1、1,汽车与交通工程学院,汽车电器与电子控制技术,陈林林,聊城大学,第10章 防抱死制动系统,2,本章主要内容,10.1 ABS系统基本工作原理,10.2 ABS的组成与结构,3,目录,ABS工作原理视频,10.3,4,10.1 ABS系统基本工作原理,教学目的要求：掌握ABS系统基本工作原理了解ABS系统的类型 主要教学内容：1、ABS系统基本工作原理2、ABS系统的类型 教学重点、难点：ABS系统的基本工作原理,5,ABS的发展,ABS系统的发展可以追溯到本世纪初期，早在1928年制动防抱理论就被提出，在30年代机械式制动防抱系统就开始在火车和飞机上获得应用，博世(BOSCH)公司在1936
2、年第一个获得了用电磁式车轮转速传感器获取车轮转速的制动防抱系统的专利权。,6,进入70年代后期，数字式电子技术和大规模集成电路的迅速发展，为ABS系统向实用化发展奠定了技术基础。博世公司在1978年首先推出了采用数字式电子控制装置的制动防抱系统-博世ABS2，并且装置在奔驰轿车上，由此揭开了现代ABS系统发展的序幕。尽管博世ABS2的电子控制装置仍然是由分离元件组成的控制装置，但由于数字式电子控制装置与模拟式电子控制装置相比，其反应速度、控制精度和可靠性都显著提高，因此，博世ABS2的控制效果己相当理想。从此之后，欧、美、日的许多制动器专业公司和汽车公司相继研制了形式多详的ABS系统。,7,完
3、全滚动（未制动，或制动力较小） 完全滑动（抱死）当制动器制动力超过地面附着力时，车轮会产生滑移，此时制动效果变差。 边滚边滑从完全滚动到完全滑动之间的过度状态，其中滑动所占的比例即“滑移率”,制动时车轮的三种状态,8,车轮抱死后制动力反而会减小 前轮抱死：将使前轮失去转向能力 后轮抱死：将使车辆侧滑甚至甩尾,资料：在发生人身伤亡的交通事故中，在潮湿路面上约有1/3与侧滑有关；在冰雪路面上有70%80%与侧滑有关。,车辆抱死滑移的危害,9,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
4、) 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,ABS的功能,10,ABS (Anti-lock Brake System)： 防抱死制动系统,11,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 r车轮切向速度，简称轮速,12,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。,（1）制动器制动力F,（2）地面制动力Fx,制动时地面对车轮的切向反作用力。,（3）附着力F,地面对轮胎切向反作用力的极限值。附着力取决于轮胎与路面之间的摩擦作用
5、及路面的抗剪强度。,（4）地面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系,13,其中： S-滑移率；V-车辆线速度；r-车轮半径；-车轮角速度 纯滚动时： S=0 纯拖滑时： S=100% 边滚边滑时：0S100%,滑移率,14,滑移率对附着系数的影响,纵向附着系数大，可以产生较大的制动力；横向附着系数大，可以产生较大的侧向力，保证汽车制动时的方向稳定性。,S在20%左右时，汽车的横向附着系数和纵向附着系数都比较大。,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。,15,理想的
6、制动控制过程,（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%。,车轮在制动过程中，以510 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。,ABS的功用是控制实际制动过程接近于理想制动过程。,16,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时才调节,优点（1）缩短制动距离（
7、2）增加汽车制动时的稳定性（3）改善轮胎的磨损（4）使用方便、工作可靠,ABS与普通制动系统的关系,17,ABS的工作原理,在车轮接近抱死的情况下，相应车轮的制动压力将被释放并在要求或测得车轮重新加速期间保持恒定，在重新加速之后逐步增加制动压力。 ABS系统控制车轮滑移率的执行机构是系统压力调节装置， ECU根据车轮速度传感器发出的信号，由电控单元判断确定车轮的运动状态，向驱动压力调节装置的电磁阀线圈发出指令，通过电磁阀的动作来实现对制动分泵的保压、减压、增压控制。压力调节装置的电磁阀以很高的频率工作（46次/s），以确保在短时间内有效地对车轮滑移率实施控制。,18,当汽车制动前轮抱死时，汽车
8、会失去转向能力，后轮抱死时会造成汽车急转甩尾。制动防抱死系统就是在制动过程中防止车轮被制动抱死，提高制动减速度、缩短制动距离，能有效地提高汽车的方向稳定性和转向操纵能力，保证汽车的行驶安全。制动防抱死系统对汽车性能的影响主要表现在减少制动距离、保持转向操纵能力、提高行驶方向稳定性以及减少轮胎的磨损方面。,19,ABS的工作过程,在制动时，车轮转速传感器测量车轮的速度，如果一个车轮有抱死的可能时，车轮减速度增加很快，车轮开始滑转。如果该减速度超过设定的值，控制器就会发出指令，让电磁阀停止或减少车轮的制动压力，直到抱死的可能消失为止。为防止车轮制动力不足，必须再次增加制动压力。在自动制动控制过程中
9、，必须连续测量车轮运动是否稳定，应通过调节制动压力（加压、减压和保压）使车轮保持在制动力最大的滑转范围内。,20,ABS的控制及布置形式,控制通道：ABS系统中，能够独立进行制动压力调节的制动管路。 如果对两个(或两个以上)车轮的制动压力同时进行调节，则称这种控制方式为同时控制。 在两个车轮的制动压力进行同时控制时，如果以不易抱死的车轮（附着力较大的车轮）不发生制动抱死为原则进行制动压力调节，称这种控制方式为高选择方式控制； 如果以易抱死的车轮（附着力较小的车轮）不发生制动抱死为原则进行制动压力调节，则称这种控制方式为低选择方式控制。 按照控制通道数目的不同，ABS系统分为四通道、三通道、双通
10、道和单通道四种形式 。 目前汽车上三通道ABS系统使用较多。,21,ABS系统的种类,现代汽车常用电磁阀式四轮防抱死制动系统。 按生产厂家分类： 德国的波许（Bosch）ABS系统和坦孚（Teves）ABS系统。目前欧、美、日、韩等国汽车采用最多； 美国的达科（Delco）ABS系统； 美国的本迪克斯（Bendix）ABS系统 ；,22,10.2 ABS的组成与结构,教学目的要求：掌握ABS系统的组成 主要教学内容：1、 ABS系统的组成2、车轮转速传感器3、电控单元（ABS ECU）4、制动压力调节器5、制动开关和ABS报警灯 教学重点、难点：制动压力调节器,23,ABS是在传统制动基础上，
11、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,24,25,ABS系统通常由车轮速度传感器、液压控制单元（液压调节器、制动压力调节器）和电控单元ECU等组成。,26,27,【别名】轮速传感器、转速传感器 【作用】检测车轮的转速，产生与轮速成正比的电信号，送给ECU决定是否开始进行防抱死制动。 【安装位置】车轮上。 【结构】由传感器头和齿圈组成。按传感器头的外形分凿式极轴车速传感器头、柱式极轴车速传感器头和菱形极轴车速传感器头。,28,车速传感器头剖视图,29,【作用】接受传感器信息计算车轮转速、加减速度、车轮滑移率，并判断车轮是否有抱死趋势，然后向制动压力调节器
12、发出制动压力控制指令，由制动压力调节器执行压力调节的任务。 【组成】 输入级电路：将传感器输入的信号整形放大后输入运算电路。 运算电路：进行车轮转速、车轮加减速度、滑移率等控制参数的计算，以及电磁阀的开启和监控运算。 输出级电路（电磁阀控制电路）：接受运算电路的控制信号，对电磁阀的动作进行控制。 安全保护电路：将电源电压稳压成5V标准电压，并对故障信号进行监控。当出现故障时，停止ABS的工作，转入常规制动状态，同时点亮仪表板上的警告灯。,30,31,四传感器四通道ECU的内部结构,32,【作用】接受ECU的指令，通过电磁阀的动作来实现车轮制动器制动压力的调节。现代轿车常用液压式制动压力调节器。
13、 循环式制动压力调节器：电磁阀直接控制制动压力; 可变容积式制动压力调节器：电磁阀间接控制制动压力。,33,制动压力调节器（液压控制单元） 结构： 电磁阀部分：阀杆、阀座、线圈等 液压单元：储液腔、回油泵等,34,循环式制动压力调节器,回油泵：电磁阀在减压时，从制动轮缸流出的制动液经储能器由回油泵泵回制动主缸。储能器：电磁阀在减压时，从轮缸流出的制动液由储能器暂时储存，然后由回油泵泵回主缸。,35,动画演示,36,可变容积式制动压力调节器,在汽车原有制动系统基础上增加一套液压控制装置。制动压力油路和ABS控制压力油路是相互隔开的。常规制动：电磁阀无电流，柱塞左移，控制活塞在弹簧作用下左移顶开单
14、向阀，常规制动油路接通。ABS不工作。,37,减压：电磁阀通入一大电流，柱塞右移，控制活塞在压力油作用下右移，单向阀关闭，常规制动油路切断。同时由于控制活塞的右移，使轮缸侧容积增大，制动压力减小。,38,保压：电磁阀通入较小电流，柱塞右移将所有油路相互隔开，控制活塞保持在某一位置，轮缸侧的容积不发生变化，制动压力保持一定。,39,ABS工作原理,40,结束,Thank You !,41,图 附着系数与滑移率的关系 (虚线与实线标注的上下顺序一一对应) B纵向附着系数； S横向附着系数； S滑移率,返回,42,目录,ABS的组成与结构,10.2,ABS工作原理视频,10.3,43,目录,ABS系
15、统基本工作原理,10.1,ABS工作原理视频,10.1,44,地面制动力Fx,地面和轮胎的作用力产生使汽车的减速行驶的力。,地面制动力取决于两对摩擦副的摩擦力： 制动装置对车轮的摩擦力，即制动器制动力； 轮胎与地面间摩擦副的摩擦力附着力。,返回,在汽车的制动过程中，使汽车制动而减速行驶的外力是路面作用于轮胎胎面上的地面制动力。只有当汽车有足够的制动器制动力及地面附着力时，才能获得足够的地面制动力。,45,制动器制动力F,车轮周缘克服制动器摩擦力矩所需的力。,制动器制动力取决于制动器的结构参数： 结构尺寸、结构形式、热状态、车轮半径以及踏板力等。,返回,46,附着力F,车轮所受地面垂直反作用力乘
16、路面附着系数。 通俗的说，就是车轮胎与地面的摩擦力。,汽车行驶时地面对驱动车轮产生的推力、制动时地面对汽车产生的地面制动力，转向时汽车得以按预定轨迹达到转向要求的地面侧向反作用力都得靠附着力提供。,附着力是一个不依人的意志而改变的固定值，但据实验可知，附着系数与车速及车轮对路面的滑动程度（包括滑转和滑移）有关。,返回,47,当踩下制动踏板时，首先消除制动系间隙后，制动器制动力开始增加。开始时踏板力较小，制动器制动力 F也较小，地面制动力Fx足以克服制动器制动力 F，而使得车轮滚动。此时， F= Fx，且随踏板力增加成线性增加。但是地面制动力Fx是地面摩擦阻力的约束反力，其值不能大于地面附着力F
17、或最大地面制动力 Fxmax。当制动踏板力上升到一定值时，地面制动力Fx达到最大地面制动力F= Fxmax，车轮开始抱死不转而出现拖滑现象。随着制动踏板力以及制动管路压力的继续升高，制动器制动力F继续增加，直至踏板最大行程，但是地面制动力Fx不再增加。,上述分析表明，汽车地面制动力Fx取决于制动器制动力F，同时又受到地面附着力F的限制。只有当制动器制动力F足够大，而且地面又能够提供足够大的附着力F ，才能获得足够大的地面制动力。,地面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系,返回,48,制动过程中轮胎的三种状态,路面印痕与胎面花纹基本一致 车速 V = 轮速r,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r,路面印痕粗黑 轮速r = 0,返回,49,返回,
