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1、第八章 底盘电子控制系统,底盘电子控制主要包括电子控制自动变速器、制动防抱死、驱动防滑、牵引力控制、电子控制悬架、电动助力转向等。电子技术发展的趋势是集中综合控制，如将制动防抱死控制系统（ABS）、牵引力控制系统（TCS）和驱动防滑控制系统（ASR）综合在一起进行制动控制。同时，通过中央底盘控制器，将制动、悬架、转向、动力传动等控制系统通过总线进行连接，控制器通过复杂的控制运算，对各子系统进行协调，将车辆行驶性能控制到最佳水平，形成一体化底盘控制系统（UCC）,第一节 电子控制自动变速器,一、电子控制自动变速器的组成（Electronic Controlled Automatic Transm
2、ission，简称ECT），通常由液力变矩器、行星齿轮变速系统、换挡执行器、液压自动操纵系统、电子控制系统五部分组成。,二、自动变速器电子控制系统 由传感器、电子控制单元和执行机构三部分组成。电子控制自动变速器（ECT）的控制原理如图,三、自动变速器的类型 1按变速方式分类 汽车自动变速器按变速方式的不同，可分为有级变速器和无级变速器两种。,2按汽车驱动方式分类 自动变速器按照汽车驱动方式的不同，可分为后驱动自动变速器和前驱动自动变速器两种。,3按自动变速器前进挡的挡位数不同分类 自动变速器按前进挡的挡位数不同，可分为2个前进挡、3个前进挡、4个前进挡三种。,4按齿轮变速器的类型分类 自动变速
3、器按齿轮变速器的类型不同，可分为普通齿轮式和行星齿轮式两种。,5按变矩器的类型分类 轿车自动变速器基本上都是采用结构简单的单级三元件综合式变矩器。这种变矩器又分为有锁止离合器和无锁止离合器两种。,6按控制方式分类 自动变速器按控制方式不同，可分为液力控制自动变速器（液力自动变速器）和电子控制自动变速器（电控自动变速器）两种。,液力自动变速器的汽车具有的优点：1）大大提高发动机和传动系的使用寿命。2）提高汽车通过性。3）具有良好的自适应性。4）操纵轻便。,四、自动变速器的基本组成 液力变矩器、变速齿轮机构、供油系统和换挡操纵机构等四大部分组成。,五、自动变矩器的工作过程 1、液力自动变速器的工作
4、过程 根据汽车的行驶速度和节气门开度的变化，自动变换挡位。换挡控制方式是通过机械方式将车速和节气门开度信号两个参数转换成控制油压（控制信号），按照设定的换挡规律，将该油压加到换挡阀的两端，以控制换挡阀的位置，从而改变换挡执行元件（离合器和制动器）的油路。这样，工作液压油层进入相应的执行元件，使离合器结合或分离，制动器制动或松开，控制行星齿轮变速器的升挡或降挡，从而实现自动换挡。,2、电控自动变速器的工作过程 通过传感器和开关监测汽车和发动机的运行状态，接受驾驶员的指令，并将发动机转速、节气门开度、车速、发动机冷却液温度、自动变速器液压油温度等参数转换成电信号输入到ECU。ECU根据这些信号，按
5、照设定的换挡规律，向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出控制信号；电磁阀控制液压换挡阀，使其打开或关闭通往换挡离合器和制动器的油路，从而控制换挡时刻和挡位的变换，以实现自动变速。,六、自动变速器基本过程,1、变矩器的结构 曲轴；驱动端盖；涡轮；泵轮；导轮；单向离合器；输入轴；壳体。,三个工作轮都装在变矩器的壳体中，壳体中充满了工作油，泵轮由发动机驱动，涡轮固定在涡轮轴上，涡轮轴和变矩器输入轴相连。发动机把动力传给泵轮，泵轮传到涡轮，再经变矩器传到车辆的驱动轮。发动机的飞轮传给变矩器的外壳，外壳带动泵轮转动，泵轮叶片使液压油运动进入涡轮，推动涡轮转动，并通过花键传给变速器输入轴。,2、变矩器输出扭矩增大
6、原理 当液体离开泵轮冲击涡轮时，把液体能量传递给涡轮并使其转动，与此同时流经涡轮的液体从中间流出，撞击导轮叶片的正面（此时单向离合器锁止），液体受到导轮正面叶片的阻挡而产生液体折射，具有方向性的液体返回到泵轮叶片上，而这种具有方向性的液体起到了帮助发动机转动泵轮的作用。流动的液体对导轮产生的作用力矩，可以使变矩器的输出扭矩提高。,3、变矩器中的导轮设置单向离合器的原因 为了防止汽车高速时出现变矩器的输出扭矩小于输入扭矩的现象，在导轮和固定轴之间安置了单向离合器。当在低速时，作用在导轮叶片正面的液体通过单向离合器锁止使导轮固定，产生增大扭矩的效果。当在高速时，作用在导轮叶片的扭矩不能增大。,（二
7、）行星齿轮变矩器一个太阳轮、若干个行星齿轮和一个齿轮圈组成。,太阳轮、行星齿轮齿圈同轴，把其一与主动轴连接最为输入轴，其二与被动轴相连作为输出件，第三个构件固定，实现动力的传递。,行星齿轮机构基本特征：两个外齿轮相互啮合时，其转动方向相反。一个外齿轮与一个内齿轮相啮合时，其转动方向相同。小齿轮驱动大齿轮时，输出扭矩增大而输出转速降低。大齿轮驱动小齿轮时，输出扭矩减小而输出转速提高。若行星架作为被动件，则它的旋转方向和主动件同向。若行量架作为主动件，则被动件的旋转方向和它同向。在简单行星齿轮机构中，太阳轮齿数最少，行星架的当量齿数最多而齿圈齿数则介于中间。若行星齿轮机构中的任意两个元件同速同方向
8、旋转，则第三元件的转速和方向必然与前两者相同，即机构锁止，成为直接档。,简单行星齿轮机构的三元件经组合后六种不同的运动状况（表）加上直接传动和空档，共8种组合方案。可获得8种不同的传动比。,二、液压控制系统 液压控制系统组成：液压泵、阀体和控制阀。液压控制系统的信息有：手动变速杆的位置、油门的开度及发动机的转速。当驾驶员把变速杆选定后，控制系统根据油门的开度及发动机的转速自动换挡变速。控制系统结构图如下：,七、电子控制系统,自动变速器电子控制系统由传感器、电子控制单元和执行机构三部分组成。电子控制自动变速器（ECT）的控制原理如图,选档手柄 模式选择 点火开关 发动机转速空气流量 节气门位置备
9、用通道,电子控制自动变速器（Electronic Controlled Automatic Transmission，简称ECT）,模式选择开关 模式开关又称程序开关，用于选择自动变速器的控制模式，即选择自动变速器的换档规律，以满足不同的使用要求，通常安装于操纵手柄旁。常用模式有以下几种：1）经济模式 该模式以车辆获得最佳燃油经济性为目标设计换档规律。当自动变速器在经济模式下工作时，其换档规律使车辆在行驶过程中，发动机经常在经济转速范围内运行，从而降低了燃油消耗，一般以提前升档来实现。,2）动力模式 该模式以车辆获得最大动力性为目标设计换档规律。当自动变速器在动力模式下工作时，其换档规律使车辆
10、在行驶过程中，发动机经常处于大转矩、大功率范围内运行，从而提高了车辆的动力性能和爬坡能力，一般以延迟换档实现。3）普通模式 普通模式的换档规律介于经济模式与动力模式之间，它使车辆既保证了一定的动力性，又有较好的燃油经济性。4）手动模式 该模式让驾驶员可在各档之间以手动方式选择合适的档位，使车辆可以如装用手动变速器一样行驶，而又不必像手动变速器那样换档时必须踩离合器踏板。5）雪地模式 适用于在雪地上行驶的方式。变速器可以保持某一档位工作或只降不升。,第二节 制动防抱死（ABS）（Anti-lockBrake System)防滑控制系统（ARS）(Accelerating Slip Regulat
11、ion System)或牵引力控制系统(TCS)（Traction Control System)将制动防抱死控制系统（ABS）、牵引力控制系统（TCS）和驱动防滑控制系统（ASR）综合在一起进行制动控制。,一、ABS概述,能根据路面状况，控制车轮的滑移率在某一范围内工作.在汽车制动过程中，自动调节车轮的制动力，防止车轮的制动抱死.即使在非常恶劣的路面条件下，也能够保证车辆:(1)在制动时方向的稳定性(2)在制动时的转向操纵能力(3)获得较短的制动距离(4)无需点制动,1、ABS与普通制动系统的关系,优于普通制动系统建立在普通制动系统正常工作的基础上只有超过一定的速度值ABS才开始工作只有抱死
12、时才调节,2、ABS基本工作图,3、ABS的组成及结构原理,防抱制动系统的布置图及工作原理无论是气压制动系统还是液压制动系统，其ABS的主要组成部分均包括轮速传感器、电子控制器和压力调节器三大部分。,4、防抱制动系统的布置图,5、防抱制动系统工作原理,基本工作原理：汽车在制动过程中，轮速传感器不断把轮速信号传送给ECU，这些信号被ECU进行逻辑判断和分析，并加以计算，一且识别到某一或几个车轮有抱死倾向时，ECU就发出指令，并送至液压或气压调节器中，通过调节器中电磁阀“升压”、“保压”、“降压”3种不同工作状态，及时调节车轮制动缸(气室)中的压力，以防止车轮制动抱死。,6、制动防抱死系统的特点1
13、）改善制动效能。2）改善汽车制动时的方向操纵性能。3）改善汽车制动时的横向稳定性能。4）减小轮胎的局部磨损。5）减轻了驾驶员的劳动强度，提高了乘客的乘坐舒适性和安全性。6）使用方便，工作可靠。,1四通道制动防抱死系统,二、汽车制动防抱死系统的类型,2三通道制动防抱死系统,3双通道制动防抱死系统,4单通道制动防抱死系统,三、ASR结构及工作过程,驱动防滑系统ASR（Acceleration Slide Regulation）是制动防抱死系统功能的自然扩展。它的作用是维持车辆行驶尤其是加速行驶时的方向稳定性，并尽可能利用车轮与路面间的纵向附着能力，提供最大的驱动力。当驾驶员在光滑路面上快速踩下加速
14、踏板时，会造成车轮的过度滑转。,驱动防滑装置通过自动施加部分制动或减少发动机功率输出的方式可使车轮的滑转率保持在最佳范围内，由此可防止驾驶员快速踩下加速踏板所带来的负效应，获得较好的行驶安全性及良好的起步加速性能。它的另一个优点是可减少轮胎及动力传动系统的磨损和冲击。,ASR系统的控制方式有发动机调速控制、制动力控制、差速器锁止控制和综合控制等。驱动防滑控制是建立在制动力控制和发动机调速控制的基础上的，这个系统包括电子控制装置、轮速传感器、加速踏板位置传感器、节气门控制器和压力调节器。,1.制动主缸 2.旁通阀 3.执行元件 4.后轮速传感器 5.发动机和传动系 6.前轮速传感器 7.主节气门
15、位置传感器 8.主节气门 9.副节气门位置传感器 10.副节气门执行元件 11.副节气门,ABS/ARS的典型组成,ASR系统的主要部件有车轮转速传感器、电了控制单元（ECU）、制动压力调节器以及发动机副节气门（辅助节气门）执行元件与ASR制动执行元件。此外，还有ASR系统选择开关、ASR指示灯、ASR警告灯等。ASR系统还同发动机与传动系的集中电控系统建立通信联系，以共同调节驱动轮的滑转率。,1发动机调速控制当两侧驱动轮在附着条件相同的光滑路面上行驶，滑转率已达到其受控的门限值时，发动机调速控制过程就开始了。在自动控制过程中，发动机的输出功率、转速会自动降低，直至驱动轮的平均转速略超过非驱动
16、轮的平均转速，以保持驱动轮的必要的滑转。,发动机调速控制可采用的控制方法有三种：一是节气门开度调节，即在发动机原节气门的基础上，串联一个副节气门，由系统的执行机构控制其开度；二是喷油量的减少或切断；三是减小点火提前角。,2制动力控制制动力控制的目的是使两侧驱动轮同步转动并限制其滑转率。如果两侧驱动轮转速不同，快速侧车轮将被部分制动。,3发动机调速和制动力综合控制车辆在实际运行中，发动机调速控制和制动力控制各自独立工作的情况是不多的，常常是二者同时工作。当左、右车轮附着系数不同时，总是导致其中一个车轮过度滑转。也就导致了制动力的控制过程。由此施加的制动力矩又导致另一个车轮发生过分滑转现象，从而又
17、须对此车轮施加制动，这就又引起了发动机调速控制过程，发动机输出的功率和转速同时降低。当两种控制均参与工作时，制动力控制机构的功用是使得两车轮同步转动，发动机调速控制机构的功用是使两车轮的滑转保持在一定限度内。,采用发动机输出功率与驱动轮制动综合控制方式的ASR系统结构中，把两驱动轮的制动管路分成左、右两个独立的管路结构，在制动主缸与两驱动轮制动轮缸的ABS执行元件之间，增设了ASR制动执行元件，以便在进行驱动控制时，对两驱动轮制动轮缸进行加压、保压或减压的工况控制。,车辆的ABS与ASR系统共同构成了车辆防滑控制系统，即车辆的防滑控制系统是对ABS和ASR的统称。一些高级轿车采用了集成ABS与
18、 ASR功能于一体的结构，控制系统共用一个ECU，以共享ECU的硬件与软件资源，这种结构也简称为ABSASR防滑控制系统。,驱动防滑控制功能仅在车辆速度低于40km/h时才会进行驱动防滑控制，以增大车辆的驱动力，提高起步加速性能。在进行驱动防滑控制时，驾驶室仪表板上的驱动防滑系统报警灯将会点亮，直至驱动防滑控制过程结束以后，驱动防滑系统报警灯才会熄灭。在驱动防滑控制过程中，如果车辆的速度已经达到40km/h以上，驱动防滑系统会自动退出控制过程，报警灯随之熄灭。,驱动防滑系统的制动液压控制管路 1.储液器 2.液位开关 3.制动主缸 4.储液室 5.压力开关 6.第一隔离阀 7.进液阀 8.出液
19、阀 9.第二隔离阀 10.限压阀 11.液压泵 12.电动机 13.左前制动器 14.右前制动器 15.右后制动器 16.左后制动器,第四节 电子控制悬架,电子控制悬架系统（Electronic Control Suspension System，简称ECS）使悬架的工作从被动吸收转变到主动适应，能够完全满足车辆在不同道路条件下行驶的要求并保证乘坐的舒适性和安全性。,当车辆载荷、行驶速度、路面状况等行驶条件发生变化时，主动悬架系统能自动调整悬架的高度、刚度以及一些特殊姿态，从而同时满足车辆的行驶平顺性、操纵稳定性等各方面的要求。具体的性能改善有以下几个方面：1）车辆转弯出现的车身侧倾、制动、加
20、速等引起车身的纵向摆动等问题得到解决。2）提高了车辆的操纵稳定性，使车辆的行驶安全性得以提高。,3）车辆载荷变化时，主动悬架系统能自动维持车身高度不变，车辆即使在凸凹不平道路上行驶也可保持车身平稳。4）主动悬架系统可以在制动时使车尾下沉，充分利用车轮与地面的附着条件，加速制动过程，缩短制动距离。5）主动悬架可使车轮与地面保持良好接触，即车轮跳离地面的倾向减小，因而可提高车轮与地面的附着力，从而提高了车辆抵抗侧滑的能力。,主动控制悬架系统有以高压液体作为能量的油气悬架，也有以高压气体作为能量的空气悬架。主动悬架系统根据车速、转向、制动、位移等传感器信号，经ECU处理后，控制电磁式或步进式执行器，
21、通过改变悬架的参数，以适应复杂的行驶工况对悬架的要求。主动控制悬架控制的参数可以是车身高度、弹簧刚度、减振器的阻尼力等。,主动空气悬架的控制电路原理图，它由一组传感器、ECU、空气悬架、高度控制器等组成。主动空气悬架系统根据悬架位移（车身高度）、车速、转向和制动等传感信号，由ECU控制电磁式或步进式执行器以改变悬架的特性，适应各种复杂的行驶工况对悬架特性的不同要求。如下图,主动空气悬架的控制电路原理图,1车身高度调节车身高度调节用以在乘客和载质量发生变化时，车辆可以保持某一恒定高度；当车辆高速行驶时，可自动降低车高，以改善高速行驶时的空气动力学参数和稳定性；在点火开关关断后，能使车辆高度降低到
22、目标高度，改善车辆驻车态势。充放气高度调节 如图,空气悬架的充放气高度调节（a）升高（b）降低1.车速传感器 2.车高传感器 3.空气压缩机 4.电磁阀 5.空气减振器 6.报警灯,2抗侧倾控制 电子控制悬架系统的控制单元通过转向盘转角与转动方向传感器和侧向加速度传感器来监视车身的侧倾。当这些传感器输入ECU的信号表明车辆急转弯时，控制单元将给空气弹簧执行元件发出信号，使转向外侧的空气弹簧增加空气，同时使转向内侧的空气弹簧放气，从而减少车身侧倾的趋势。,3抗点头控制当车辆紧急制动时，制动灯开关接通，控制单元能根据车速传感器提供的车速高低信号，向前空气弹簧执行元件发出指令使其气压升高，增大前空气
23、弹簧的刚度，同时控制后空气弹簧执行元件使后空气弹簧放气，减小其刚度。紧急停车时，控制单元还将使减振器阻尼变硬。当车辆下坡行驶时，如果在制动后加速，控制单元将使所有的空气弹簧放气。,4抗仰头控制 当节气门位置传感器显示驾驶员快速踩踏加速踏板时，控制单元将使前空气弹簧放气，并增加后空气弹簧的气压，以防止车辆仰头。当车速稳定后，控制单元将使空气弹簧恢复到原来的气压。当节气门位置传感器信号显示节气门开大且倒车灯开关接通时，说明车辆处于倒车行驶状态。此时控制单元将按仰头的相反方向调节空气弹簧压力，即增加前空气弹簧气压、减小后空气弹簧气压，同时使减振器阻尼变换到坚硬状态。,5前后颠簸和上下跳动的控制 电子控制悬架系统有前后两个高度传感器，用于检测车辆在颠簸的路面上行驶时悬架的运动状态。当高度传感器显示悬架被压缩时，控制单元将给该轴上的空气弹簧充气，使弹簧伸长。当悬架弹簧反弹时，控制单元将使空气弹簧放气，减小车身的上升高度。由于空气弹簧能随车轮上下跳动而放气或充气，减缓车身的上下跳动量，因此，在车辆通过凹凸不平的路面时，车身上下跳动量减小，不易产生前后颠簸或倾斜。,
