第三章制动防抱死系统的作用.pptx
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1、防抱死制动系统的作用:1、汽车制动性能与防抱死制动 制动性能评价制动性能的主要指标:(1)制动效能汽车在行驶中,强制汽车在行驶中,强制减速以至停车的能力称为制动效能。减速以至停车的能力称为制动效能。即制动距离、制动时间、制动减速度。受制动器的摩擦力矩、车轮与地面的附着系数的制约。第一节概述汽车制动时车轮受力分析汽车制动时车轮受力分析车速车速车轮旋转角速度车轮旋转角速度惯性力矩惯性力矩制动阻力矩制动阻力矩车轮法向载荷车轮法向载荷地面法向反力地面法向反力车轴对车轮的推力车轴对车轮的推力地面制动力地面制动力车轮半径车轮半径车轮切向速度,简称轮速车轮切向速度,简称轮速(1)制动器制动力)制动器制动力制
2、动蹄与制动鼓(盘)制动蹄与制动鼓(盘)压紧时形成的摩擦力压紧时形成的摩擦力矩矩M通过车轮作用于通过车轮作用于地面的切向力地面的切向力F (2)地面制动力)地面制动力制动时地面对车轮的制动时地面对车轮的切向反作用力切向反作用力FX(3)地面制动力地面制动力F FX X 、制动器制动力、制动器制动力F F及附及附着力着力F F之间的关系之间的关系附着力附着力地面对轮胎切向反作用力的地面对轮胎切向反作用力的极限值极限值F F。附着力取决于轮胎与路面之间的摩擦作附着力取决于轮胎与路面之间的摩擦作用及路面的抗剪强度。用及路面的抗剪强度。地面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系地面制动力、制动器制动力及
3、附着力之间的关系硬路面上附着系数硬路面上附着系数与滑移率与滑移率s s的关系的关系 (1 1)制动过程中车轮的三种运动状态)制动过程中车轮的三种运动状态 第一阶段:第一阶段:纯滚动,路面印痕与胎面纯滚动,路面印痕与胎面花纹基本一致花纹基本一致 车速车速 V=V=轮速轮速V V 第二阶段:第二阶段:边滚边滑,路面印痕可以辨边滚边滑,路面印痕可以辨认出轮胎花纹,但花纹逐渐模糊。认出轮胎花纹,但花纹逐渐模糊。车速车速 V V 轮速轮速V V 第三阶段:第三阶段:抱死拖滑,路面印痕粗黑。抱死拖滑,路面印痕粗黑。轮速轮速V V =0=0 滑移曲线动画滑移曲线动画 若需增大若需增大F Fx x,必须增大,
4、必须增大F F 。F F取决于附着系数取决于附着系数,又又受滑移率受滑移率 s s 的影响。的影响。(2 2)滑移率)滑移率S S 定义:定义:s s=(V=(VV V)/V100%)/V100%=(V =(Vr r)/V100%)/V100%滑移率滑移率S =(车身瞬时速度车身瞬时速度-车轮瞬时车轮瞬时速度速度)/车身瞬时速度车身瞬时速度 制动力的最大值制动力的最大值=附着力附着力 Fmax=Z B 在法向反力在法向反力Z一定时,制动力的最大值取决于车轮一定时,制动力的最大值取决于车轮与地面的纵向附着系数与地面的纵向附着系数 B;而:而:B与车辆相对地面的滑移率与车辆相对地面的滑移率s有关。
5、有关。法向反力纵向附着系数制动力的最大值附着系数与滑移率的关系:在s=20左右时:纵向附着系数B=Bmax,F=Fmax。当车轮抱死:s=100时,B反而有所下降,制动力F有所下降,即制动效能将下降。(2)制动时汽车的方向稳定性。制动时汽车的方向稳定性。定义定义:指汽车在制动时仍能按指定方向的轨迹行驶,即不发生跑偏、侧滑、失去转向能力。方向稳定性相关因素:横向附着系数 S 横向附着力 车轮与路面的滑移率S 图知:S增大时,s 减小,当S=100,即车轮抱死时,s=0 ,此时,车轮在极小的侧向外力下即产生侧滑。转向轮抱死后失去转向操纵能力。即:车轮抱死将导致汽车的方向稳定性变坏。结论:1)制动时
6、车轮抱死,制动效能和制动时的方向稳定性均变坏。2)制动时将车轮滑移率S控制1520处,纵向附着系数最大,可得到最大制动力,同时横向附着系数也保持较大值,使汽车具有良好的抗侧滑能力及制动时的转向操纵能力,得到最佳期制动效果。稳定区域:0 S(1520);非稳定区域:15S100。2、防抱死制动系统(ABS)功能 获得理想的制动过程获得理想的制动过程 最理想的制动过程,制最理想的制动过程,制动开始时让制动压力骤升,动开始时让制动压力骤升,滑移率达到滑移率达到15%20%的时间的时间最短。的时间的时间最短。当达到当达到s=15%20%后,后,随即适当降低制动压随即适当降低制动压力,并使滑移率保持在力
7、,并使滑移率保持在S=15%20%,B=Bmax这样即可得到这样即可得到最短的制动距离最短的制动距离最佳最佳控制控制。二、防抱死制动系统的发展和应用二、防抱死制动系统的发展和应用1950年,世界第一台ABS,首先被应用于飞机上。60年代初,德国博世公司(BOSCH),开始ABS的开发工作,1978年正式生产出ABSl型汽车防抱死制动系统。1984年推出ABS2型。1986开始生产ABS3型,以后相继开发出ABS2S型、将汽车防抱死制动系统与驱动力自动调节装置有机结合的ABS/ASR系统。ABS 在世界汽车的应用 BOSCH公司研发单位:80年末期已达到年生产年末期已达到年生产ABS2型型100
8、万套的能力,并自万套的能力,并自1987年起年起已向欧洲、美国、日本、南韩的已向欧洲、美国、日本、南韩的22家轿车生产厂和家轿车生产厂和9家载货汽车生家载货汽车生产厂的产厂的66种汽车提供大量的产品。种汽车提供大量的产品。目前世界各国已有目前世界各国已有300多种汽车装有多种汽车装有ABS,如:德国的奔驰、宝马、雅迪、保时捷、欧定等车。如:德国的奔驰、宝马、雅迪、保时捷、欧定等车。英国的劳斯莱斯、捷达、路化、宾利等车系;英国的劳斯莱斯、捷达、路化、宾利等车系;意大利的法拉利、的爱快、领先、快意等车系;意大利的法拉利、的爱快、领先、快意等车系;瑞典的袄尔沃:绅宝等车系;瑞典的袄尔沃:绅宝等车系;
9、法国的波尔舍车系;法国的波尔舍车系;美国的福特、红慧星,克莱斯勒的帝王、纽约豪客、男爵、道美国的福特、红慧星,克莱斯勒的帝王、纽约豪客、男爵、道奇、右风等车系;奇、右风等车系;日本的思域、凌志、本田、奔跃、俊朗、淑女日本的思域、凌志、本田、奔跃、俊朗、淑女300等车系均采等车系均采用了用了ABs系统。系统。长安之星等微型客车上也装备了长安之星等微型客车上也装备了ABS系统:系统:ABS在轿车上装有在轿车上装有率可达率可达95%以上。以上。三、ABS的组成传统制动系统工作原理传统制动系统工作原理ABSABS是在传统制动基础上,又增设如下装置:是在传统制动基础上,又增设如下装置:车轮轮速传感器车轮
10、轮速传感器 电子控制单元电子控制单元ECUECU 制动压力调节器制动压力调节器 ABSABS警告灯警告灯ABS的组成 传感器 电子控制单元(ECU)制动压力调节器(执行器)车速传感器(测速雷达)车速传感器(测速雷达)轮速传感器轮速传感器制动压力调节器制动压力调节器回油泵回油泵电磁截止器电磁截止器活塞驱动电机活塞驱动电机等等ABS在汽车上布置:ABS执行器ABS控制电脑左后轮速传感器右后轮速传感器左前轮速传感器右前轮速传感器1.故障警故障警告灯告灯2.轮速传轮速传感器感器3.电控单电控单元元4.制动开制动开关关5.电动液电动液压泵压泵6.ABS液液控单元控单元ABS工作原理工作原理ABS工作原理
11、动画工作原理动画三、三、ABS控制参数控制参数1.1.以车轮滑移率为控制参数以车轮滑移率为控制参数根据车速和车速传感器的信号计算车轮的滑移率根据车速和车速传感器的信号计算车轮的滑移率作为控制制动力的依据。作为控制制动力的依据。S S高于设定值,高于设定值,ECUECU就会输出减小制动力信号,并就会输出减小制动力信号,并通过制动压力调节器减小制动压力;通过制动压力调节器减小制动压力;S S低于设定低于设定值时,值时,ECUECU就会输出增大制动力信号,并通过制就会输出增大制动力信号,并通过制动压力调节器增大制动压力,控制滑移率在设定动压力调节器增大制动压力,控制滑移率在设定的范围内。的范围内。已
12、有用多普勒雷达测量车速的已有用多普勒雷达测量车速的ABSABS。2.2.以车轮角加速度为控制参数以车轮角加速度为控制参数ECUECU根据车轮的车速传感器信号计算车轮的根据车轮的车速传感器信号计算车轮的角加速度作为控制制动力的依据。角加速度作为控制制动力的依据。ECUECU中设置合理的角加速度、角减速度门限中设置合理的角加速度、角减速度门限值。值。制动时,当车轮角减速度达到门限值时,制动时,当车轮角减速度达到门限值时,ECUECU输出减小制动力信号;当车轮转速升高至角输出减小制动力信号;当车轮转速升高至角加速度门限值,加速度门限值,ECUECU输出增加制动力信号。输出增加制动力信号。第二节第二节
13、 ABS主要组成的结构及主要组成的结构及 工作原理工作原理控制通道控制通道能够独立进行制动压力调节的制动管路;能够独立进行制动压力调节的制动管路;(一)四传感器、四控制通道(一)四传感器、四控制通道特点:特点:(1)各制动轮压力均)各制动轮压力均可单独调节(轮控制)可单独调节(轮控制)-控制精度高;控制精度高;(2)制动时可最大限度)制动时可最大限度地利用每个车轮的附着力地利用每个车轮的附着力-方向稳定性好;方向稳定性好;一、一、ABSABS控制方式及特点控制方式及特点 (二)四传感器、三控制通道(二)四传感器、三控制通道 特点:特点:两前轮独立控两前轮独立控制,两后轮一同控制,两后轮一同控制
14、(轴控制);制(轴控制);按附着力较小车轮不发生抱死为原则进行制动压力按附着力较小车轮不发生抱死为原则进行制动压力调节调节-低选原则控制低选原则控制;按附着力较大车轮不发生抱死为原则进行制动压力按附着力较大车轮不发生抱死为原则进行制动压力调节调节-高选原则控制高选原则控制;二、轮速传感器二、轮速传感器功用:功用:检测车轮的速度,并将速度信号输入检测车轮的速度,并将速度信号输入ECU。类型:电磁式轮速传感器、类型:电磁式轮速传感器、霍尔式轮速传感器。霍尔式轮速传感器。安装安装 轮轴支架轮轴支架技术要求技术要求 传感器和信传感器和信号盘间隙号盘间隙:1mm左左右右测量测量 交流信号交流信号 0.5
15、以上以上轮速传感器轮速传感器1电磁式轮速传感器组成:传感器头(静止):永久磁铁、感应线圈、极轴;传感器头(静止):永久磁铁、感应线圈、极轴;齿圈(转动):凸齿数齿圈(转动):凸齿数40100不等;不等;脉冲式轮速传感器的外形、剖视图。(a)凿式极轴轮速传感器DF2 (b)柱式极轴轮速传感器DF3极轴 工作原理工作原理 齿圈随车轮转动,凸齿和齿隙不断交替在极轴下掠齿圈随车轮转动,凸齿和齿隙不断交替在极轴下掠过,使铁心磁通发生变化在感应线圈中产生交变信号电过,使铁心磁通发生变化在感应线圈中产生交变信号电压,频率:压,频率:f=30f=306000Hz6000Hz,电压幅值:电压幅值:U=1U=11
16、5V15V。2、霍尔式轮速传感器、霍尔式轮速传感器组成:组成:传感头、齿圈。传感头、齿圈。传感头组成:传感头组成:永磁体、霍尔元件、电子电路等。永磁体、霍尔元件、电子电路等。霍尔式轮速传感器优点:霍尔式轮速传感器优点:(1)输出信号电压幅值不受转速的影响。输出信号电压幅值不受转速的影响。(2)频率响应高。频率响应高。其响应频率高达其响应频率高达20KHZ,用于,用于ABS系统时,相当于车速为系统时,相当于车速为1000kmh检测的信号频率。检测的信号频率。(3)抗电磁波干扰能力强。抗电磁波干扰能力强。由于其输出信号电压不随转速的变化而变化,且幅值高,故有很由于其输出信号电压不随转速的变化而变化
17、,且幅值高,故有很强抗电磁波干扰的能力。强抗电磁波干扰的能力。由于上述原因,霍尔式传感器不仅广泛应用于由于上述原因,霍尔式传感器不仅广泛应用于ABS轮速检测,也轮速检测,也广泛应用于其控制系统的转速检测。广泛应用于其控制系统的转速检测。三、制动压力调节器三、制动压力调节器功用:功用:接受接受ECU的指令,通过电磁阀的动作的指令,通过电磁阀的动作来实现车轮制动器的制动。来实现车轮制动器的制动。类型:类型:有液压式、气压式、空气液压加力式等有液压式、气压式、空气液压加力式等(一一)液压式制动压力调节器液压式制动压力调节器组成:组成:电磁阀、液压泵、储液器等电磁阀、液压泵、储液器等电磁阀类型:电磁阀
18、类型:目前,在轿车上应用较多的液压式制动力调节器:目前,在轿车上应用较多的液压式制动力调节器:三位置三通电磁阀三位置三通电磁阀(一轮一阀一轮一阀)制动力调节器制动力调节器 两位两通电磁阀两位两通电磁阀(一轮二阀一轮二阀)。1、BOSHC三位置三通电磁阀液压式制动力调节器ABS执行器作用:作用:ABS执行器中的三位执行器中的三位电磁阀可控制电磁阀可控制前轮左右前轮左右分泵的液压、后轮分泵分泵的液压、后轮分泵的液压的液压,以调节系统对,以调节系统对车轮的制动力。车轮的制动力。执行器的构造执行器的构造 控制单元、减压单元控制单元、减压单元ABS执行器外形制动控制动画制动控制动画制动控制动画制动控制动
19、画执行器控制单元组成:组成:三位电磁阀(线圈、单向阀、阀芯);三位电磁阀(线圈、单向阀、阀芯);功能:功能:在在ABS防抱死制动系统作用时,防抱死制动系统作用时,根据根据ABS的的ECU信号,自动进行信号,自动进行增压增压、保压、减压保压、减压模式模式工作原理:工作原理:ABS电脑根据车轮传感器的信号分三级向线圈输入电脑根据车轮传感器的信号分三级向线圈输入0安培、安培、2安培、安培、5安培的电流,产生不同电磁力,使阀芯安培的电流,产生不同电磁力,使阀芯分别处在相对于单向阀的三种不同位置来开闭分别处在相对于单向阀的三种不同位置来开闭A孔、孔、B孔孔达到三种不同模式。达到三种不同模式。执行器包括
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