现代汽车安全技术-2章1ABS防抱制动系统课件.ppt

1、ABS防抱制动控制系统 知足常乐，历经兵农工商学。知足常乐，历经兵农工商学。历经：历经：兵团开车，地方修车，企业管理：技术、运营、物流、安全、保卫，职任：职任：客运站长、公司经理，集团技术总监，总经理及法人代表。学历：学历：本科、MBA，专业：专业：汽车维修与使用、企业管理、经济管理。职业资格与职称：职业资格与职称：高级工程师、高级技师、国家经济师、高级技能专业教师、高级国家职业资格考评员。管理科学研究院特约讲师、管理顾问有限公司高级讲师。客座客座任教：任教：大学、技师学院、国家职业资格培训与考评及企业内部职业培训。Q号号657555589朱明 百度个人主页 (本人教学资料搜索:朱明朱明zhu

2、bob(资料内容资料内容)朱明工作室朱明工作室 Brake Systems Friction Brakesy Wheels and Tiresx Master cylinderx Disk brakesx Drum brakesx Brake boosterx Anti-lock brake system(ABS)机械制动系-驻车制动系统 现代汽车驻车制动系统较多采用机械式操纵系统。采用中央制动器的驻车制动系统工作原理与上述类似。中央制动器也不宜用于应急制动，因为其制动力矩是作用在传动轴上的，在汽车行驶中紧急制动时，极易造成传动轴和驱动桥严重超载，还可能因差速器壳被抱死而发生左右两驱动轮的旋转

3、方向相反，致使汽车制动时跑偏甚至掉头。各型制动器促动装置 制动蹄张开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向相同旋转方向相同时，具有这种属性的叫领蹄领蹄。从蹄：二者旋转方向相反时叫从蹄从蹄。各型鼓式制动器(a)-领从蹄式(b)-双领蹄式(c)-双从蹄式(d)双向双领蹄(e)-单向自增力式(f)-双向自增力式VW后轮制动器固定钳式、浮钳式制动器示意图制动制动液压液压钳固钳固定在定在转向转向节上节上浮钳浮钳浮动钳式制动器结构图 浮动钳式制动器安装图通风式制动盘防抱制动装置的基本原理 车辆在侧向力作用下制动时受的力 车辆直线行驶时，车轮抱死时车辆的姿势只有前轮抱死时车辆的姿势 只有后轮抱死时车辆的姿势全部车轮

4、抱死时车辆的姿势车辆载荷的移动 车辆载荷的移动dtduLMHWWrf2RBHMVWWio22由于离心力引起的左右轮载荷变化由于制动力引起的前后轮载荷变化 滑移率 产生车身速度与车轮速度之差称为滑移现象，制动时制动时的滑移量的大小用滑移率来表示。%100车身速度车轮速度车身速度滑移率特性 制动扭矩与轮胎扭矩 1转动方向2车辆行驶方向 3制动力矩4车轮 5 制动力车轮的旋转运动方程 bbTWrdtdI车轮抱死的过程 1速度 2车身速度 3车轮速度 4抱死 5 6滑移率 7制动压力 8制动扭矩 9轮胎扭矩 10抱死 11车轮减速度 12制动开始 13时间opt理想的制动过程 1车身速度 2车轮速度

5、3滑移率 4制动压力 5速度 6时间在制动开始时，制动压力急速升高，当滑移率达到 的时间T最小，当T=0的制动距离最短。一般将这种形式的制动操作方法称为“驾驶最优”。opt影响防抱制动控制技术的主要因素 实际的 的特性 车轮与发动机的惯性矩 b实际的 的特性 b1径向轮胎与干燥水泥路面 2防滑雪轮胎与潮湿沥青路面3径向轮胎与柔软新雪 4径向轮胎与潮湿结冰路面车轮与发动机的惯性矩 车轮的惯性矩使车轮转动速度的变化比制动扭矩的变化滞后。惯性矩越大，滞后时间越长。在驱动轮中变速器越是处于低速档，其滞后时间越长。车轮速度对于制动扭矩的变化的响应性也不同。当低惯性矩时，由于制动扭矩的急速上升，在滑移率达

6、到最优之前车轮减速度达到某个定值，但是在高惯性矩时，车轮速度的响应滞后增加，特别是在冰冻的路面上轻轻制动时，车轮减速度未达到某定值的情况下，滑移率已经达到最优，于是车轮的旋转进入不稳定域，而制动扭矩仍继续上升，车轮最终抱死。车轮减速度车轮减速度为控制参数时的控制周期 滑移率滑移率为控制参数时的控制周期 Vref是以对角线配置在非驱动轴与驱动轮（如后驱车的右前轮与左后轮）VR的生成的两个中选择其中较大值，这就是称为选高（Select-High）或高选（High-Select）技术的一种，这是使Vref的过程与实际的VF近似，尽量正确掌握两个车轮的滑移率的一种最有效的方法。1非驱动轮的VR 2非驱

7、动轮的Vref 3与变速器低速档和发动机相连的驱动轮的Vref车轮车轮+a、-a为为控制参数的控制周期 以车轮减速度、车轮加速度以及车轮减速度、车轮加速度以及滑移率滑移率作为控制参数的方式 为了扩大ABS装置的适用范围，还需要解决以下问题 更正确识别路面；对已经装车的各种不同的制动装置解决不同的滞后问题；对变速器不同档位引起的不同惯性矩作出解决的措施。在对前一个控制周期中的各个参数的状态进行学习与控制，称为学习控制技术。防抱制动装置的系统构成 汽车制动系液压制动的工作原理.DAT 双液压回路.DATABS车轮转速传感器 电磁感应式与霍尔式两大类 转速传感器的安装形式 车轮转速传感器安装位置 车

8、轮转速传感器安装位置 ABS电子控制器（ECU）电子控制器的作用是：接收来自车轮转速传感器的交流信号，计算出车轮速度、滑移率和车轮的加、减速度，把这些信号加以分析，对制动管路压力发出控制指令。还对ABS的其他部件的功能进行监控，当这些部件发生异常时，使ABS系统停止工作，恢复到常规制动方式并给驾驶员报警（指示灯或蜂鸣器）。ABS电子控制单元的内部结构（四传感器四通道系统）1.输入级电路 2.运算电路（微型计算机）3.输出级电路 4.安全保护电路 ABS电子控制器（ECU）ABS电子控制器（ECU）为确保系统工作的安全可靠性，在许多ABS的ECU中可采用了两套完全相同的微处理器，一套用于系统控制

9、，另一套则起监测作用，它们以相同的程序执行运算，一旦监测用ECU发现其计算结果与控制用ECU所算结果不相符，则ECU立即让制动系统退出ABS控制，只维持常规制动。这种“冗余”的方法可保证系统更加安全。ABS按通道数目和传感器数目的分类及工作特点 压力调节器 分离式制动压力调节器1-助力器 2-仪表板 3-ABS指示灯 4-制动踏板 5-ABS线路 6-压力调节器 7-电脑 8-车速传感器 9-车轴 10制动油管 11-制动主缸 3/3电磁阀的动作过程 循环调压系统常规制动过程 循环调压系统减压过程 循环调压系统保压过程 可变容积式压力调节系统工作过程 可变容积式压力调节系统工作过程 可变容积式

10、压力调节系统工作过程 可变容积式压力调节系统工作过程 ABS的试验评价及存在问题 直线行驶制动试验%100ABS离、四轮抱死时的制动距无起作用时的制动距离制动距离比ABS在，装用ABS后制动距离的缩短量也越大，制动性能效果越好。作为制动性能评价指标，在任何一种附着系数路面上，制动距离比不得大于 曲线行驶制动试验 汽车固定一个方向盘转角，绕一定半径（通常为250m）的圆周行驶时进行制动并使ABS工作，测定汽车的，然后对ABS的效能进行评价。侧侧滑滑量、量、停停车车时时的的偏偏转转角角躲避障碍物试验 本项目主要对操纵性和稳定性作出评价，通常有下列3种试验评价方案：（1）不断施以阶跃输入转向，测量汽

11、车相应的偏转角速度响应，评价汽车的转向响应性能 （2）对无制动操作时的躲避距离和制动操作（并使ABS工作）使的躲避距离进行比较。（3）换道试验，试验路线中，躲避距离L为一定值，改变制动初速度汽车能顺利进入另一车道。强化试验 强化试验主要对ABS系统的等进行评价。包括在搓板路面（间距0.71.0m，凸起高度1030mm）上进行的强化道路试验，人为改变制动系动作条件（如缓慢踏下制动踏板、不断接合和分离离合器等非常规操作）的人工强化试验和高寒、高温、电子干扰等强化环境试验。可可靠靠性、性、环环境境适适应应性、性、安安装装强强度、度、抗抗干干扰扰能能力、力、失失效效界界限限ABS技术上存在的问题与解决

12、方法 1踏板反应 2动作噪声 随着液压变化产生的振动和噪声；液压元件本身的振动传向车身；液压元件本身发出的噪声。为了减轻振动与噪声，在管路中设有阻尼室；在液压元件的固定部位使用软性安装坐垫等。装有ABS汽车的驾驶与维护 1紧急制动时，一脚踩完制动踏板全部行程（踩到底），不要重复地踩放制动踏板。2如果汽车几个小时没有启动，当启动发动机后，红色和黄色警告灯会亮1分钟左右，这时不要使用紧急制动。因为停车时间太长，特别是冬天，ABS制动系统中储压器压力降低，当发动机启动后电动油泵工作，将液压充至正常，过程完成后，两个灯都会熄灭，ABS系统开始工作。装有ABS汽车的驾驶与维护 3对轮毂轴承要经常检查，定

13、期进行维护。因为轮毂轴承的损坏，就可能造成制动系统轮速传感器损坏，而轮速传感器又是ABS系统故障最多的部件。4经常检查轮胎气压，特别要注意各轮胎的气压差。轮胎气压不合格，会使制动系统控制失控。装有ABS汽车的驾驶与维护 5注意检查蓄电池电压，其电压不低于11V，否则ABS制动系统不能正常工作。使用快速充电器前应将蓄电池电缆拆下，千万不可使用快速充电器来启动发动机。6制动液应按愿厂推荐牌号选用。美、日、韩轿车对ABS制动系统推荐DOT3或与之相当的制动液，不宜使用DOT5。制动液最好一年更换一次。因DOT3制动液含水2%，一年后含水3%，而18月含水达5%，沸点降低25%。装有ABS汽车的驾驶与

14、维护 7检查和拆卸液压部分时，应先泄压（一般的泄压方法是，断开ABS制动系统电源，用力踩制动踏板20次以上，当感觉踩踏力明显增加即可），特别是整体式ABS制动系统，油压很高（有的储液器油压达34MPa），否则会伤人。8ABS制动系统有故障时，不可带故障运行，应立即拔下安全断电器插头，以普通制动方式进行制动，并立即送修理厂检查。装有ABS汽车的驾驶与维护 9对装有ABS制动系统的汽车，驾驶时不要以为很保险，可以高速制动。紧急制动时仍要控制车速，特别是转弯时。目前国内外ABS制动系统控制的车速范围一般为15160km/h，高级轿车控制车速范围扩大到8260km/h以至更高。因此紧急制动后期或低速时

15、（15km/h或8km/h）制动，车轮有拖印现象，是正常的。装有ABS汽车的驾驶与维护 10ABS制动系统工作时，不断有压力调节，在制动踏板上有些脉动，但踏板没有移动；还可以听到电磁阀的工作声响，也可感觉到悬架系统前后运动，这是正常现象，说明ABS制动系统正常工作。11更换制动液或维护作业结束后，要多ABS制动系统排气。在进行排气时，要把ABS制动系统的ECU断开，绝对不能让ABS制动系统起作用。ASR驱动防滑控制系统ASR基本概念 汽车行驶的附着条件%100%100rvrSd车轮速度车身速度车轮速度滑转率zntFrMFASR优点 1在汽车起步、行驶过程中提供最佳驱动力，从而提高了汽车的动力性

16、，特别是在附着系数较小的路面上，起步、加速性和爬坡能力良好。2能保持汽车的方向稳定性和前轮驱动的转向控制能力。3减少轮胎的磨损和降低发动机油耗。ASR的控制方式1 1对发动机输出转矩进行控制（1）调节燃油量，如减少或中断供油；（2）调整点火时间，如减少点火提前角或停止点火；（3）调整进气量，如调整节气门的开度和辅助空气装置。ASR的控制方式2 2对驱动轮进行控制 通过对发生滑转的驱动轮直接施加制动（增加车轮制动分泵的压力），历时时间短，可迅速有效地防止驱动轮滑转。但为了制动过程平衡，出于舒适性考虑，其制动力应缓慢升高。该控制方式一般都作为调整进气量（控制节气门开度）、改变发动机输出转矩方式的补

17、充。为防止制动过热，这种方法只能在低速行驶时短时间（12s）使用 ASR的控制方式3 对可变锁止差速器进行控制 电子控制差速器（EDS），可以把左右驱动轮的滑移率之差控制在允许范围内。当汽车起步时，调节差速器的锁止程度，能使驱动轮充分发挥，提高车速与行驶稳定性；当左右驱动轮在不同的分离附着系数路面上以及弯道上行驶时，能提高汽车稳定行驶能力。典型汽车ASR驱动防滑系统的组成 以凌志LS400型轿车为例，该车防滑转系统与防抱死制动系统组合使用，简称防滑控制系统（ABS/TRAC）。在制动过程中，采用循环调压方式、四通道、四轮独立控制；在驱动控制过程中，通过调节副节气门的开度和驱动轮介入制动的方式，

18、对两后轮驱动轮进行防滑转控制。1后轮速传感器后轮速传感器 2制动开关制动开关 3空挡开关空挡开关 4TRC供油泵供油泵 5TRC供油泵电动机继电供油泵电动机继电器器 6TRC蓄能器蓄能器 7制动液位开关制动液位开关 8TRC制动器主继电器制动器主继电器 9前轮速传感器前轮速传感器 14TRC副节气门电动机副节气门电动机 15TRC副节气门继电器副节气门继电器 16ABS和和TRC的的ECU 17发动机和变发动机和变速器速器 18TRC关断开关关断开关 19TRC警示灯警示灯ASR驱动防滑系统的控制原理 1利用车轮速度传感器经常测定、比较前轮平均速度与利用车轮速度传感器经常测定、比较前轮平均速度

19、与后轮转速，检测后轮打滑发生的情况；后轮转速，检测后轮打滑发生的情况；2驾驶者开启主节气门，当后轮的平均速度超过驾驶者开启主节气门，当后轮的平均速度超过“节气节气门控制设定速度门控制设定速度”，则，则ASR的节气门控制进入工作状态。的节气门控制进入工作状态。即对副节气门进行节流，减少发动机输出扭矩；即对副节气门进行节流，减少发动机输出扭矩；3若经过上述第若经过上述第2项控制后，后轮的打滑程度加剧，超项控制后，后轮的打滑程度加剧，超过过“制动控制设定速度制动控制设定速度”时，则时，则ASR的制动控制作用于的制动控制作用于后轮，即后轮制动液压增加，以减少后轮的打滑；后轮，即后轮制动液压增加，以减少

20、后轮的打滑；4当后轮速度开始下降，保持副节气门开度，制动控制当后轮速度开始下降，保持副节气门开度，制动控制工作时，则后轮制动液压保持不变；工作时，则后轮制动液压保持不变；5当后轮转速下降，当后轮转速下降，“制动控制设定速度制动控制设定速度”也下降，则也下降，则后轮制动液压下降；后轮制动液压下降；6当后轮转速下降，当后轮转速下降，“节气门控制设定速度节气门控制设定速度”也下降也下降时，则副节气门开启；时，则副节气门开启；7过程过程24来回，直至打滑消失。来回，直至打滑消失。VSC车辆稳定控制系统 车辆稳定性控制（防侧滑控制装置）（VSCVehicle Stability Control）（丰田汽

21、车公司开发）车辆动态控制系统（VDCVehicle Dynamics Control System），电子稳定化程序电子稳定化控制程序系统（ESPElectronic Stabilization Program/(control)Procedure）（由德国梅赛德斯奔驰和波许公司联合开发）这些控制技术对车辆在所有的行驶状态下，尤其在车辆转弯时发生的车轮侧滑控制具有明显的优点。VSC系统构成图 1VSC执行器执行器 2制动总泵压力传感器制动总泵压力传感器 3转向舵角传感器转向舵角传感器 4加速度传感器加速度传感器 5横向摆动率传感器横向摆动率传感器 6节气门动作器节气门动作器 7节气节气门位置传

22、感器门位置传感器 8车轮速度传感器车轮速度传感器 9ABS、ASR与与VSC用用ECU 当轮胎运动超过侧向附着力时，就会形成不稳定因素。这时有两种情况：后轮相对于前轮更多地失去轮胎附着力，其结果是产生强烈的过多转向倾向；第二种情况是，前轮相对于后轮更多失去轮胎附着力，这时会产生强烈的不足转向倾向。VSC则可对上述两种倾向起到限制作用。为了消除上述两种倾向的不稳定因素，首先应该判断是何种情况产生了不稳定因素。检测车辆状态的传感器有转向角传感器、车速传感器、横向摆动率传感器、横向加速度传感器。来自传感器的信号输入到VSC的ECU中，以这种信号为基础进行计算和判定。过多倾向的判定：判定过多转向的标过

23、多倾向的判定：判定过多转向的标准是车身的滑移角的车身滑移角速度。准是车身的滑移角的车身滑移角速度。一般情况下，车身滑移角增加，而且一般情况下，车身滑移角增加，而且滑移角速度也增大时，就会出现过多滑移角速度也增大时，就会出现过多转向的倾向。转向的倾向。不足转向倾向的判定：按照目标横向不足转向倾向的判定：按照目标横向摆动率（由操舵角与车速决定）与实摆动率（由操舵角与车速决定）与实际的横向摆动率之差来判断，当实际际的横向摆动率之差来判断，当实际的比目标的横向摆动率要小时，判断的比目标的横向摆动率要小时，判断不足转向的趋势。不足转向的趋势。克服过多转向的措施：当右转弯时，出现较大克服过多转向的措施：当

24、右转弯时，出现较大的过多转向，按照这种倾向的程度，对转向外的过多转向，按照这种倾向的程度，对转向外侧的前轮进行制动。这时，使外侧发生回头的侧的前轮进行制动。这时，使外侧发生回头的“过多转向控制转矩过多转向控制转矩”，以对抗横向摆动力。，以对抗横向摆动力。当对外侧前轮进行制动时，由于车速下降，会当对外侧前轮进行制动时，由于车速下降，会进一步恢复车辆的稳定性。进一步恢复车辆的稳定性。克服不足转向的措施：当制动不足转向的倾向克服不足转向的措施：当制动不足转向的倾向强烈时，则按照其程度采取以下措施：控制强烈时，则按照其程度采取以下措施：控制发动机输出功率；对左右后轮进行制动。其发动机输出功率；对左右后

25、轮进行制动。其结果是，使内侧产生回头的结果是，使内侧产生回头的“不足转向控制力不足转向控制力矩矩”，从而限制不足转向。，从而限制不足转向。4轮转向控制技术 在1962年在日本汽车工程协会技术会议上，一位工程师提出：通过采用四轮转向的方法，可以大大提高汽车到操纵稳定性。在70年代末，本田和马自达汽车公司开始研究和开发四轮转向技术。直到80年代末，四轮转向系统才得到实际的应用。1990年，本田、马自达、尼桑三家汽车公司的在部分轿车上推出四轮转向系统。1991年，美国克莱斯勒和日本三菱也推出了四轮转向车型。4轮转向的目的 低速行驶时进行逆相转向（即与前轮转向方向相反），提高转弯半径小的转向特性；而中

26、高速时则进行同相转向（即与前轮转向方向相同）；在高速时进行区域变换或提高转弯时的操纵稳定性。4轮转向控制技术 四轮转向系统可以分为三种类型：机械式四轮转向系统、机电组合控制四轮转向系统、电控四轮转向：电控-电动四轮转向、电控-液压驱动四轮转向。四轮转向汽车的后轮转向主要有三种方式：1.同相位方式：在高速行驶时，后轮与前轮同向偏转。2.反相位方式：在低速行驶时，后轮与前轮反向偏转3.同相位与反相位转换方式：在低速或急转弯行驶时，后轮先反向偏转，再同向偏转。四轮转向与普通汽车转向的比较 卫星导航与车距控制系统 汽车导航系统自1987年装在光盘只读存储器中投放市场以来已经成为发达国家新的经济增长点。

27、进入20世纪90年代，随着美国全球定位系统（GPS）的推广应用，导航装置的市场规模也急剧扩大。1990年日本汽车用导航装置的市场只有8000台，1994年达到3040万台，2000年市场规模达5000亿到1万亿日元。汽车导航装置将成为新一代车辆重要的主动安全装置。导航检测系统 现在位置现在位置的显示的显示显示到达目的地显示到达目的地的路线（静态）的路线（静态）道路信息交通信道路信息交通信息显示息显示最佳路线最佳路线的导航的导航第一代第一代第三代第三代第二代第二代图图2-68 导航系统的发展形态导航系统的发展形态41235768910141317181915161112图2-71 导航装置构成图

28、1无线电信标接收机 2全球卫星定位系统接收机 3地磁传感器 4车速脉冲 5定位控制器 6光导纤维陀螺仪 7显示控制器 8光盘接口 9电源 10导航单元 11阴极射线管 12AV控制单元 13光导纤维 14光盘驱动器 15扬声器 16接触式开关光盘 17地图光盘 18音乐光盘 19光盘驱动器1转向角传感器 2停车灯开关 3节气门执行机构 4电动负压泵 5节气门位置传感器（TPS）（内装怠速开关）（不装TCS的车辆）6激光雷达 7自动变速器防手动换档开关 8车速传感器 9发动机和自动变速器ECU 10ABS用ECU 11加速踏板位置传感器（内装怠速开关）（装TCS的车辆）12预检车速控制用ECU

29、13报警蜂鸣器 14视频摄像车距控制模式 基本控制系统是由车速反馈、车距反馈构成。目标车距以车距时间2秒的距离，即从先行车的减速开始的2秒以内，如以相同的减速度进行减速，设定为不冲撞的车距。该车距按照从驾驶者的加速踏板转换到制动踏板的反应时间与驾驶者通常驾驶时的车距调查结果，考虑到安全性而设定的值。如当车速100km/h时车距约为55m。目标车速 目标车速的最大值是根据驾驶者预先设定的车速（以下简称设定车速）反映驾驶者的愿望。当先行车加速时，本车不断追踪先行车并一直加速到目标车速最大值。当先行车超越车道线而消失时，慢慢加速达到设定车速以后，则转换到后述的稳定行驶工况，进行稳定行驶。减速控制工况

30、 当与相对速度稍大的先行车接近或超车时，为了判断根据车距与相对速度对节气门作微调节能不能进行有效控制，就应该转换到减速控制工况。减速控制工况是指按照这时的车速、车距、相对速度大小进行节气门全关和自动变速器作低档变速二个阶段进行减速。报警工况 与相对速度大的先行车接近或当先行车进行紧急制动时，本车就会转入减速控制工况，并同时报警，促使驾驶者进行制动操作。车距报警功能是与车距控制独立进行，即使控制工况取消后仍能够发挥其固有功能。稳定控制工况 当没有先行车时，与原来的巡航控制相同，控制节气门以保持设定的车速。控制取消工况 当驾驶者作控制取消开关或关闭主电源开关，或进行制动操作时，就应该转到“控制取消

31、工况”，在主电源开关接通时控制开关的调置或恢复操作之前，系统一直处于“取消工况”进行待机。车距控制系统装置的显示功能 轮胎气压报警装置 ABS车轮速度传感器VSC-ECU 波形形成处理除去轮胎共振以外的噪声轮胎弹性常数变化测定气压下降判断处理轮胎气压报警用微机左前轮速度传感器右前轮速度传感器左后轮速度传感器右后轮速度传感器报警灯调置开关停车灯开关进气温度传感器EFI-ECU图2-74 轮胎气压测定方法辅助制动系统 带有车速感应式中央门锁 反光安全车身 反光安全车身平时和普通车身一样，但在黎明、傍晚、浓雾天气等光线不良时，可使其他车辆的驾驶员和行人在远处就能清楚地看到该反光安全车身的外观特征（大小、宽窄、长短和外形等）和运动特征，从而提高驾驶员和行人的主动观察能力和对车辆跟踪的精确度，做到及时主动避让。反光安全车身完全克服了传统车身靠车灯及位置判断机动车特征的弊端，特别是针对车辆灯光设施不齐时，驾驶员和行人判断失误多，易发交通事故的特点设计的。经测定，浓雾时反光安全车身不普通车身视野距离可提前530米，夜间可提高50300米，这大大提高了车辆运动感觉和警示性，增加了安全距离，延长了驾驶员和行人的主动应变时间，提高了行车安全。