1、第6章 汽车防滑和制动力分配技术6.1 概述 6.2 电控驱动防滑系统 1 驱动防滑系统的基本组成与工作原理 2 驱动防滑系统的传感器6.3 防滑差速器6.3制动力分配系统简介 上一页下一页6.1 概述 防滑控制系统主要包括制动防滑系统和驱动防滑系统两种。前者的功用是防止汽车在制动过程车轮被抱死滑移，使汽车的制动力达到最大，缩短车辆的制动距离，并且能提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵能力，被称为制动防抱死系统(简称为ABS)；但是当汽车在驱动过程(如起步、转弯、加速等过程)中，ABS系统不能防止车轮的滑转，因此针对这个要求又出现了防止驱动车轮发生滑转的驱动防滑系统(简写为ASR或TRC
2、)。由于驱动防滑系统是通过调节驱动车轮的驱动力来实现工作的，故它也常被称为驱动力控制系统(简称为TCS)。上一页下一页返 回1. 1.电控驱动防滑系统的理论基础电控驱动防滑系统的理论基础 驾驶员对车辆的控制其实质是控制车轮与路面之间的作用力，而该作用力又受车轮与路面间的附着条件(即附着系数)的限制。车辆纵向驱动力受纵向附着系数限制，而抵抗外界横向力则是受横向附着系数限制。 在硬质路面上，车轮与路面之间的附着力就是车轮与路面之间的摩擦力。由摩擦定律可推知，车轮与地面之间的附着力取决于车轮的垂直载荷与附着系数。即： 式中，F为车轮与地面之间的附着力(N)，G为车轮与地面之间的垂直载荷(N)，为车轮
3、与地面之间的附着系数。上一页下一页返 回FG(1)车轮滑动率对附着系数的影响 在汽车的整个行驶过程中，在汽车的纵向行驶方向上，车轮相对于地面的运动形式可以分为以下三种，即纯滑动、纯滚动和边滚边滑。 下面引入一个表征车轮滑转时滑动部分所占比例的概念滑动率。汽车在驱动过程中滑动率由以下式子进行确定： 式中，S驱为车轮相对于地面的滑动率，r为车轮的滚动半径(m)，为车轮的转动角速度(rad/s)，v为车轮中心点的纵向移动速度(m/s)。 若S驱0，说明车轮中心的纵向速度与车轮滚动的计算速度相等，即车轮做自由滚动；若S驱100，说明车轮中心点的纵向移动速度为零；若0S驱100，说明车轮处于边滚边滑转状
4、态，且S驱值越大，车轮滑转得越严重。上一页下一页返 回=-100%S 驱（）/上一页下一页返 回附着系数与车轮滑动率之间的关系各种路面最大纵向附着系数和滑动附着系数平均值(2)驱动防滑系统的功用 为了使汽车获得较大的纵向和横向附着力，现代汽车中有很多都已经装备了驱动防滑系统，其功用就是使汽车能够自动地将车轮控制在纵向和横向附着系数都比较大的滑动率范围内，一般滑动率为15-20左右。 前面在讨论最大附着力时，假设了车轮垂直载荷是不变的，而在车辆的实际运行过程中，垂直载荷不但与汽车实际装载质量及静态分布有关外，还与汽车的行驶状态有关。 汽车上坡、下坡、转弯和加速时，前后轮的垂直载荷都会发生变化，此
5、外，空气的作用和路面干扰引起的车轮跳动也会使车轮的垂直载荷发生变化。 综上所述可知，实际车轮附着力的受影响因素是很多的，它是一个随机的变量。为了控制车轮的滑动率，就要对作用于车轮上的力矩进行实时的自适应调节，使车轮的滑动率控制在最理想的范围内。上一页下一页返 回 2.驱动防滑的控制方式驱动防滑的控制方式 防滑驱动控制系统通常是通过调节发动机的输出转矩防滑驱动控制系统通常是通过调节发动机的输出转矩(常采用延迟常采用延迟点火时间的方式点火时间的方式)、传动系的传动比、差速器的锁紧系数等方式控、传动系的传动比、差速器的锁紧系数等方式控制作用于驱动轮上的驱动力矩；制作用于驱动轮上的驱动力矩； 或者是通
6、过调节驱动车轮的制动轮缸或者是通过调节驱动车轮的制动轮缸(或制动气室或制动气室)的制动压力来控的制动压力来控制作用于驱动车轮的制动力矩制作用于驱动车轮的制动力矩(如雷克萨斯如雷克萨斯LS400轿车轿车)，来实现对驱，来实现对驱动车轮的牵引力矩的控制，将驱动车轮的滑动率控制在最理想的范动车轮的牵引力矩的控制，将驱动车轮的滑动率控制在最理想的范围内。围内。上一页下一页返 回6.2 电控驱动防滑系统1 驱动防滑系统的基本组成与工作原理驱动防滑系统的基本组成与工作原理1)基本组成基本组成驱动防滑系统驱动防滑系统(ASR)是制动防抱系统是制动防抱系统(ABS)功能的延伸。功能的延伸。ASR系统基本组成有
7、车轮转速传感器、电子控制单元系统基本组成有车轮转速传感器、电子控制单元(ECU)、制动压、制动压力调节器、节气门开度传感器力调节器、节气门开度传感器(TPS)等，最佳点火提前角的控制是等，最佳点火提前角的控制是通过发动机电子控制单元对点火系统的控制来实现。因此通过发动机电子控制单元对点火系统的控制来实现。因此ASR系统系统并非独立，它的工作过程往往与并非独立，它的工作过程往往与ABS系统及发动机电子控制系统交系统及发动机电子控制系统交织在一起。织在一起。ASR都有自己的警告装置都有自己的警告装置(故障指示灯故障指示灯)。上一页下一页返 回典型典型ABS/ASRABS/ASR系统的组成系统的组成
8、1右前车轮转速传感器2比例阀和差压阀3制动主缸4ASR制动压力调节器5右后车轮转速传感器6左后车轮转速传感器7发动机/变速器电子控制单元（ESU）8ABS/ASR电子控制单元（ECU）9ASR关闭指示灯10ASR工作指示灯11ASR选择开关12左前车轮转速传感器13主节气门开度传感器；14副节气门开度传感器；15副节气门驱动步进电机；16ABS制动压力调节器上一页下一页返 回2)工作原理该系统的工作过程如下：汽车在驱动过程中，ABSASR电子控制单元(ECU)根据各车轮转速传感器发出的车轮转速信号，通过 计算、分析、比较确定驱动车轮的滑动率和汽车的参考速度。当ABSASR电子控制单元判定驱动车
9、轮的滑动率超过设定的极限值时，它就发出指令，驱动副节气门的步进电机就开始工作，以减小副节气门的开度。ABSASR电子控制单元通过车轮转速传感器随时监测着车轮的运动状况，当它认为驱动车轮的滑动率还未降低到设定的范围时，ABSASR电子控制单元(ECU)又会控制ASR制动压力调节器和ABS制动压力调节器，向驱动车轮施加一定的制动压力，使驱动车轮受到一制动力矩的作用。ABSASR中的ASR制动压力调节器主要由制动供能装置和电磁控制阀总成两部分组成。制动供能装置主要由电动泵和储能器组成。ABS制动压力调节器与ASR制动压力调节所组成的制动液压系统示。上一页下一页返 回1ASR电磁阀总成； 2单向阀；3
10、压力开关； 4蓄能器； 5制动供能装置；6电动泵；7电动机； 8电磁阀I； 9单向阀； 10ABS制动压力调节器； 11左后驱动车轮；12电磁阀IV； 13电磁阀II； 14回液泵；15储液器；16电磁阀III；17电磁阀V；18右后驱动车轮ASR制动液压系统上一页下一页返 回ASRASR系统的特点：系统的特点： ASR系统是否进入工作状态可以由驾驶员通过操纵ASR选择开关进行控制。 当ASR系统处于关闭状态时，副节气门就会自动处于打开状态；ASR系统的制动压力调节器也不会影响车辆制动系统的正常工作。 当ASR系统处于工作状态时，若需要驾驶员踏下制动踏板，ASR系统就会自动退出工作状态，而不会
11、影响车辆的正常制动过程。 ASR系统的工作是有速度条件的，当车速超过某一值(一般为120km/h或80km/h)后，ASR系统就会自动退出了作状态。 ASR系统在其工作范围内具有不同的优先选择性。 ASR系统具有故障自诊断功能，当ASR系统发生故障时，它将会自动关闭，同时向驾驶员发出警告信号。上一页下一页返 回2. 2.驱动防滑系统的传感器驱动防滑系统的传感器 驱动防滑系统中的传感器主要由车轮转速传感器和主、副节气门位置传感器组成。目前，汽车上用的车轮转速传感器主要有两种类型，即电磁式和霍尔式。 1 车轮转速传感器 1)电磁式车轮转速传感器 电磁式车轮转速传感器的工作原理是通过改变磁通量来产生
12、感应电动势，它的结构主要由传感头和齿圈两部分组成。上一页下一页返 回 车轮轮速传感器在车轮上的安装位置1齿圈2传感头3制动盘4托架5轴座 传感器主要由永磁体2、极轴5和感应线圈4组成，永磁体与极轴相连，感应线圈套在极轴的外面，极轴头部有凿式和柱式两种。上一页下一页返 回电磁式车轮轮速传感器1电缆；2永磁体；3外壳；4感应线圈；5极轴；6齿圈电磁式车轮转速传感器电磁式车轮转速传感器主要优点：结构简单，制造成本低。主要优点：结构简单，制造成本低。主要缺点：输出电压信号的幅值随转速的变化会发生变化，一般在主要缺点：输出电压信号的幅值随转速的变化会发生变化，一般在规定的转速下，输出信号的幅值范围为规定
13、的转速下，输出信号的幅值范围为1-15V。当车速过慢，车轮转。当车速过慢，车轮转速过低时，其输出的信号会低于速过低时，其输出的信号会低于1V，太低的信号电压将导致电子控，太低的信号电压将导致电子控制单元无法检测；当车速过高，车轮转速过快时，传感器频率的响制单元无法检测；当车速过高，车轮转速过快时，传感器频率的响应跟不上，容易产生误信号应跟不上，容易产生误信号(信号失真信号失真)；还有就是抗电磁波的干扰；还有就是抗电磁波的干扰能力差，尤其是在其输出电压信号幅值较小时。能力差，尤其是在其输出电压信号幅值较小时。 目前国内外防滑控制系统的控制速度范围一般为目前国内外防滑控制系统的控制速度范围一般为5
14、-160km/h，以，以后的控制范围要求达到后的控制范围要求达到8-240km/h甚至更大，很显然，电磁式车轮转甚至更大，很显然，电磁式车轮转速传感器就很难适应，因此，霍尔式车轮转速传感器的应用理应越速传感器就很难适应，因此，霍尔式车轮转速传感器的应用理应越来越广泛。来越广泛。上一页下一页返 回(2)(2)霍尔式车轮转速传感器。霍尔式车轮转速传感器。 霍尔式车轮转速传感器主要由传感头和齿圈组成，传感头由永磁体、霍尔元件及电子电路组成，永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿圈。上一页下一页返 回霍尔式车轮轮速传感器示意图1永磁体；2霍尔元件；3齿圈霍尔式车轮转速传感器相对于电磁式具有以下优点：霍尔式车
15、轮转速传感器相对于电磁式具有以下优点： (1)是输出电压信号的幅值不受转速的影响，在电源电压正常情况下其输出信号电压为11.512V，即使车速降到接近零，其幅值基本不变。(2)是它的频率响应高，可达20kHz，相当于车速为1000kmh时所检测的信号频率。(3)抗电磁波干扰能力强，这是因为其输出的信号电压不随转速而变化，且幅值较高的缘故。上一页下一页返 回2 2）主、副节气门位置传感器）主、副节气门位置传感器 节气门位置传感器一般有开关型和线性式两种，以雷克萨斯LS400轿车为例，它属于线性式节气门位置传感器，安装位置在节气门轴的一侧。 传感器芯部是可以转动的，它与节气门轴联动，在传感器芯部周
16、围设置有固定的怠速触点(IDL)、信号输出触点(VTA)、接地点(E1)、电源接头(VCC)，其内部电路实质为一滑动电阻。上一页下一页返 回线性式节气门位置传感器结构和信号输出特性VCC -电源接头点 VTA-信号输出触点 IDL-怠速触 E2地线上一页下一页返 回3 3 驱动防滑系统的电子控制单元驱动防滑系统的电子控制单元电子控制单元(ECU)是ASR系统的中枢，它的功用是接收传感器的信号，并对信号进行放大、分析、运算、比较、处理，得出驱动车轮的滑动率，再发出指令，从输出级输出，控制制动压力调节器、点火系及副节气门电机其一般构成如下：电控单元由输入级电路、运算电路、输出级电路、安全保护电路等
17、组成。4 驱动防滑系统的执行机构驱动防滑系统的执行机构驱动防滑系统的执行器主要由ASR制动压力调节器和辅助节气门执行器组成。上一页下一页返 回上一页下一页返 回 (1)循环式防滑转制动压力调节器。 循环式防滑转制动压力调节器一般与ABS制动压力调节器组合成一个整体，它主要由供能装置和电磁阀组成，供能装置包括电动泵、储能器和储液室，如图6.13所示。 当ASR系统不工作时，电磁阀I将制动主缸与电磁阀II和III相通：当ASR系统工作时，分为对两驱动车轮一同控制和分别控制两种情况。 1）ASR制动压力调节器调压方式 ASR制动压力调节器可以采用流通调压方式或变容调压方式进行防滑转制动压力调节，因此
18、，ASR制动压力调节器有循环式和可变容积式两种。上一页下一页返 回循环式防滑转制动压力调节器工作原理1供油泵2 ABS/ASR制动压力调节器 3三位三通电通阀4储能器5压力开关6回油泵7储液器8三位三通电磁阀II9三位三通电磁阀III10驱动车轮制动器111驱动车轮制动器II上一页下一页返 回 （2）可变容积式防滑转制动压力调节器。 可变容积式防滑转制动压力调节器中的ASR制动压力调节器与ABS制动压力调节器分开。可变容积式防滑转制动压力调节器工作原理1ABS制动压力调节器2 ASR制动压力调节器3调压缸4三位三通电磁阀5储能器6压力开关7驱动车轮制动器上一页下一页返 回2 2）辅助节气门执行
19、器）辅助节气门执行器 具有ASR系统的汽车发动机一般有主节气门和辅助节气门，主节气门与加速踏板相连，由驾驶员控制；辅助节气门由执行器控制。a）不运转，副节气门全开b）半运转，副节气门开50%c）全运转，副节气门全闭辅助节气门执行器工作状况6.3 6.3 防滑差速器防滑差速器 普通差速器使汽车通过坏路面的行驶能力受到限制，为了提高汽车在坏路面上的通过能力，一些越野汽车、高速小客车和载重汽车装用了防滑差速器。 汽车上常用的防滑差速器有人工强制锁止式和自锁式两大类，近年来又发展了电子控制式防滑差速器。人工强制式差速器是人为地将差速器暂时锁住，使差速器不起差速作用。自锁式差速器是在汽车行驶过程中，根据
20、路面情况自动改变驱动轮间的转矩分配。自锁式差速器又有摩擦片式、滑块凸轮式和托森式等多种形式。上一页下一页返 回上一页下一页返 回1. 1.人工强制锁止式差速器人工强制锁止式差速器 强制锁止式差速器是在普通差速器上设计了差速锁，如图6.16所示为奔驰20026A型汽车上用的强制锁止式差速器。它的差速锁由牙嵌式接合器和操纵机构两大部分组成。 强制锁止式差速器结构简单，制造方便，但要在停车时才能操纵。上一页下一页返 回奔驰20026A型汽车强制锁止式差速器1传动凸缘； 2油封；3、6、16轴承； 4调整隔圈； 5主减速器主动齿轮；7调整垫片；8主减速器壳；9挡油盘；10桥壳；11、29半轴； 12带
21、挡油盘的调整螺母；13轴承盖；15集油槽；17、24差速器壳；18、44推力垫片；19半轴齿轮；20主减速器从动齿轮；21锁板；22衬套；23、42螺栓； 25调整螺母； 26固定接合套； 27弹性挡圈；28滑动接合套；30气管接头；31带密封圈的活塞；32差速器锁指示灯开关；33调整螺钉及其锁紧螺母；34缸盖；35缸体；36拨叉轴；37拨叉；38复位弹簧；39导轴；40行星齿轮；41密封圈；43十字轴；45轴承座；46螺母上一页下一页返 回2. 2.摩擦式自锁差速器摩擦式自锁差速器 摩擦式自锁差速器是在普通差速器基础上发展起来的，两半轴齿轮背面与差速器壳1之间各安装了一套摩擦式离合器，用以增
22、大差速器内部摩擦阻力矩。 在汽车直线行驶过程中，两根半轴的转速相等，发动机的转矩平均分配给两根半轴。 当汽车转弯或其中一侧的车轮在坏路面上滑转时，两根半轴的转速不等，即其中一侧半轴的转速高于差速器壳的转速，而另一侧低于差速器壳的转速。 摩擦式自锁差速器具有结构简单、工作平稳的特点，常被应用于轿车和轻型货车上。上一页下一页返 回摩擦式自锁差速器1差速器；2从动摩擦片；3主动摩擦片；4推力压盘；5行星齿轮；6十字轴；7V形斜面上一页下一页返 回3. 3.电子控制式防滑差速器电子控制式防滑差速器 电子控制式防滑差速器目前主要是装有湿式差速器(V-TCS)的防滑控制和主动防滑控制(LSD)差速器两种。
23、其电子控制均采用模糊控制技术。V-TCS (Vehicle Tracking Control System) 型防滑差速器是根据汽车驱动轮的滑移量，通过电子控制装置来控制发动机转速和汽车制动力进行工作的，也有按照左、右车轮的转速差来控制转矩，并采用提高转向性能的后湿式防滑差速器与后轮制动器相结合的方法，最优分配后轮的驱动力，同时减少侧向风力的影响，从而实现增强车辆行驶的稳定性。原理如图6.18所示。LSD (Limited Slip Differential) 型防滑差速器的工作是利用车上某些传感器，掌握各种道路情况和车辆运动状态，通过操纵加速踏板和制动器，采集或读取驾驶员所要求的信息，并按照
24、驾驶员的意愿和要求来最优分配左、右驱动车轮的驱动力。上一页下一页返 回防滑差速器工作原理上一页下一页返 回LSD型防滑差速器控制系统结构框图6.4电子制动力分配系统简介 1.电子制动力分配系统概述 电子制动力分配系统(EBD)是在ABS的基础上进一步发展衍生而来的。目前EBD系统的控制技术,主要有以下三种方法： 1）通过比较前、后轮的滑移率进行控制 2）通过比较前、后轮的车轮转速进行控制 3）根据后轮制动减速度或后轮轮速与参考车速之间的关系进行控制 2.电子制动力分配系统的基本原理 EBD系统包括轮速传感器、电子控制器和液压执行器三部分。将每个车轮上的制动力分解为纵向制动力Fx及侧向制动力Fy, EBD系统可使四个车轮得到的纵向制动力之和Fx尽可能达到最大,以提高制动效率使侧向制动力对质心的偏转力矩之和My小于地面提供的侧向力矩M,保持汽车制动时的方向稳定性。3.电子制动力分配系统的控制过程电子制动力分配系统的工作过程包括以下三步：1）轮速传感器检测出车轮转速后,将其传递给电子控制器ECU；2）电子控制器计算出参考车速和滑移率后,发指令给制动力调节装置,进行制动力分配,并调节车轮的最佳滑移率；3）制动力调节装置执行ECU传来的指令,将合理的制动力作用于汽车的车轮,使其满足要求。本节内容结束
