ABS结构与工作原理.pptx
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1、一、一、ABS的理论基础的理论基础1.汽车的制动性汽车的制动性 汽车在行驶过程中,强制地减速汽车在行驶过程中,强制地减速以至停车且维持行驶方向稳定性的能力称以至停车且维持行驶方向稳定性的能力称为汽车的制动性。为汽车的制动性。评价制动性能的指标主要有:评价制动性能的指标主要有:(1 1)制动效能)制动效能汽车在行驶中,强制减汽车在行驶中,强制减速以至停车的能力称为制动效能。速以至停车的能力称为制动效能。即汽车以一定的初速度制动到停车所产生即汽车以一定的初速度制动到停车所产生的:的:制动距离制动距离 制动时间制动时间 制动减速度制动减速度(2 2)制动时的方向稳定性)制动时的方向稳定性汽车在制动汽
2、车在制动时仍能按指定方向的轨迹行驶,即不发生时仍能按指定方向的轨迹行驶,即不发生跑偏、侧滑、以及失去转向能力称为制动跑偏、侧滑、以及失去转向能力称为制动时的方向稳定性。时的方向稳定性。2.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
3、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 F 、制动器制动力、制动器制动力F FX X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极地面对轮胎切向反作用力的极限值限值F F。附着力取决于轮胎与路面之间的摩擦作用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。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、制动器制动力及附着力之间的关系3.3.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)
4、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:纯滚动,路面印痕与胎面第一阶段: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:边滚边滑,路面印痕可以辨第二阶段: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:抱死拖滑,路面印痕粗黑。第三阶段:抱死拖滑,路面印痕粗黑。轮速轮速V V =0=0 若需增大若需增大F Fx x,必须增大,必须增大F F 。F F取决于附着系数取决于附着系数,又受滑移率又受滑移率 s s 的影响。的影响。(2 2)滑移率)滑
5、移率S S 定义:定义:s s=(V=(VV V)/V100%)/V100%=(V =(Vr.)/V100%r.)/V100%(3 3)附着系数)附着系数与滑移率与滑移率 s s 的关系的关系分析结论:分析结论:s s 20%20%为制动稳定区域;为制动稳定区域;s s 20%20%为制动非稳定区域;为制动非稳定区域;将车轮滑移率将车轮滑移率 s s 控制在控制在20%20%左右,便左右,便可获取最大的纵向附着系数和较大的横向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。附着系数,是最理想的控制效果。4.4.理想的制动控制过程理想的制动控制过程(1 1)制动开始时,让制动压
6、力迅速增大,使)制动开始时,让制动压力迅速增大,使S S上上升至升至20%20%所需时间最短,以便获取最短的制动距离所需时间最短,以便获取最短的制动距离和方向稳定性。和方向稳定性。()制动过程中:()制动过程中:当当S S上升稍大于上升稍大于20%20%时,对制动轮迅速而适当时,对制动轮迅速而适当降低制动压力,使降低制动压力,使S S迅速下降到迅速下降到20%20%;当当S S下降稍小于下降稍小于20%20%时,对制动轮迅速而适当时,对制动轮迅速而适当增大制动压力,使增大制动压力,使S S迅速上升到迅速上升到20%20%;结论:结论:车轮在制动过程中,以车轮在制动过程中,以5 510 10 次
7、次/秒秒 的频率进行增压、保压、减压的不断切换,的频率进行增压、保压、减压的不断切换,使使s s稳定在稳定在20%20%是最理想的制动控制过程是最理想的制动控制过程。5.ABS5.ABS的功用的功用 ABSABS的功用是控制实际制动过程接的功用是控制实际制动过程接近于理想制动过程。近于理想制动过程。二、二、ABS的基本组成与工作原理的基本组成与工作原理(一)传统制动系统工作原理(一)传统制动系统工作原理(二)(二)ABSABS的基本组成的基本组成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轮速传感器 电子控制单元电子控制单元ECUECU
8、 制动压力调节器制动压力调节器 ABSABS警告灯警告灯压力调节装置制动器轮胎 轮速传感器ECU制动管路压力制动力轮速信号控制信号ABS基本工作图电控单元液压调节器电磁阀控制三种状态:加 压:进油阀开,出油阀关减 压:进油阀关,出油阀开保 压:进油阀关,出油阀关(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
9、压力;通过制动压力调节器减小制动压力;S S低于设定值低于设定值时,时,ECUECU就会输出增大制动力信号,并通过制动压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,控制滑移率在设定的范力调节器增大制动压力,控制滑移率在设定的范围内。围内。已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
10、。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。(四)、(四)、ABSABS控制方式及特点控制方式及特点 特点:特点:1.1.四传感器、四控制通道四传感器、四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;控制通道控制通道 (2 2)制动时可最)制动时可最大限度地利用每个车大限度地利用每个车轮的附着力轮的附着力-方向方向稳定性好;稳定性好;(1 1)各制动轮压)各制动轮压
11、力均可单独调节力均可单独调节(轮控制)(轮控制)-控制控制精度高;精度高;2.2.四传感器、三控制通道四传感器、三控制通道特点:特点:两前轮独立控两前轮独立控制,两后轮一同制,两后轮一同控制(轴控制);控制(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;三、三、ABSABS主要部件结构及工作主要部件结构及工作(一)轮速传感器(一)轮速传感器 1 1、作用、作用 2 2、组成、组成 检测
12、车轮转速,产生与轮速成正比的检测车轮转速,产生与轮速成正比的正弦交流信号,经整形、放大转变成数字正弦交流信号,经整形、放大转变成数字信号送给信号送给ECUECU,用于对制动压力调节器实施用于对制动压力调节器实施控制。控制。传感器一般采用磁感应式传感器一般采用磁感应式传感器头(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4040100100不等;不等;传感器头与齿圈间隙传感器头与齿圈间隙:0.60.60.7 mm0.7 mm;轮速传感器分类:轮速传感器分类:电磁式、霍尔式电磁式、霍尔式 轮速传感器的安装位置:轮速传感器的安
13、装位置:(a)(a)驱动车轮驱动车轮 (b)(b)非驱动车轮非驱动车轮车速转速传感头在车轮上的安装车速转速传感头在车轮上的安装 传感头与齿圈之间的间隙很小,通常只有传感头与齿圈之间的间隙很小,通常只有0.5mm0.5mm到到1mm1mm左右,左右,多数车轮转速传感器的间隙是不可调的。多数车轮转速传感器的间隙是不可调的。电磁感应式车轮转速传感器的工作原理电磁感应式车轮转速传感器的工作原理:(a)(a)齿隙与磁心端部相对时齿隙与磁心端部相对时 (b)(b)齿顶与磁心端部相对时齿顶与磁心端部相对时 (c)(c)传感器输出电压传感器输出电压电磁式轮速传感器分类:电磁式轮速传感器分类:根据磁心端部的结构
14、形状,可分为凿根据磁心端部的结构形状,可分为凿式极轴、柱式极轴车轮转速传感器式极轴、柱式极轴车轮转速传感器 由于结构形式的不同,传感头与齿圈的相对安装方式也有由于结构形式的不同,传感头与齿圈的相对安装方式也有区别:区别:(a)(a)凿式极轴传感头凿式极轴传感头(b)(b)菱形极轴传感头菱形极轴传感头 (c)(c)柱式极轴传感头柱式极轴传感头 (柱式极轴的一种柱式极轴的一种)电磁感应式车轮转速传感器的传感头与齿圈的相对安装方式电磁感应式车轮转速传感器的传感头与齿圈的相对安装方式 电磁式车轮转速传感器结构简单,成本低,但存在以下电磁式车轮转速传感器结构简单,成本低,但存在以下缺点:缺点:电磁感应式
15、轮速传感器向电磁感应式轮速传感器向ABSABS的的ECUECU输送的电压信号的输送的电压信号的强弱是随转速的变化而变化的,信号幅值一般在强弱是随转速的变化而变化的,信号幅值一般在1V1V到到15V15V的范的范围内变化。围内变化。当车速很低时,传感器输出的电压信号若低于当车速很低时,传感器输出的电压信号若低于1V1V,则,则ECUECU无法检测到如此弱的信号,无法检测到如此弱的信号,ABSABS也就无法正常工作。也就无法正常工作。电磁感应式轮速传感器频率响应较低。当车轮转速过电磁感应式轮速传感器频率响应较低。当车轮转速过高时,传感器的频率响应跟不上,容易产生错误信号。高时,传感器的频率响应跟不
16、上,容易产生错误信号。电磁感应式轮速传感器的抗电磁波干扰能力较差,尤电磁感应式轮速传感器的抗电磁波干扰能力较差,尤其在输出信号幅值较小时。其在输出信号幅值较小时。2.2.霍尔式车轮转速传感器霍尔式车轮转速传感器霍尔式轮速传感器优点:霍尔式轮速传感器优点:输出的电压信号强弱不随转速的变化而变化。在输出的电压信号强弱不随转速的变化而变化。在汽车电源电压为汽车电源电压为12V12V的条件下,信号的幅值保持在的条件下,信号的幅值保持在11.5V11.5V到到12V12V不变,即使车速很低时也不变。不变,即使车速很低时也不变。传感器频率响应高达传感器频率响应高达20kHz20kHz,用于,用于ABSAB
17、S中,相当于中,相当于车速为车速为1000km/h1000km/h时所检测的信号频率,因此不会出现高速时所检测的信号频率,因此不会出现高速时频率响应跟不上的问题。时频率响应跟不上的问题。霍尔式车轮转速传感器输出的电压信号强弱不随霍尔式车轮转速传感器输出的电压信号强弱不随转速的变化而变化,且幅值较高。因此,霍尔式车轮转速转速的变化而变化,且幅值较高。因此,霍尔式车轮转速传感器抗电磁波干扰能力较强。传感器抗电磁波干扰能力较强。霍尔式车轮转速传感器的组成和工作原理霍尔式车轮转速传感器的组成和工作原理 霍尔式车轮转速传感器电子线路:霍尔式车轮转速传感器电子线路:霍尔元件输出的毫伏级霍尔元件输出的毫伏级
18、的准正弦波电压首先经放大器放大为伏级电压信号,然后送往的准正弦波电压首先经放大器放大为伏级电压信号,然后送往施密特触发器转换成标准的脉冲信号,再送到输出级放大后输施密特触发器转换成标准的脉冲信号,再送到输出级放大后输出给出给ECUECU。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=115V15V。(二)(二)ABS ECUABS ECU 组成:组成
19、:(硬件、软件)(硬件、软件)输入电路输入电路 计算电路计算电路 输出电路输出电路安全保护电路安全保护电路 故障自诊断故障自诊断 功用功用:接收传感器信号及制动信号,控制执行器工作。接收传感器信号及制动信号,控制执行器工作。(三(三)制动压力调节器(液压)制动压力调节器(液压)1 1、作用、作用 根据根据ECUECU控制指令,通过电磁阀的动作对车控制指令,通过电磁阀的动作对车轮制动器压力实施自动调节,以使车轮滑移率保轮制动器压力实施自动调节,以使车轮滑移率保持在最佳范围内。持在最佳范围内。2 2、调压方式、调压方式 流通式流通式(循环式)(循环式)结构简单结构简单 控制方便控制方便 被广泛采用
20、被广泛采用 变容积式变容积式组成组成调压缸、电磁阀、单向阀、电机等调压缸、电磁阀、单向阀、电机等德尔科德尔科ABSABS 3 3、制动压力调节器组成、制动压力调节器组成 组成:组成:电磁阀、储液器、电动回液泵电磁阀、储液器、电动回液泵(1 1)电磁阀)电磁阀三位三通电磁阀由博世公司生产,应用于博世三位三通电磁阀由博世公司生产,应用于博世ABSABS中。中。作用:作用:接收接收ECUECU指令,通过控制阀门的切换,调节制动指令,通过控制阀门的切换,调节制动分泵压力,完成增压、保压和减压。分泵压力,完成增压、保压和减压。型式:型式:三位三通电磁阀三位三通电磁阀二位二通电磁阀二位二通电磁阀三位三通电
21、磁阀三位三通电磁阀结构:结构:线圈、铁心线圈、铁心、衔衔铁套筒、软硬弹铁套筒、软硬弹簧、进液口回簧、进液口回 二位二通电磁阀二位二通电磁阀二位二通常闭电磁阀二位二通常闭电磁阀二位二通常开电磁阀二位二通常开电磁阀二者配合工作,完成增压、保压、减压的控制过程二者配合工作,完成增压、保压、减压的控制过程(2 2)蓄压器与电动回液泵)蓄压器与电动回液泵蓄压器:接纳蓄压器:接纳ABSABS减压过程中,从制动分泵回流的制动液。减压过程中,从制动分泵回流的制动液。电动回液泵:将从制动分泵回流的制动液泵回电磁阀进液口。电动回液泵:将从制动分泵回流的制动液泵回电磁阀进液口。返回目录 四、四、ABSABS应用实例
22、应用实例 ABSABS型式各异,以下二个方面相同:型式各异,以下二个方面相同:2 2、ABSABS都具有自诊断功能。一但发生影响都具有自诊断功能。一但发生影响系统正常工作的故障时,系统正常工作的故障时,ABSABS自动关闭,同时自动关闭,同时ABSABS警告灯点亮。传统制动仍可正常工作。警告灯点亮。传统制动仍可正常工作。1 1、ABSABS工作车速必须达到一定值后,才工作车速必须达到一定值后,才会对制动过程中趋于抱死车轮进行制动防抱会对制动过程中趋于抱死车轮进行制动防抱死控制调节。死控制调节。(一)博世(一)博世ABS ABS 电磁阀:三位三通电磁阀电磁阀:三位三通电磁阀 控制方式:控制方式:
23、两前轮独立控制,两后轮按低选原则一两前轮独立控制,两后轮按低选原则一同控制;同控制;调压方式:流通式调压方式:流通式制动压力调节器:分离式且独立安装;制动压力调节器:分离式且独立安装;1 1、结构特点、结构特点2 2、制动压力调节过程、制动压力调节过程(1 1)制动压力增大过程)制动压力增大过程 踏下制动踏板,由于电磁阀的进液踏下制动踏板,由于电磁阀的进液阀开启,回液阀关闭,各电磁阀将制动阀开启,回液阀关闭,各电磁阀将制动总泵与各制动分泵之间的通路接通,制总泵与各制动分泵之间的通路接通,制动总泵中的制动液将通过各电磁阀的进动总泵中的制动液将通过各电磁阀的进出液口进入各制动分泵,各制动分泵的出液
24、口进入各制动分泵,各制动分泵的制动液压力将随着制动总泵输出制动液制动液压力将随着制动总泵输出制动液压力的升高而升高压力的升高而升高-增压。增压。(2 2)制动压力保持过程)制动压力保持过程 当某车轮制动中,滑移率接近于当某车轮制动中,滑移率接近于20%20%时,时,ECUECU输出指令,控制电磁阀线圈通过较小电输出指令,控制电磁阀线圈通过较小电流(约流(约2 2A A),),使电磁阀的进液阀关闭(回液使电磁阀的进液阀关闭(回液阀仍关闭),保证该控制通道中的制动分泵阀仍关闭),保证该控制通道中的制动分泵制动压力保持不变制动压力保持不变-保压。保压。(3 3)制动压力减小过程)制动压力减小过程 当
25、某车轮制动中,滑移率大于当某车轮制动中,滑移率大于20%20%时,时,ECUECU输出指令,控制电磁阀线圈通输出指令,控制电磁阀线圈通过较大电流(约过较大电流(约5 5A A),),使电磁阀的进液使电磁阀的进液阀关闭回液阀开启,制动分泵中的制动阀关闭回液阀开启,制动分泵中的制动液将通过回液阀流入储液器,使制动压液将通过回液阀流入储液器,使制动压力减小力减小-减压。减压。与此同时,与此同时,ECUECU控制电动泵通电运控制电动泵通电运转,将流入储液器的制动液泵回到制动转,将流入储液器的制动液泵回到制动总泵出液口。总泵出液口。3 3、电子控制系统控制过程电子控制系统控制过程 控制过程:控制过程:(
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