理论基础的理论基础 （4）附着系数与车轮滑移率S的关系 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10%-30%范围内，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。

采用防抱死制动系统即可达到这一目的ABS的分类按控制方式分类按控制方式分类按功能和布置的形式分类按功能和布置的形式分类按系统控制方案分类按系统控制方案分类按控制通道和传感器数分类按控制通道和传感器数分类141.按控制方式分类按控制方式分类 （1）以车轮滑移率S为控制参数车速传感器轮速传感器滑移率制动力 （2）以车轮角减速度为控制参数轮速传感器车轮的角加速度制动力 （3）以车轮角减速度和滑移率为控制参数车速传感器轮速传感器滑移率制动力车轮的角加速度2.按功能和布置的形式分类按功能和布置的形式分类 （1）后轮防抱死ABS （2）四轮防抱死ABS只对汽车的后轮进行防抱死控制对汽车的前后四轮都实施防抱死控制现代汽车基本上都采用了四轮防抱死制动系统3.按系统控制方案分类按系统控制方案分类根据一个车轮转速传感器信号共同控制同一轴上的两车轮多用于载货汽车轴控式又分低选控制和高选控制（1）轴控式ABS（2）轮控式ABS每个车轮均根据各自车轮转速传感器信号单独进行控制（3）混合式ABS同时采用轴控式和轮控式两种控制方式4.按控制通道和传感器数分类按控制通道和传感器数分类对两后轮采用轴控方式车轮转速传感器有一个或两个汽车制动时的转向操纵性没有提高在一些载货汽车上还有应用控制通道是指能独立进行制动压力调节的制动管路，按控制通道分有四种:（1）单通道式ABS制动压力调节器轮速传感器单通道一传感器布置形式4.按控制通道和传感器数分类按控制通道和传感器数分类难以同时兼顾制动时的方向稳定性、转向操纵性及制动效能（2）双通道式ABS轮速传感器制动压力调节器制动压力调节器双通道四传感器布置形式4.按控制通道和传感器数分类按控制通道和传感器数分类前轮：采用轮控式；后轮：采用低选轴控式可以保证汽车在各种条件下两后轮的制动力相等，汽车在各种条件下制动时都具有良好的方向稳定性在小轿车上被普遍采用（3）三通道式ABS三通道四传感器布置形式三通道三传感器布置形式4.按控制通道和传感器数分类按控制通道和传感器数分类四个车轮均采用轮控式有四个轮速传感器，在通往四个车轮制动分泵的管路中，各设一个制动压力调节器装置对附着系数利用率高（3）四通道式ABSABS的组成传感器传感器电子控制单元（电子控制单元（ECU）制动压力调节器制动压力调节器22ABS的组成传统制动系统传统制动系统制动总泵制动分泵盘式制动器ABS的组成1.轮速传感器 2.制动卡钳 3. 液压调节器 4.电子控制单元 ABS主要由轮速传感器、电子控制单元和执行元件（液压调节器）三部分组成。

轮速传感器轮速传感器轮速传感器轮速传感器电子控制单元液压调节器1.传感器传感器 （1）轮速传感器功用将车轮的转速转变为电信号，并输送给控制器，以使ABS能进行防抱死控制类型有磁感应式、光电式和霍尔效应式三种 1）磁感应式轮速传感器组成就传感器磁极轴的形状不同可分凿式和柱式轮速传感器由电缆、永磁体、外壳、感应线圈、极轴、齿圈等组成 1）磁感应式轮速传感器工作原理 齿圈在磁场中旋转时，齿圈齿顶和磁极之间的空气隙就以一定的速度变化，使磁通量周期性增减，圈两端产生正比于磁通量增减速度的感应电压 1）磁感应式轮速传感器工作原理磁感应式轮速传感器输出信号 1）磁感应式轮速传感器安装位置ABS轮速传感器的安装位置齿圈安装在随车轮一起转动的部件上，传感器头则安装在附近不转动的部件上 1）磁感应式轮速传感器特点具有结构简单、成本低等优点但有以下缺点：其输出信号的幅值随转速的变化而变化响应频率不高抗电磁波干扰能力差 2）霍尔式轮速传感器组成及工作原理由传感头和齿圈组成，传感头包含永磁体、霍尔元件和电子电路等1-磁体 2-霍尔元件 3-齿圈霍尔效应式轮速传感器示意图 当齿圈处于图（a）位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散于两齿之中，磁场相对较弱。

当齿轮位于图 (b)位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中于一个齿上，磁场相对较强 穿过霍尔元件的磁力线密度所发生的这种变化会引起霍尔电压的变化，其输出一个毫伏级的准正弦波电压 2）霍尔式轮速传感器工作原理 霍尔原件产生的电压U1首先经放大器放大为伏级电压信号U 2，然后送往施密特触发器转换成标准的脉冲信号U3 ，再送到输出级放大后,U4输出给ECU特点与电磁感应式传感器相比较，具有以下的优点：输出信号电压的幅值不受车轮转速影响；频率响应高；抗电磁波干扰能力强 2）霍尔式轮速传感器 （2）减速度传感器 又称为加速度传感器功用 监测汽车制动时的减速度大小， ECU 可根据该传感器信号，判断路面状况并采取相应的控制策略类型 根据结构形式不同，可分为光电式、水银式和差动变压器式等 1）光电式减速度传感器组成 由两只发光二极管、两只光电三极管、一块遮光板和信号处理电路等组成光电式减速度传感器结构原理 1）光电式减速度传感器工作原理 汽车匀速行驶时，遮光板静止不动；制动时，遮光板沿汽车的纵轴方向进行摆动，减速度越大，遮光板摆动角度越大 减速度大小不同，遮光板摆动角度就不同，两只光电三极管“导通”与“截止”状态也就不相同。

2）水银式减速度传感器组成及工作原理 通有两根导线极柱的玻璃管中装有水银，由于水银的导电作用，传感器的电路处于导通状态 当汽车制动强度达到一定值后，在减速惯性力的作用下，水银脱离导线极柱水银式减速度传感器结构原理输出电极1、2均与搭铁接通汽车处在附着系数较小的路面上汽车处在附着系数较大的路面上输出电极1与搭铁接通，输出电极2与搭铁断开 3）差动变压器式减速度传感器组成 传感器由固定的1个初级绕组N1、2个次级绕组N2及N3和可移动的铁心构成工作原理 汽车正常行驶，铁心处于中间位置，变压器输出信号电压u0=0； 当汽车制动时，在惯性力作用下，铁心移动，N2和N3中产生相位相反的电压u2和u3数值不同，产生与车速成正比的信号电压u0差动变压器式减速度传感器结构原理2.电子控制单元（电子控制单元（ECU）功用 接收轮速传感器、减速度传感器信号和各种控制开关信号，根据设定的控制逻辑，输出控制指令，控制制动压力调节器调节制动分泵的制动压力组成 输入电路 运算电路 驱动电路 安全保护电路ABS ECU内部电路框图2.电子控制单元（电子控制单元（ECU）（1）输入电路 轮速传感器输入电路由低通滤波电路和整形放大电路等组成。

其功用是：对轮速传感器输入的交变电压信号进行处理，并将模拟信号转变为数字信号输入中央处理单元CPU2）运算电路 主要由微处理器（CPU）构成，是ABS ECU 的核心 其功用是：根据传感器等输入的信号，按照设定的程序进行计算、分析和处理，形成相应的控制指令2.电子控制单元（电子控制单元（ECU）（3）驱动电路 由电磁阀控制电路、电动机控制电路等组成 其作用是：将运算电路的控制指令转换为模拟控制信号，并通过功率放大器向执行器提供控制电流4）安全保护电路 由电源控制、故障记忆、继电器控制、ABS警告灯控制等电路组成 其主要功用是：对汽车电源电压进行监控，并向ECU 提供工作所需的5V标准电压；当ABS 系统 出现故障时，切断ABS继电器电路，使ABS停止工作，恢复常规的制动状态，仪表板上的ABS警告灯亮起；将ABS系统出现的故障以故障码的形式储存起来3.制动压力调节器制动压力调节器功用 在制动时根据ECU的控制信号，迅速、准确地动作，以控制制动压力的大小，使车轮不被抱死，并处于理想的滑移率状态类型气压式和液压式（普遍采用）轮速传感器轮速传感器轮速传感器轮速传感器电子控制单元制动压力调节器按调压方式循环式可变容积式液压式制动压力调节器按与制动总泵的结构关系整体式分离式 （1）循环式制动压力调节器组成 循环式制动压力调节器串联在普通制动管路中，其主要由供能装置（电动泵、储液器等）、回流泵和电磁阀等组成。

循环式制动压力调节器储液器:暂时储存制动分泵压力减小过程流出的制动液 回流泵:将储液器的制动液泵回制动总泵电磁阀:实现制动分泵压力的升压、保压和降压控制 有三位三通、二位二通、二位三通、二位四通 等不同的结构形式 1）电动泵和储液器 电动泵和储液器作为ABS制动系统的供能装置，可使制动液保持较高的压力a)柱塞上行时储液 b)柱塞下行时回液电动泵：一般由直流电动机和柱塞泵组合为一体，将制动液加压到15-18MPa储液器：分为低压储液器和高压储液器两种 低压储液器：主要用于储存从制动分泵流回的制动液，同时衰减回流制动液的压力波动 高压储液器：通常称为蓄压器，用于储存制动时所需的高压制动液 2）电磁阀功用 接收ECU指令，通过控制阀门的切换，调节制动分泵压力，完成：增压-保压-减压-保压的循环调节类型 ABS常用的电磁阀有三位三通电磁阀和两位两通电磁阀两种两位两通电磁阀组成 由电磁铁机构、球阀、复位弹簧、顶杆、限压阀和阀体等组成 2）电磁阀a)常开电磁阀 b)常闭电磁阀工作原理（常开电磁阀） 当电磁线圈未通电时，在复位弹簧弹力作用下，活动铁芯带动顶杆和限位杆下移复位，球阀下移。