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1、第三章 制动防抱死系统的结 构与工作原理,交通运输系：周卫琪,防抱死制动系统的作用:1、汽车制动性能与防抱死制动 制动性能评价制动性能的主要指标：(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。即制动距离、制动时间、制动减速度。受制动器的摩擦力矩、车轮与地面的附着系数的制约。,第一节概述,汽车制动时车轮受力分析,车速车轮旋转角速度惯性力矩制动阻力矩车轮法向载荷地面法向反力车轴对车轮的推力地面制动力车轮半径车轮切向速度，简称轮速,（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M通过车轮作用于地面的切向力F（2）地面制动力制动时地面对车轮的切向反作用力FX,（3）地面
2、制动力FX、制动器制动力F及附着力F之间的关系,附着力地面对轮胎切向反作用力的极限值F。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。,地面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系,硬路面上附着系数与滑移率s的关系,（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V,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 V 轮速V,第三阶段：抱死拖滑，路面印痕粗黑。轮速V=0,滑移曲线动画,若需增大Fx，必须增大F。F取决于附着系数，又受滑移率 s 的影响。（2）滑移率S 定义：s=(VV)/V100%=(Vr)/V100%
3、滑移率S=（车身瞬时速度-车轮瞬时速度）/车身瞬时速度,制动力的最大值=附着力 Fmax=Z B 在法向反力Z一定时，制动力的最大值取决于车轮与地面的纵向附着系数B;而：B与车辆相对地面的滑移率s有关。,法向反力,纵向附着系数,制动力的最大值,附着系数与滑移率的关系：,在s=20左右时：纵向附着系数B=Bmax，F=Fmax。当车轮抱死：s=100时，B反而有所下降，制动力F有所下降，即制动效能将下降。,(2)制动时汽车的方向稳定性。,定义：指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、失去转向能力。方向稳定性相关因素：横向附着系数 S 横向附着力 车轮与路面的滑移率S,图知：S
4、增大时，s 减小，当S=100，即车轮抱死时，s=0，此时，车轮在极小的侧向外力下即产生侧滑。转向轮抱死后失去转向操纵能力。即：车轮抱死将导致汽车的方向稳定性变坏。,结论：,1）制动时车轮抱死，制动效能和制动时的方向稳定性均变坏。2）制动时将车轮滑移率S控制1520处，纵向附着系数最大，可得到最大制动力，同时横向附着系数也保持较大值，使汽车具有良好的抗侧滑能力及制动时的转向操纵能力，得到最佳期制动效果。稳定区域：0 S(1520)；非稳定区域：15S100。,2、防抱死制动系统(ABS)功能,获得理想的制动过程 最理想的制动过程，制动开始时让制动压力骤升，滑移率达到15%20%的时间的时间最短
5、。当达到s=15%20%后，随即适当降低制动压力，并使滑移率保持在S=15%20%，B=Bmax这样即可得到最短的制动距离最佳控制。,二、防抱死制动系统的发展和应用,1950年，世界第一台ABS，首先被应用于飞机上。60年代初，德国博世公司(BOSCH)，开始ABS的开发工作，1978年正式生产出ABSl型汽车防抱死制动系统。1984年推出ABS2型。1986开始生产ABS3型，以后相继开发出ABS2S型、将汽车防抱死制动系统与驱动力自动调节装置有机结合的ABS/ASR系统。,ABS 在世界汽车的应用 BOSCH公司研发单位：,80年末期已达到年生产ABS2型100万套的能力，并自1987年起
6、已向欧洲、美国、日本、南韩的22家轿车生产厂和9家载货汽车生产厂的66种汽车提供大量的产品。目前世界各国已有300多种汽车装有ABS，如：德国的奔驰、宝马、雅迪、保时捷、欧定等车。英国的劳斯莱斯、捷达、路化、宾利等车系；意大利的法拉利、的爱快、领先、快意等车系；瑞典的袄尔沃：绅宝等车系；法国的波尔舍车系；美国的福特、红慧星，克莱斯勒的帝王、纽约豪客、男爵、道奇、右风等车系；日本的思域、凌志、本田、奔跃、俊朗、淑女300等车系均采用了ABs系统。长安之星等微型客车上也装备了ABS系统：ABS在轿车上装有率可达95%以上。,三、ABS的组成,传统制动系统工作原理,ABS是在传统制动基础上，又增设如
7、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,ABS的组成,传感器 电子控制单元(ECU)制动压力调节器（执行器）,车速传感器（测速雷达）轮速传感器,制动压力调节器回油泵电磁截止器活塞驱动电机等,ABS在汽车上布置：,ABS执行器,ABS控制电脑,左后轮速传感器,右后轮速传感器,左前轮速传感器,右前轮速传感器,1.故障警告灯2.轮速传感器3.电控单元4.制动开关5.电动液压泵6.ABS液控单元,ABS工作原理ABS工作原理动画,三、ABS控制参数,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。S高于设定值，ECU就会输出减
8、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。,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。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。,第二节 ABS主要组成的结构及 工作原理,控制通道能够独立进行制动压力调节的制动管路；（一）四传感器、四控制通道特点：（1）各制动轮压力均可单独调
9、节（轮控制）-控制精度高；（2）制动时可最大限度地利用每个车轮的附着力-方向稳定性好；,一、ABS控制方式及特点,（二）四传感器、三控制通道,特点：,两前轮独立控制，两后轮一同控制（轴控制）；,按附着力较小车轮不发生抱死为原则进行制动压力调节-低选原则控制；,按附着力较大车轮不发生抱死为原则进行制动压力调节-高选原则控制；,二、轮速传感器功用：检测车轮的速度，并将速度信号输入ECU。类型：电磁式轮速传感器、霍尔式轮速传感器。,安装 轮轴支架技术要求 传感器和信号盘间隙:1mm左右测量 交流信号 0.5以上,轮速传感器,1电磁式轮速传感器,组成：传感器头（静止）：永久磁铁、感应线圈、极轴；齿圈（
10、转动）：凸齿数40100不等；脉冲式轮速传感器的外形、剖视图。,(a)凿式极轴轮速传感器DF2(b)柱式极轴轮速传感器DF3,极轴,工作原理 齿圈随车轮转动，凸齿和齿隙不断交替在极轴下掠过，使铁心磁通发生变化在感应线圈中产生交变信号电压，频率：f=306000Hz，电压幅值：U=115V。,2、霍尔式轮速传感器,组成：传感头、齿圈。传感头组成：永磁体、霍尔元件、电子电路等。霍尔式轮速传感器优点：(1)输出信号电压幅值不受转速的影响。(2)频率响应高。其响应频率高达20KHZ，用于ABS系统时，相当于车速为1000kmh检测的信号频率。(3)抗电磁波干扰能力强。由于其输出信号电压不随转速的变化而
11、变化，且幅值高，故有很强抗电磁波干扰的能力。由于上述原因，霍尔式传感器不仅广泛应用于ABS轮速检测，也广泛应用于其控制系统的转速检测。,三、制动压力调节器,功用：接受ECU的指令，通过电磁阀的动作来实现车轮制动器的制动。类型：有液压式、气压式、空气液压加力式等,(一)液压式制动压力调节器,组成：电磁阀、液压泵、储液器等电磁阀类型：目前，在轿车上应用较多的液压式制动力调节器：三位置三通电磁阀(一轮一阀)制动力调节器 两位两通电磁阀(一轮二阀)。,1、BOSHC三位置三通电磁阀液压式制动力调节器ABS执行器,作用：ABS执行器中的三位电磁阀可控制前轮左右分泵的液压、后轮分泵的液压，以调节系统对车轮
12、的制动力。执行器的构造 控制单元、减压单元,ABS执行器外形,制动控制动画,制动控制动画,执行器控制单元,组成：三位电磁阀（线圈、单向阀、阀芯）；功能：在ABS防抱死制动系统作用时，根据ABS的ECU信号，自动进行增压、保压、减压模式工作原理：ABS电脑根据车轮传感器的信号分三级向线圈输入0安培、2安培、5安培的电流，产生不同电磁力，使阀芯分别处在相对于单向阀的三种不同位置来开闭A孔、B孔达到三种不同模式。,执行器包括 控制单元、减压单元,三种模式：,增压模式：A孔开、B孔关闭，保压模式；A、B孔均关闭，减压模式；B孔开、A孔关闭。,执行器控制单元的,执行器减压单元,组成：储油罐、油泵；功能：
13、在ABS系统作用过程中的保压模式，随着液压的降低，制动液从车轮分泵回流至储油罐，通过油泵将储油罐内的液压油送至制动总泵。,执行器包括 控制单元、减压单元,系统液压油路示意图,制动总泵,执行器工作原理：,制动踏板被踩下：A孔开 流入C孔，B孔关闭；松开制动踏板：C孔 流入A孔，3号阀，B孔关闭,正常制动时两种状态,正常制动时，ABS电脑不向执行器的三位电磁阀供电，三位电磁阀的阀芯在回位弹簧作用下处于最底位置。A孔开，B孔关闭。制动踏板被踩下，使总泵内油压上升，制动液通过开启的A孔到达三位电磁阀的C孔，进入车轮分泵。由于1号单向阀的作用由总泵加压的制动液不能进入执行器的油泵。松开制动踏板，车轮分泵
14、内的制动液通过C孔由开启的A孔和3号单向阀回流到制动总泵。,正常制动时的(ABS系统不作用)工作过程,紧急制动时,当四轮中任一个将要抱死时，ABS执行器可根据电脑的信号控制作用在车轮分泵上的制动力达到防止车轮抱死的目的。减压模式 在一车轮行将抱死时，ECU提供5安培电流到三位电磁阀的电磁线圈，线圈产生一电磁力使阀芯上升，A孔关闭，B孔开启。制动液从分泵通过C孔进入B孔到ABS储油罐。同时油泵在ECU控制下启动，再将制动液从储油罐吸出，加了压的制动液开启单向阀进入制动总泵。同时，由于A孔和3号单向阀关闭了油路，使制动液不能进人车轮分泵，从而导致了车轮分泵减压，以防车轮抱死。,减压模式：A孔关闭，
15、C B 储液罐；储液罐 2号阀 液压泵 制动总泵,减压模式,保压模式,车轮分泵内制动液的减少、增加过程中，车轮传感器不断的向ECU提供车轮的状态信号，以控制制动力水平。ECU向电磁阀提供2安培的电流，进行保压。电磁阀电流：5安培2安培，阀芯部分回落，B孔关闭，A未开启。,液体不流动,增压模式,ECU停止向电磁阀供电，A孔开启，B孔关闭，A C。制动过程中，保压和增压模式是交替进行的。,ABS防抱死制动系统四、电子控制单元（ECU）,功用:接受轮速传感器及其他传感器输入的信号，进行测量、比较、分析、放大和判别处理，通过精确计算，得出制动时车轮的滑移率、车轮的加速度和减速度，以判断车轮是否有抱死趋
16、势，再由其输出级发出控制指令，控制制动压力调节器去执行压力调节的任务。,ECU动画,组成：（硬件、软件）输入电路 计算电路 输出电路安全保护电路 故障自诊断,电路控制动画,(一)BOSCH公司ABS电脑控制系统分析,在行车过程中，ABS电脑始终在通过车轮传感器接收信号，计算出每个车轮的速度和减速度，来判断汽车的速度；当制动踏板被踩下时，各个车轮分泵的制动压力开始增加车轮速度开始减低，如果有一个车轮接近抱死，根据其它车轮的减速度，路面条件和车轮的相对速度ABS电脑可分别独立控制前轮左右分泵的制动力;同时控制后轮左右轮分泵的制动力，为了稳定车辆的行驶状态，如果有一个后轮趋向于抱死两个后轮的制动力将
17、根据车轮的状态同时被控制。,如一个车轮有抱死趋势时(1)A阶段的控制过程减压模式,ECU根据车轮的减速度将三位电磁阀置于车轮分泵的减压模式下，减压后ECU关闭三位电磁阀进油孔，进入分泵的保压模式，并监视各车轮的速度变化状况，如过ECU判断到系统需要减压时，则可再次减压。,(2)B阶段的控制过程,当分泵内油压在A阶段减低时，作用于车轮上的制动力相应减弱，这使即将抱死的车轮增加了转速。如果制动液压保持的较低车轮上作用的制动力就较弱。因此，ECU使三位电磁进入增压模式和保压模式相互交替状态；逐渐增加分泵内的油压。,C阶段的控制过程,随着分泵内油压的在B阶段的逐渐上升，车轮趋于再度抱死。ECU再次将三
18、位电磁阀置于减压模式，再次减低分泵内压力。,D阶段的控制过程,由于C阶段分泵内油压的再次减低，ECU开始再次增加分泵的油压，过程与B阶段的方式一样。,ABS系统的初始化（初始校验）,在发动机启动后，车速超过6kmh时就进行一次。ABS执行器的三位电磁和油泵电机按顺序检查TRC系统的汽车，ABS系统初始化分别从左侧车轮和右侧车轮顺次进行校验。系统初始化时间约需1.8 s。如果踩下制动踏板初始化自动停止，松开后重新开始。,（二)ITT公司MK20I型ABS电脑控制系统分析,MK20一I ABS系统将电控单元和液压调节器组装在一起，形成整体式模块结构，如图所示。该系统采取三通道控制模式，每个前轮使用
19、一个通道进行独立控制；两个后轮共用一个通道，电控单元根据两后轮滑移率的变化情况，按照低选原则，对两个后轮一同控制。,第三节典型车型ABS系统构造和控制电路,一、桑塔纳2000GSi MK20l型ABS系统,两前轮滑移率分别独立控制，两后轮滑移按附着系数小的一侧统一控制。每个车轮独立安装一个车轮转速传感器，制动主缸和液压调节单元制成一个整体。,1、MK20I ABS结构特点（1）采用摸块式结构设计，将液压控制单元（储液器、电动回液泵、电磁阀）与电子控制单元集成于一体，使其结构更加紧凑。（2）电磁阀线圈设置于控制单元内部，节省连接导线。采用大功率集成电路直接驱动电磁阀及回液泵电机，省去了电磁阀继电
20、器。,（3）电子控制单元内部设有故障存储器，随车带有故障诊断接口，借助诊断仪调取故障码可以很方便地进行故障诊断。（4）MK20I ABS采用四传感器、三通道控制系统，其控制原则是对两前轮进行独立控制，对两后轮按低选原则一同控制。其目的是在于制动过程中确保后轮不会先于前轮抱死，从而获得良好的制动稳定性。,（二）ABS系统主要部件结构和工作原理,1、ABS系统的功能 防抱死控制(ABS)；电子控制制动力分配(EBV）；故障自诊断等。,ABS系统正常工作时：电控单元根据各车轮转传感器的检测信号控制液压单元，调节各轮缸的制动液压，避免车轮抱死；当ABS系统不起作用时：对后桥制动液压进行制动力分配控制，
21、避免出现后轮抱死现象；ABS系统出现故障时：电控单元终止控制功能，制动系按照常规方式工作，同时ABS警告灯点亮，向驾驶员发出警告信号，并将故障内容存储在电控单元的专用存储器内以便于检修。,作用：检测车轮的转速信号并输入电控单元。每个车轮转传感器均为电磁感应式。,2、车轮转速传感器,桑塔纳2000Gsi轿车上装用四个磁感应轮速传感器，每个轮速传感器均由传感器头和齿圈组成。前轮轮速传感器齿圈（43个凸齿）镶嵌在制动盘后，随制动盘一同旋转，传感器头安装在转向节上。后轮轮速传感器齿圈（43个凸齿）安装在轮毂上，随轮毂一同旋转，传感器头则安装在固定支架上。,驻车制动器,轮速传感器,轮速传感器,执行器,制
22、动主缸,控制电脑,警告灯,检查接口,3、控制模块 控制模块由液压控制单元和电子控制单元组成。液压控制单元由储液器、电动回液泵、电磁阀等组成。电子控制单元ECU中具有两个完全相同的微处理器，它们按照同样的程序对输入信号进行计算处理，并将最终结果进行比较，一旦发现最终结果不一致，即判定自身存在故障，它会自动关闭ABS，同时将仪表板上的ABS警告灯点亮。,4、故障警示灯 在仪表板及仪表板附加部件上装有两个故障警示灯，一个是ABS警示灯（K47），另一个是制动装置警示灯（K118）。打开点火开关后ABS警示灯亮约2 S熄灭，说明自检结束的同时已启动ABS。若ABS警示灯常亮，说明ABS出现故障。,液压
23、控制系统 桑塔纳2000Gsi轿车上采用的MK20I ABS液压控制系统为对角线双回路控制系统。,习题：,1、制动时将车轮滑移率S控制在多大的范围？为什么？制动时将车轮滑移率S控制1520处，纵向附着系数最大，可得到最大制动力，同时横向附着系数也保持较大值，使汽车具有良好的抗侧滑能力及制动时的转向操纵能力，得到最佳制动效果。,2、在行车时，ABS系统是否一直工作？为什么？,在行车过程中，ABS电脑始终在通过车轮传感器接收信号，计算出每个车轮的速度和减速度，来判断汽车的速度；检测车辆的行驶状况，以便在制动时获得理想的制动力。,3、画出附着系数与滑移率的关系曲线，并对曲线作一定的解释。,制动时将车轮滑移率S控制1520处，纵向附着系数最大，可得到最大制动力，同时横向附着系数也保持较大值，使汽车具有良好的抗侧滑能力及制动时的转向操纵能力，得到最佳制动效果。车轮滑移率在0（1520）称为稳定区域，车轮滑移率在（1520）100称为非稳定区域。,
