主講：胡愛軍汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)1第六章縱向動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)(Anti-lockBrakingSystem，ABS)6.2驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)(TractioncontrolSystem，TCS)6.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(ElectronicStabilityProgram，ESP)2

控制目標(biāo)6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)——由于前輪抱死，車輛失去轉(zhuǎn)向能力；而后輪抱死屬于不穩(wěn)定工況，易引起車輛急速摔尾的危險(xiǎn)?！苿?dòng)力通常在滑移率為某一特定值附近達(dá)到最大值，因而將該滑移率值認(rèn)為是最佳滑移率，并作為ABS的控制目標(biāo)?！捎谲囕喌幕坡什灰字苯訙y(cè)得，因此必須采用其他參數(shù)作為ABS的控制目標(biāo)參數(shù)。ABS控制目標(biāo)■車輪的角減速度■相對(duì)滑移率3第1階段，駕駛員的作用，制動(dòng)器管路壓力增加。（增壓）

控制過程6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)第2階段，車輪角加速度達(dá)到或小于某一門限值(-a)，附著力接近最大，制動(dòng)壓力保持在當(dāng)前值不變。（保壓）第3階段，車輪轉(zhuǎn)速小于滑移率門限值對(duì)應(yīng)的值時(shí)，減小制動(dòng)壓力。（減壓）第4階段，車輪角加速度再次達(dá)到門限值(-a)時(shí)，重新進(jìn)入保壓狀態(tài)。（保壓）第5階段，車輪慣性作用進(jìn)一步加速轉(zhuǎn)動(dòng)，若車輪角加速度越過門限值(+A)，再次升高制動(dòng)壓力。（增壓）第6階段，保持制動(dòng)壓力使車輪角加速度在(+A)~(-a)

，然后慢慢升壓，直至車輪角加速度再次達(dá)到門限值（-a）。46.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)

控制過程5ABS系統(tǒng)原理6ABS系統(tǒng)7■單輪控制

控制策略6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)—

每個(gè)車輪都有一套傳感器和制動(dòng)管路實(shí)現(xiàn)各個(gè)車輪的獨(dú)立控制，可獲得最大的制動(dòng)強(qiáng)度；—

在左右車輪附著系數(shù)不一樣的路面上，車輛會(huì)產(chǎn)生很大的橫擺力矩，使車輛運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定?！龅瓦x控制—

對(duì)同一車軸兩側(cè)車輪同時(shí)施加制動(dòng)壓力控制，大小由附著系數(shù)低的那側(cè)車輪來決定；—

不能充分發(fā)揮行駛于高附著系數(shù)路面上的那側(cè)車輪的附著能力，卻能獲得較大的轉(zhuǎn)彎側(cè)向力；—

車輛不會(huì)產(chǎn)生橫擺，穩(wěn)定性較好，一般適用于后軸車輪的制動(dòng)控制。8

控制策略6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)■高選控制—

由高附著系數(shù)的那側(cè)車輪來決定車輛兩側(cè)車輪的制動(dòng)壓力，可獲得更高的制動(dòng)強(qiáng)度；—

低附著路面的那個(gè)車輪可能會(huì)抱死，導(dǎo)致車輛失去轉(zhuǎn)向能力，還可能產(chǎn)生橫擺力矩；—

能獲得更高的制動(dòng)強(qiáng)度，適合前軸車輪的制動(dòng)控制。96.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)ABS控制策略的不同組合形式及特點(diǎn)106.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)ABS控制策略的不同組合形式及特點(diǎn)11

ABS的控制方式1）四通道控制方式

為了對(duì)四個(gè)車輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行獨(dú)立控制，在每個(gè)車輪上各安裝一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，并在通往各制動(dòng)輪缸的制動(dòng)管路中各設(shè)置一個(gè)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)分裝置（通道）。

對(duì)應(yīng)于雙制動(dòng)管路的H型（前后）或X型（對(duì)角）兩種布置形式，四通道ABS也有兩種布置形式，如圖所示。使用四通道控制方式的常見車型有：奧迪（前輪驅(qū)動(dòng)）、紅旗轎車、廣州本田（X型）。（a）前后布置（b）對(duì)角線布置

四通道控制方式6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)122）三通道控制方式

四輪ABS大多為三通道系統(tǒng)，而三通道系統(tǒng)都是對(duì)兩前輪的制動(dòng)壓力進(jìn)行單獨(dú)控制，對(duì)兩后輪的制動(dòng)壓力按低選原則一同控制。使用三通道控制方式的常見車型有：桑塔納2000GSi、北京切諾基等。

三通道控制方式（a）四傳感器對(duì)角線布置（b）四傳感器前后布置（c）三傳感器前后布置6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)133）雙通道控制方式（a）前后布置（b）對(duì)角線布置圖4-7雙通道控制方式

由于雙通道ABS難以在方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向操縱能力和制動(dòng)距離等方面得到兼顧，所以目前很少被采用。4）單通道控制方式單通道ABS一般對(duì)兩后輪按低選原則一同控制，其主要作用是提高汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。單通道ABS具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，因此在輕型貨車上得到廣泛應(yīng)用。單通道控制方式6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)14

防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的組成典型的汽車ABS系統(tǒng)組成1-前輪轉(zhuǎn)速傳感器；2-制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器；3-ABS電控單元；4-ABS警告燈；5-后輪轉(zhuǎn)速傳感器；6-制動(dòng)燈開關(guān)；7-制動(dòng)主缸；8-比例分配閥；9-制動(dòng)輪缸；10-蓄電池；11-點(diǎn)火開關(guān)6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)151.車輪轉(zhuǎn)速傳感器1）電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器

目前大多數(shù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器都采用電磁式轉(zhuǎn)速傳感器。車輪轉(zhuǎn)速傳感器由電磁感應(yīng)傳感頭和信號(hào)轉(zhuǎn)子兩部分組成。

電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)16

電磁感應(yīng)傳感頭用來產(chǎn)生感應(yīng)電壓，通常由永久磁鐵、電磁線圈和極軸等構(gòu)成，根據(jù)極軸的結(jié)構(gòu)不同，又可分為鑿式極軸傳感頭、柱式極軸傳感頭兩種，如圖所示。（a）鑿式極軸傳感頭（b）柱式極軸傳感頭圖

電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)圖1—電纜；2—永久磁鐵；3—外殼；4—感應(yīng)線圈；5—極軸；6—信號(hào)轉(zhuǎn)子（齒圈）6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)17

車輪轉(zhuǎn)速傳感器的傳感頭一般安裝在車輪附近上，如制動(dòng)底板、轉(zhuǎn)向節(jié)、半軸套管等處（圖）。信號(hào)轉(zhuǎn)子是一個(gè)齒圈，齒數(shù)多少與車型、ABSECU有關(guān)，一般安裝在隨車輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)的部件上，如輪轂、半軸、制動(dòng)盤等處。（a）前輪（b）后輪圖

車輪轉(zhuǎn)速傳感器的安裝位置1-制動(dòng)盤；2、5-傳感器；3-齒圈；4—傳感器安裝支架6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)18

車輪轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的信號(hào)如圖4-13所示。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)速較高時(shí)，感應(yīng)電壓的頻率和波幅均較大；反之，感應(yīng)電壓的頻率和波幅均較小。圖

電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸出的電壓信號(hào)電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但存在以下缺點(diǎn)：當(dāng)車速很低時(shí)，傳感器輸出的電壓信號(hào)較弱；傳感器頻率響應(yīng)較低，當(dāng)車速過高時(shí)，傳感器的頻率響應(yīng)跟不上，容易產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)；傳感器的抗電磁干擾能力較差。6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)192）霍爾式車輪轉(zhuǎn)速傳感器霍爾式車輪轉(zhuǎn)速傳感器根據(jù)霍爾效應(yīng)原理產(chǎn)生與車輪轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的電壓脈沖信號(hào)?；魻栜囕嗈D(zhuǎn)速傳感器也是由傳感頭和齒圈組成。傳感頭由永久磁體、霍爾元件和電子電路等組成，如圖所示。（a）霍爾元件磁場(chǎng)較弱（b）霍爾元件磁場(chǎng)較強(qiáng)圖

霍爾式車輪轉(zhuǎn)速傳感器1—霍爾元件；2—永久磁鐵；3-齒圈6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)20圖

霍爾式車輪轉(zhuǎn)速傳感器電壓波形

霍爾車輪轉(zhuǎn)速傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：輸出信號(hào)電壓幅值不受轉(zhuǎn)速的影響；頻率響應(yīng)高，其響應(yīng)頻率高達(dá)20kHz，相當(dāng)于車速為1000km／h時(shí)所檢測(cè)的信號(hào)頻率；抗電磁干擾能力強(qiáng)。

霍爾元件輸出的是毫伏級(jí)的準(zhǔn)正弦波電壓，通過電子電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的脈沖電壓輸出信號(hào)，電壓幅值為7V～14V，如圖所示。6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)212.制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器又稱為ABS壓力控制器，是ABS系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其功用是接受ECU的指令，通過電磁閥的動(dòng)作控制車輪制動(dòng)輪缸的制動(dòng)壓力，通常主要由電動(dòng)液壓泵、液壓控制單元（包括儲(chǔ)能器和電磁閥）等構(gòu)成，如圖所示。圖制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器1-繼電器盒；2-接ABS電控單元；3-液壓泵電動(dòng)機(jī)4-液壓泵總成；5-液壓控制單元（包括儲(chǔ)能器和電磁閥）；6、7-制動(dòng)液油管6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)221）電動(dòng)液壓泵在ABS運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)液壓泵根據(jù)ECU的信號(hào)確定是否工作，從而起到循環(huán)控制制動(dòng)液油壓或迅速建立制動(dòng)液油壓的作用。它可在汽車起動(dòng)1min內(nèi)將制動(dòng)液壓力提高到14～22MPa。

圖4-17柱塞式電動(dòng)液壓泵1-控制開關(guān)；2-警告開關(guān)；3-限壓閥；4-出油口；5-單向閥；6-濾芯；7-進(jìn)油口；8-電動(dòng)機(jī)6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)232）儲(chǔ)能器（蓄壓器）

儲(chǔ)能器的結(jié)構(gòu)形式多種多樣?；钊?彈簧式儲(chǔ)能器一般位于電磁閥與回油泵之間，由輪缸來的液壓油進(jìn)入儲(chǔ)能器，進(jìn)而壓縮彈簧使儲(chǔ)能器液壓腔容積變大，以暫時(shí)儲(chǔ)存制動(dòng)液。

氣囊式蓄壓器內(nèi)則充滿了高壓氮?dú)猓墒怪苿?dòng)液的壓力保持在14～18MPa范圍內(nèi)。為了安全起見，近年來生產(chǎn)的部分車型中，已經(jīng)取消了蓄壓器。氣囊式蓄壓器1-電動(dòng)泵；2-回轉(zhuǎn)球閥式活塞泵；3-單向閥；4-限壓閥；5-蓄壓器；6-壓力開關(guān)6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)243）電磁閥

ABS系統(tǒng)中通常有4～8個(gè)電磁閥，分別對(duì)應(yīng)控制前后輪的制動(dòng)。常用的電磁閥有三位三通電磁閥和二位二通電磁閥等多種形式。（a）電流為0（b）電流?。╟）電流大圖4-19三位三通電磁閥的動(dòng)作1-線圈；2-固定鐵芯；3-電流；4-通主缸；5-通儲(chǔ)液器；6-通輪缸；7-銜鐵6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)253.ABSECU

根據(jù)來自輪速傳感器的信號(hào)，ABSECU測(cè)量車輪轉(zhuǎn)速和車速，發(fā)出相應(yīng)的控制指令。早期生產(chǎn)的ABS系統(tǒng)，其ABSECU與制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器多采用分體式安裝，但接線較多。

ABSECU體積的日益小型化，且出于散熱和減少接線的考慮，現(xiàn)在生產(chǎn)的ABS系統(tǒng)，其ABSECU與制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器多采用整體式安裝，即ABSECU與制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器直接安裝到一起，成為一個(gè)總成。6.1防抱死制動(dòng)控制系統(tǒng)266.2驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)

基本原理和控制目標(biāo)■TCS(Bosch公司ASR)是在ABS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的主動(dòng)安全系統(tǒng)27

汽車牽引力控制系統(tǒng)的作用

汽車牽引力控制系統(tǒng)（TractioncontrolSystem，TCS。也稱TRC）是繼防抱死制動(dòng)系統(tǒng)之后應(yīng)用于車輪防滑的電子控制系統(tǒng)，其功用是防止汽車在起步、加速時(shí)和在滑溜路面行駛時(shí)的驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)。故有些汽車公司也將該技術(shù)稱為驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)(AccelerationSlipRegulation,ASR)。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)而車身不動(dòng)或是汽車的速度低于轉(zhuǎn)動(dòng)車輪的輪緣速度時(shí)，輪胎與地面之間就有相對(duì)的滑動(dòng)，這種滑動(dòng)稱為“滑轉(zhuǎn)”。

汽車防滑控制系統(tǒng)可以在車輪出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)時(shí)，通過對(duì)滑轉(zhuǎn)車輪施以制動(dòng)力或控制發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出來抑制車輪的滑轉(zhuǎn)，以避免汽車牽引力和行駛穩(wěn)定性下降。6.2驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)28車輛在低附著系數(shù)路面（冰雪、濕滑、泥濘路面）上加速起步時(shí)，裝備TRC的汽車可以很好地沿著既定車道行駛，而未裝備TRC的汽車則很容易出現(xiàn)甩尾、側(cè)滑等現(xiàn)象。

TRC的作用

TRC與ABS的比較

ABS和TRC都是用來控制車輪相對(duì)地面的滑動(dòng)，以提高車輪與地面之間的附著力。但ABS控制的是汽車制動(dòng)時(shí)車輪的“滑移”，主要用來提高汽車的制動(dòng)效能和制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性；而TRC是控制汽車行駛時(shí)的驅(qū)動(dòng)車輪“滑轉(zhuǎn)”，用于提高汽車起步、加速及在滑溜路面行駛時(shí)的牽引力和確保行駛穩(wěn)定性。

一般在車速很低（小于8km／h）時(shí)ABS不起作用，而TRC一般在車速很高（大于80km／h）時(shí)不起作用。6.2驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)29

TCS6.2驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)無TCS有TCS306.2驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)

控制方式■發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)—

點(diǎn)火參數(shù)調(diào)節(jié)，燃油供給調(diào)節(jié)和節(jié)氣門開度調(diào)節(jié)■驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)力矩調(diào)節(jié)—

在發(fā)生打滑的驅(qū)動(dòng)輪上施加制動(dòng)力矩來降低輪速，使車輪滑移率處于最理想的范圍內(nèi)■差速器鎖止調(diào)節(jié)—

使左右兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的輸入轉(zhuǎn)矩可根據(jù)控制指令和路面情況而變化，低附著系數(shù)一側(cè)車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)時(shí)，鎖止差速器，使高附著系數(shù)一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力得以充分發(fā)揮■離合器/變速器控制—

離合器控制是指當(dāng)發(fā)現(xiàn)車輛驅(qū)動(dòng)輪發(fā)生過度滑轉(zhuǎn)時(shí)，減弱離合器的結(jié)合程度，使離合器主、從動(dòng)盤之間出現(xiàn)部分相對(duì)滑轉(zhuǎn)，從而減小傳至驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩—

變速器控制是指通過改變傳動(dòng)比來改變傳至驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以減小驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)程度。316.2驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)

控制方式32ABS、TCS336.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

概述□在ABS和TCS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的

寶馬稱其為動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制（Dynamic

Stability

Control，DSC）系統(tǒng)，豐田稱其為車輛穩(wěn)定控制（VehicleStabilityControl，VSC）系統(tǒng)，三菱稱其為主動(dòng)穩(wěn)定控制

(ActiveStabilityControl，ASC)系統(tǒng)，但其工作原理和作用基本相同。

汽車安全性方面最重要的就是避免發(fā)生事故，也就是所謂的主動(dòng)安全。汽車規(guī)避事故的功能是汽車重要而又基本的性能，它可幫助避免或自動(dòng)避免事故的發(fā)生。ESP系統(tǒng)的作用主要是在汽車將要出現(xiàn)失控時(shí)，主動(dòng)地參與避免事故發(fā)生的控制過程，有效地增加汽車穩(wěn)定性。34□利用控制左右兩側(cè)車輪制動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力之差產(chǎn)生的橫擺力矩來防止難以控制的側(cè)滑現(xiàn)象，保證車輛的路徑跟蹤能力。□應(yīng)用范圍：在大側(cè)向加速度、大側(cè)偏角的極限工況下工作□縱向動(dòng)力學(xué)+側(cè)向動(dòng)力學(xué)6.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

概述不足轉(zhuǎn)向過度轉(zhuǎn)向35前軸側(cè)滑出現(xiàn)“駛出”現(xiàn)象加大內(nèi)側(cè)車輪的制動(dòng)力VSC（ESP）的作用抑制前輪側(cè)滑6.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)36后軸側(cè)滑出現(xiàn)甩尾現(xiàn)象加大外側(cè)車輪的制動(dòng)力抑制后輪側(cè)滑VSC（ESP）的作用6.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)371.躲避前方突然出現(xiàn)的障礙物6.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

ESP典型工作工況386.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

ESP典型工作工況2.在急轉(zhuǎn)彎車道上高速行駛396.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

ESP典型工作工況3.地面附著力不同的路面行駛40有無ESP對(duì)比6.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)416.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

系統(tǒng)組成和工作原理□系統(tǒng)組成：ABS+TCS+YSC□ABS和TCS只在制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)情況下工作，控制車輛的縱向滑移率□YSC在車輛行駛的任何時(shí)刻都起作用42VSC系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和制動(dòng)主缸壓力等信號(hào)判斷駕駛員的駕駛意圖，計(jì)算出理想的車輛運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)值，通過與各傳感器測(cè)得的實(shí)際車輛狀態(tài)信號(hào)值的比較，根據(jù)控制邏輯算法計(jì)算出期望的橫擺力矩，然后通過控制液壓調(diào)節(jié)制動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)各車輪施加制動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)所需要的車輛橫擺力矩。6.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

系統(tǒng)組成和工作原理43ESP對(duì)危急駕駛情況作出反應(yīng)前，必須獲得兩個(gè)問題的應(yīng)答：從方向盤角度傳感器（1）和輪速傳感器（2）得到a問題答案。a、駕駛者想操縱車駛向哪里？b、車輛實(shí)際駛向哪里？從橫擺率傳感器（3）和側(cè)向加速度