第10章汽車主動安全性控制系統(tǒng)汽車電器與電子控制技術(shù)知識要點掌握程度相關(guān)知識防抱死制動系統(tǒng)(ABS)了解輪胎滑移率的概念和控制區(qū)間掌握輪速傳感器和加速度傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理了解ABS-ECU的功能模塊和工作原理掌握兩位兩通電磁閥和三位三通電磁閥的工作過程汽車防抱死制動系統(tǒng)的理論依據(jù)、組成、作用及控制過程電子控制制動力分配系統(tǒng)(EBD)了解EBD和ABS之間的關(guān)系掌握EBD分配制動力的方法電子控制制動力分配系統(tǒng)的作用、控制過程驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)(ASR/TCS/TRC)了解輪胎滑轉(zhuǎn)率的概念和控制區(qū)間了解滑轉(zhuǎn)率和滑移率之間的關(guān)系、相似和不同之處掌握ASR和ABS兩大系統(tǒng)的公用部件和不同部件掌握ASR的控制和調(diào)節(jié)方法驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)的理論依據(jù)、功用、組成以及控制方法【本章教學(xué)要點】

汽車安全性：汽車在行駛中避免事故，保障行人和乘員安全性能。一般分為主動安全性、被動安全性、事故后安全性和生態(tài)安全性。

汽車主動安全裝置在車輛有撞擊危險之前可以起到預(yù)防和干預(yù)作用，其目的是提高汽車行駛的穩(wěn)定性，減少操控的偏差。

常見電子控制安全裝置：防抱制動系統(tǒng)(ABS)；電子制動力分配系統(tǒng)(EBD)；驅(qū)動防滑裝置(ASR)；牽引力控制系統(tǒng)(TRC)；電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ESP)；電子輔助制動系統(tǒng)(EBA)；汽車防撞系統(tǒng)等。10.1汽車防抱制動系統(tǒng)10.2汽車電控制動力分配系統(tǒng)10.3汽車驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)10.1.1防抱制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識10.1.2防抱制動系統(tǒng)的組成10.1.3防抱制動系統(tǒng)的工作原理10.1汽車防抱制動系統(tǒng)10.1.1防抱制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識10.1汽車防抱制動系統(tǒng)防抱制動系統(tǒng)(Anti-lockBrakingSystem，ABS)是附加在傳統(tǒng)機械制動系統(tǒng)中的輔助裝置，將傳統(tǒng)的由制動踏板單一控制的制動過程轉(zhuǎn)變?yōu)樗矐B(tài)控制的制動過程。10.1.1防抱制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識10.1汽車防抱制動系統(tǒng)

ABS系統(tǒng)的控制理論就是要實現(xiàn)車輛制動全過程中方向可控，并能達到或接近最佳制動效果。當(dāng)汽車勻速行駛時，實際車速v(即車輪中心的縱向速度)與車輪速度vw(即車輪滾動的圓周速度)相等，車輪在路面上的運動為純滾動。

當(dāng)駕駛?cè)瞬认轮苿犹ぐ搴螅谥苿悠髂Σ亮氐淖饔孟?，車輪的角速度減小，實際車速與車輪速度之間就會產(chǎn)生一個速度差，輪胎與地面之間就會產(chǎn)生相對滑移。輪胎滑移的程度用滑移率S來表示。S—車輪滑移率；v—車速(m/s)；vw—車輪速度，即車輪瞬時圓周速度，vw=rω(m/s)；r—車輪半徑(m)；ω—車輪轉(zhuǎn)動角速度，ω=2πn(rad/s)?；坡逝c車輪行駛狀態(tài)之間的關(guān)系如下：(1)當(dāng)v=vw時，滑移率S=0，車輪自由滾動。(2)當(dāng)vw=0時，滑移率S=100%，車輪完全抱死滑移。(3)當(dāng)v>vw時，滑移率0<S<100%，車輪邊滾邊滑?；坡蔛越大，車輪滑移程度越大。

1.車輪滑移率S10.1.1防抱制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識10.1汽車防抱制動系統(tǒng)2.車輪滑移率S與附著系數(shù)φ的關(guān)系在汽車制動過程中，除車輪旋轉(zhuǎn)平面的縱向附著力外，還有垂直于車輪旋轉(zhuǎn)平面的橫向附著力。

縱向附著力決定汽車縱向運動，影響汽車的制動距離；

橫向附著力則決定汽車的橫向運動，影響汽車的轉(zhuǎn)向控制能力和行駛穩(wěn)定性。在不同路面上附著系數(shù)與滑移率之間的關(guān)系如圖10-1所示(圖中虛線與實線標(biāo)注的上下順序一一對應(yīng))。由圖可知：(1)附著系數(shù)取決于路面性質(zhì)。

一般說來，干燥路面附著系數(shù)大，潮濕路面附著系數(shù)較小，冰雪路面附著系數(shù)更小。(2)在各種路面上，附著系數(shù)都隨滑移率的變化而變化。(3)在各種路面上，當(dāng)滑移率為20%左右時，縱向附著系數(shù)最大，制動效果最好。

縱向附著系數(shù)最大時的滑移率稱為理想滑移率或最佳滑移率。當(dāng)滑移率超過理想滑移率時，縱向附著系數(shù)減小，產(chǎn)生的地面制動力隨之下降，制動距離將增長?；坡蚀笥诶硐牖坡屎蟮膮^(qū)域稱為非穩(wěn)定制動區(qū)域或非穩(wěn)定區(qū)，如圖10-1b)所示。

橫向附著系數(shù)是研究汽車行駛穩(wěn)定性的重要指標(biāo)之一。橫向附著系數(shù)越大，汽車制動時行駛穩(wěn)定性和保持轉(zhuǎn)向控制能力越強。當(dāng)滑移率為零時，橫向附著系數(shù)最大；隨著滑移率的增加，橫向附著系數(shù)逐漸減小。

綜上所述，為了獲得最佳的制動效能，ABS系統(tǒng)應(yīng)將車輪滑移率控制在10~30%范圍內(nèi)。10.1.1防抱制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識10.1.2防抱制動系統(tǒng)的組成10.1.3防抱制動系統(tǒng)的工作原理10.1汽車防抱制動系統(tǒng)10.1.2防抱制動系統(tǒng)的組成10.1汽車防抱制動系統(tǒng)防抱制動系統(tǒng)是在常規(guī)制動系統(tǒng)(液壓制動系統(tǒng)或氣壓制動系統(tǒng))基礎(chǔ)上，增設(shè)一套電子控制裝置。

通常，ABS系統(tǒng)是由輪速傳感器、ABS電控單元ECU和制動壓力調(diào)節(jié)裝置三個部分組成。ABS液壓回路基本組成.mp410.1.2防抱制動系統(tǒng)的組成10.1汽車防抱制動系統(tǒng)

1.傳感器ABS系統(tǒng)的傳感器主要包括輪速傳感器、減速度傳感器、開關(guān)信號傳感器等。(1)車輪速度傳感器又稱輪速傳感器。

功用：檢測車輪的轉(zhuǎn)速并把轉(zhuǎn)速信號傳遞給ECU。

常見的車輪轉(zhuǎn)速傳感器：電磁感應(yīng)式和霍爾效應(yīng)式輪速傳感器。輪速傳感器.mp410.1.2防抱制動系統(tǒng)的組成10.1汽車防抱制動系統(tǒng)

1.傳感器(2)減速度傳感器也稱G傳感器。

能測出汽車制動時的減速度，識別是否為雪路、冰路等易滑路面。

目前使用的減速度傳感器主要有差動變壓器式、水銀開關(guān)式和光電式傳感器。10.1.2防抱制動系統(tǒng)的組成10.1汽車防抱制動系統(tǒng)

2.防抱制動系統(tǒng)電控單元(ABS-ECU)ABS-ECU是接受從各個車輪速度傳感器送來的信號，經(jīng)整形放大變換為同頻率的方波脈沖信號，經(jīng)計算電路計算汽車參考車速、各車輪速度和減速度(或加速度)，并對計算結(jié)果與設(shè)定的基準(zhǔn)值加以比較，發(fā)出控制指令信號，經(jīng)功率放大器放大，控制制動壓力調(diào)節(jié)器的電磁閥動作，從而調(diào)節(jié)制動壓力。

此外，ECU還對整個ABS工作狀況進行自檢和安全監(jiān)視警告。ABS電液控單元.mp410.1.2防抱制動系統(tǒng)的組成10.1汽車防抱制動系統(tǒng)

3.制動壓力調(diào)節(jié)裝置制動壓力調(diào)節(jié)器(又稱為液壓調(diào)節(jié)器)是ABS系統(tǒng)的執(zhí)行器，由電磁閥、儲液器、回液泵和電動機等組成。

安裝在制動總泵(主缸)與車輪制動分泵(輪缸)之間，主要功用是根據(jù)ABS-ECU的控制指令，自動調(diào)節(jié)制動分泵(輪缸)的制動壓力。ABS工作過程.mp410.1.2防抱制動系統(tǒng)的組成10.1汽車防抱制動系統(tǒng)

3.制動壓力調(diào)節(jié)裝置

(1)兩位兩通電磁閥a)常開電磁閥b)常閉電磁閥1-頂桿

2-殼體3-限壓閥

4-球閥5-復(fù)位彈簧6-電磁線圈7-閥體8-活動鐵芯9-限位桿10.1.2防抱制動系統(tǒng)的組成10.1汽車防抱制動系統(tǒng)

3.制動壓力調(diào)節(jié)裝置

(2)三位三通電磁閥1-回液口(接回液管路)2、10-過濾器3、7-非磁性支承環(huán)4-回液球閥5-進液球閥6-閥芯8-電磁線圈9-單向閥11-進液口(接主缸)12-閥芯工作氣隙(α=0.25mm)13-進液球閥閥座14-副彈簧15、17-壓板16-主彈簧18-出液口(連接輪缸)19-回液球閥閥座10.1.2防抱制動系統(tǒng)的組成10.1汽車防抱制動系統(tǒng)

3.制動壓力調(diào)節(jié)裝置

(3)儲液器與電動回液泵10.1.1防抱制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識10.1.2防抱制動系統(tǒng)的組成10.1.3防抱制動系統(tǒng)的工作原理10.1汽車防抱制動系統(tǒng)10.1.3防抱制動系統(tǒng)的工作原理10.1汽車防抱制動系統(tǒng)

1.

ABS對制動系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)的控制理論

根據(jù)車輪減速度和滑移率是否達到某一設(shè)定值來判定車輪是工作在附著系數(shù)-滑移率曲線(如圖10-1b所示)的穩(wěn)定區(qū)域還是工作在非穩(wěn)定區(qū)域，并通過調(diào)節(jié)制動分泵的制動液壓力，充分利用道路附著力將車輪滑移率控制在10~30%的穩(wěn)定區(qū)域范圍內(nèi)，從而獲得最佳制動效能。v-車速S1-滑移率閾值vref-參考車速vw-車輪圓周速度+A、+α-車輪加速度閾值-α-車輪減速度閾值10.1.3防抱制動系統(tǒng)的工作原理10.1汽車防抱制動系統(tǒng)2.兩位兩通電磁閥式ABS的控制過程

以桑塔納2000GSi/3000型轎車的MK20-I型ABS為例說明控制過程。

ABS系統(tǒng)正常時，當(dāng)駕駛?cè)瞬认轮苿犹ぐ鍟r，ABS立即投入工作。10.1.3防抱制動系統(tǒng)的工作原理10.1汽車防抱制動系統(tǒng)3.三位三通電磁閥式ABS的控制過程以奧迪100/200型轎車的ABS為例說明。ABS制動控制過程.mp410.1汽車防抱制動系統(tǒng)10.2汽車電控制動力分配系統(tǒng)10.3汽車驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)10.2.1電控制動力分配系統(tǒng)組成10.2.2電控制動力分配系統(tǒng)的控制過程10.2汽車電控制動力分配系統(tǒng)汽車獲得良好制動效能的前提條件是具有足夠的制動器制動力，同時地面又能提供較大的附著力。

汽車行駛時，各個車輪上的載荷和路面附著系數(shù)是不一樣且動態(tài)變化的。汽車制動時的制動距離、轉(zhuǎn)向控制能力和行駛穩(wěn)定性不僅與車輪制動力的大小有關(guān)，而且還與制動力的分配比例有關(guān)。

汽車電控制動力分配系統(tǒng)(ElectronicControlBrakeforceDistributionSystem，EBD)的功用是根據(jù)制動減速度和車輪載荷的變化，自動改變前、后軸車輪制動器制動力的分配比例，提高制動效能，從而縮短制動距離，并配合ABS以提高行駛穩(wěn)定性。。10.2.1電控制動力分配系統(tǒng)組成10.2汽車電控制動力分配系統(tǒng)EBD由減速度傳感器、EBD-ECU和制動壓力調(diào)節(jié)器組成。EBD是在ABS的基礎(chǔ)上拓展開發(fā)的主動安全控制系統(tǒng)，其減速度傳感器(或輪速傳感器)、EBD-ECU和制動壓力調(diào)節(jié)器均與ABS共用，在汽車已裝備ABS基礎(chǔ)上，無需增加硬件，只需增設(shè)與編制制動力分配軟件程序，就能實現(xiàn)制動力分配控制功能，又稱為電子控制制動力分配程序，相應(yīng)的電控單元稱為防抱與制動力分配電控單元(ABS/EBD-ECU)，執(zhí)行器是ABS制動壓力調(diào)節(jié)器電磁閥。10.2.1電控制動力分配系統(tǒng)組成10.2.2電控制動力分配系統(tǒng)的控制過程10.2汽車電控制動力分配系統(tǒng)10.2.2電控制動力分配系統(tǒng)的控制過程10.2汽車電控制動力分配系統(tǒng)10.1汽車防抱制動系統(tǒng)10.2汽車電控制動力分配系統(tǒng)10.3汽車驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)10.3.1驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)的功用10.3.2驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機理10.3.3驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)的控制方法10.3汽車驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)10.3.1驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)的功用10.3汽車驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)

驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)(Anti-SlipRegulationSystem，ASR)，又稱為驅(qū)動輪防滑轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)(TractionForceControlSystem，簡稱TCS或TRC)。

ASR：在車輪開始滑轉(zhuǎn)時，自動降低發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩，減小傳遞給驅(qū)動輪的驅(qū)動力，防止驅(qū)動力超過地面附著力而導(dǎo)致車輪滑轉(zhuǎn)；或通過增大滑轉(zhuǎn)驅(qū)動輪的阻力來增大未滑轉(zhuǎn)驅(qū)動輪的驅(qū)動力，提高總驅(qū)動力，從而提高車輛的通過性以及起步、加速時的安全性。10.3.1驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)的功用10.3.2驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機理10.3.3驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)的控制方法10.3汽車驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)10.3.2驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機理10.3汽車驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)

ASR的調(diào)節(jié)機理和ABS的調(diào)節(jié)機理具有較大的相似性，目標(biāo)都是要防止車輪滑動，最大限度地利用輪胎和路面之間的附著力。

ABS是防止車輪在制動時抱死而滑移

ASR是防止驅(qū)動輪原地不動地滑轉(zhuǎn)ABS是依據(jù)滑移率來進行控制和調(diào)節(jié)ASR是依據(jù)滑轉(zhuǎn)率來進行控制和調(diào)節(jié)10.3.2驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機理10.3汽車驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)

1.滑轉(zhuǎn)率vw—車輪速度，即車輪瞬時圓周速度，vw=rω(m/s)；v—車速(m/s)；r—車輪半徑(m)；ω—車輪轉(zhuǎn)動角速度，ω=2πn(rad/s)。1)當(dāng)vw=v時，滑轉(zhuǎn)率Sd=0，車輪自由滾動。2)當(dāng)v=0時，滑轉(zhuǎn)率Sd=100%，車輪完全處于滑轉(zhuǎn)狀態(tài)，此時車輪原地空轉(zhuǎn)，但不能向前滾動。3)當(dāng)vw>v時，滑轉(zhuǎn)率0<Sd<100%，車輪既有滾動又有滑轉(zhuǎn)?；D(zhuǎn)率越大，車輪滑轉(zhuǎn)程度也就越大。10.3.2驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機理10.3汽車驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)

2.滑轉(zhuǎn)率與附著系數(shù)的關(guān)系車輪滑移率、滑轉(zhuǎn)率與路面條件之間的關(guān)系如圖10-33所示，車輪制動時的滑移率分布在坐標(biāo)系的第一象限，車輪滑轉(zhuǎn)率分布在坐標(biāo)系的第三象限。由圖可見：1)附著系數(shù)隨路面性質(zhì)的不同而發(fā)生大幅度的變化。2)在各種路面上，附著系