1、第二章第二章 汽车主动安全技术汽车主动安全技术2.1 ABS2.1 ABS防抱制动系统防抱制动系统2.1.1 防抱制动系统概述防抱制动系统概述2.1.1 ABS防抱制动系统概述防抱制动系统概述 世界上第一台防抱制动系统在1950年问世，首先应用于航空领域的飞机上，1968年开始在汽车上使用。防抱制动系统的功用 防抱制动系统是一种主动安全装置，其英文全称是Anti-lock Braking System，简称ABS。它是在汽车原有制动系统的基础上，增设了一套电子控制装置，其功用是：在汽车制动过程中，自动调节车轮的制动力，防止车轮抱死，从而获得最佳制动性能，减少交通事故。2.1.2 防抱制动系统的
2、基本原理防抱制动系统的基本原理一、制动时车辆运动分析一、制动时车辆运动分析pFxbFTW地面制动力地面制动力vT 制动器摩擦力矩Fxb 地面制动力Fp 车轴对车轮的推力F 地面附着力制动器制动力制动器制动力FprTF制动器制动力制动器制动力克服制动器克服制动器摩擦力矩摩擦力矩 在轮胎边缘为了克服制动器摩擦力矩所需在轮胎边缘为了克服制动器摩擦力矩所需的力，称为制动器制动力。的力，称为制动器制动力。制动器制动力附着力附着力地面给轮胎切向方作用力的极限值地面给轮胎切向方作用力的极限值zxbFFFmaxzxbFFFFFxbmaxFFxbpF地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系地面制动力、制动器制
3、动力与附着力之间的关系FaFFFF,xbF车轮抱车轮抱死拖滑死拖滑滑移率及特性 当汽车匀速行驶时，实际车速与车轮速度相等，车轮在路面上的运动为纯滚动，然而，当驾驶员踩下制动踏板后，在制动器摩擦力矩的作用下，车轮的角速度减小，实际车速和车轮速度之间就会产生一个速度差，轮胎与地面之间就会产生相对滑移，滑移程度就用滑移率表示：wwruwwru0,wwwru制动过程制动过程单纯的滚动单纯的滚动边滚边滑边滚边滑抱死拖滑抱死拖滑没有制动力时没有制动力时的滚动半径的滚动半径%100wwwurus0s%1000 s滑移率滑移率单纯的滚动单纯的滚动边滚边滑边滚边滑抱死拖滑抱死拖滑%100s附着系数附着系数道路的
4、材料道路的材料路面的状况路面的状况轮胎的结构花纹材料轮胎的结构花纹材料汽车的运动速度汽车的运动速度路路面面 p p S S 柏柏油油或或砼砼（干干）0.8 0.9 0.75 柏柏油油（湿湿）0.5 0.7 0.45 0.60 砼砼（湿湿）0.8 0.7 砾砾石石 0.6 0.55 土土路路（干干）0.68 0.65 土土路路（湿湿）0.55 0.4 0.5 雪雪（压压实实）0.2 0.15 冰冰 0.1 0.07 车轮抱死时车辆的姿势车辆直线行驶时抱死1-车轮抱死 2-制动力解除 3-外部干扰只有前轮抱死时 只有后轮抱死时全部车轮抱死时车辆的姿势制动时载荷的转移制动时载荷的转移n 由于制动力引
5、起的前后车轮载荷变化由于制动力引起的前后车轮载荷变化n 由于离心力引起的左右车轮载荷变化由于离心力引起的左右车轮载荷变化2.1 ABS防抱制动系统车辆载荷的移动dtduLMHWWrf2RBHMVWWio22项目项目中国中国ZBT240071989欧洲共同体欧洲共同体（EEC）71/320中国中国GB72582004美国美国联邦联邦135试验路面试验路面干水泥路面干水泥路面附着良好附着良好0.7Skid no81 载重载重满载满载一个驾驶员一个驾驶员或满载或满载任何载荷任何载荷轻、满载轻、满载 制动初速度制动初速度80km/h80km/h50km/h96.5km/h（60mile/h）制动时的稳
6、制动时的稳定性定性不许偏出不许偏出3.7m通道通道不抱死跑偏不抱死跑偏不许偏出不许偏出2.5m通道通道不抱死偏出不抱死偏出3.66m（12 ft）制动距离或制动距离或制动减速度制动减速度50.7m50.7m，5.8m/s220m5.9m/s265.8m（216ft）踏板力踏板力500N490N500N66.7667N(15150 lbf)乘用车制动规范对行车制动器制动性的部分要求乘用车制动规范对行车制动器制动性的部分要求车型车型制动距离制动距离/m 捷达捷达48.8 别克别克GL845.8 桑塔纳桑塔纳200045.0 帕萨特帕萨特43.9 奥迪奥迪A6 1.8T42.3 宝来宝来1.8T40
7、.0 宝马宝马745i37.1 制动距离有时也用在良好路面条件下，汽车以制动距离有时也用在良好路面条件下，汽车以 100km/h的初速度制动到停车的最短距离来表示。的初速度制动到停车的最短距离来表示。几种车型几种车型100km/h 0的制动距离的制动距离2.1.3 防抱制动系统的结构防抱制动系统的结构一、组成一、组成典型的ABS系统结构图1车轮转速传感器；2右前制动器；3制动主缸；4储液室；5真空助力器；6电子控制装置(ECU)；7右后制动器；8左后制动器；9比例阀；10ABS警示灯；11储液器；12调压电磁阀总成；13电动泵总成；14左前制动器 ABSABS主要部件结构及工作主要部件结构及工
8、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；齿圈齿圈-轮毂、
9、制动盘；轮毂、制动盘；传感器头传感器头-转向节、制动底板；转向节、制动底板；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：（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
10、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（循环式）流通式（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哪一个状态是减压？哪一个状态是减压？3 3
11、、制动压力调节器组、制动压力调节器组成成 组成：组成：供能装置、电磁阀、调压缸等组成供能装置、电磁阀、调压缸等组成（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磁阀三位三通电磁阀结构：结构：线圈、铁心、衔线圈、铁心、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
12、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。项项目目 中中国国 GB7258 EEC 71/732 瑞瑞典典 F18 美美国国联联邦邦 105 试试验验路路面面 0.7 附附着着良良好好 0 0.
13、8 8 Skid No81 载载重重 空空载载（满满载载）1 人人或或满满载载 任任何何载载荷荷 轻轻载载、满满载载 制制动动初初速速 50km/h 80km/h 80km/h 80km/h 方方向向稳稳定定性性 偏偏出出2.5m 不不抱抱死死跑跑偏偏 不不抱抱死死跑跑偏偏 不不抱抱死死，偏偏出出3.7m 距距离离或或减减速速度度 19(20)m 6 6.2(5.9)m/s2 5 50 0.7 7m m,5 5.8 8m/s2 5 5.8 8m/s2 6 65 5.8 8m m (2 21 16 6f ft t)踏踏板板力力 5 50 00 0N N 4 49 90 0N N 4 49 90
14、0N N 6 66 6.7 7 6 66 67 7N N 二、类型二、类型ABS系统的类型 轮控ABSABS HCU 特点：特点：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；轴控ABSABS HCUABS HCU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
15、，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、工作过程三、工作过程制动防抱死系统工作示意图1制动总泵；2、5、11单向阀；3液压泵和电动机总成；4ECU；6储液罐；7前轮轮速传感器；8盘式制动分泵；9回位弹簧；10磁化线圈；12三位电磁换向阀(a)常规制动 (b)压力降低 制动防抱死系统工作示意图1制动总泵；2、5、11单向阀；3液压
16、泵和电动机总成；4ECU；6储液罐；7前轮轮速传感器；8盘式制动分泵；9回位弹簧；10磁化线圈；12三位电磁换向阀(c)压力保持 制动防抱死系统工作示意图1制动总泵；2、5、11单向阀；3液压泵和电动机总成；4ECU；6储液罐；7前轮轮速传感器；8盘式制动分泵；9回位弹簧；10磁化线圈；12三位电磁换向阀(d)压力升高 制动防抱死系统工作示意图1制动总泵；2、5、11单向阀；3液压泵和电动机总成；4ECU；6储液罐；7前轮轮速传感器；8盘式制动分泵；9回位弹簧；10磁化线圈；12三位电磁换向阀四、四、ABSABS应用实例应用实例 ABS ABS型式各异，以下二个方面相同：型式各异，以下二个方面
17、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：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
18、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
19、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2A2A），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，
20、ECUECU输出指令，控制电磁阀线圈通过较大电流（约输出指令，控制电磁阀线圈通过较大电流（约5A5A），使电磁阀的进液阀关闭，回液阀开启，），使电磁阀的进液阀关闭，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，制动分泵中的制动液将通过回液阀流入储液器，使制动压力减小使制动压力减小-减压。减压。与此同时，与此同时，ECUECU控制电动泵通电运转，将流控制电动泵通电运转，将流入储液器的制动液泵回到制动总泵出液口。入储液器的制动液泵回到制动总泵出液口。3 3、电电子子控控制制系系统统控控制制过过程程 控制过程：控制过程：（1 1）打开点火开关，）打开点火开关，ECUECU进入自检进入自检 A
21、BSABS保护继电器线圈通电保护继电器线圈通电 蓄电池电压（蓄电池电压（12V12V）经触点送至）经触点送至ECUECU端子端子1 1，触发自检，时间大约为，触发自检，时间大约为3 35 5秒秒 。自检中，自检中，ECUECU端子端子2727、2828均未搭铁，均未搭铁，电动泵继电器、电磁阀继电器常开触点电动泵继电器、电磁阀继电器常开触点均不闭合，电动泵及电磁阀均不工作。均不闭合，电动泵及电磁阀均不工作。(2)ABS(2)ABS警示灯警示灯亮亮 ABS ABS警示灯亮后可能出现两种情况：警示灯亮后可能出现两种情况：灯亮灯亮3 35 5秒后熄灭，说明系统正常；秒后熄灭，说明系统正常；灯亮灯亮3
22、35 5秒后不熄灭，说明系统有故障，秒后不熄灭，说明系统有故障，ECUECU关闭关闭ABSABS，汽车仅保持传统制动。，汽车仅保持传统制动。（3 3）自检正常）自检正常ABSABS等待工作等待工作 ECUECU端子端子2727搭铁，接通电磁阀继电器线圈电路。搭铁，接通电磁阀继电器线圈电路。电磁阀继电器线圈通电，铁芯产生吸力，常电磁阀继电器线圈通电，铁芯产生吸力，常闭触点（闭触点（3087A3087A）张开，）张开，ABSABS警示灯熄灭；常开警示灯熄灭；常开触点（触点（30873087）闭合，蓄电池电压作用在三个三）闭合，蓄电池电压作用在三个三位三通电磁阀线圈及位三通电磁阀线圈及ECU ECU
23、 端子端子3232。（4 4）制动防抱死调节过程）制动防抱死调节过程 制动中，各车轮滑移率均小于制动中，各车轮滑移率均小于20%20%时，时，ECUECU端子端子2 2、3535、1818均开路，三个三位三通电磁阀线圈中均无电流通过，均开路，三个三位三通电磁阀线圈中均无电流通过，各制动分泵制动液压力将随制动总泵输出制动液压力的各制动分泵制动液压力将随制动总泵输出制动液压力的变化而变化变化而变化-增压。增压。制动中，某一车轮滑移率接近制动中，某一车轮滑移率接近20%20%，ECUECU对其相应的对其相应的电磁阀线圈通电（电磁阀线圈通电（2A2A），使其制动分泵制动液压力保持），使其制动分泵制动液
24、压力保持不变不变-保压。保压。制动中，某一车轮滑移率大于制动中，某一车轮滑移率大于20%20%，ECUECU对其电磁阀对其电磁阀线圈通电（线圈通电（5A5A），使其制动分泵制动液压力减小），使其制动分泵制动液压力减小-减压。减压。1 1、MK20MK20I ABSI ABS结构特点结构特点 （1 1）采用摸块式结构设计，将液压控制单）采用摸块式结构设计，将液压控制单元（储液器、电动回液泵、电磁阀）与电子控元（储液器、电动回液泵、电磁阀）与电子控制单元集成于一体，使其结构更加紧凑。制单元集成于一体，使其结构更加紧凑。（2 2）电磁阀线圈设置于控制单元内部，节）电磁阀线圈设置于控制单元内部，节省连
25、接导线。采用大功率集成电路直接驱动电省连接导线。采用大功率集成电路直接驱动电磁阀及回液泵电机，省去了电磁阀继电器。磁阀及回液泵电机，省去了电磁阀继电器。（3 3）电子控制单元内部设有故障存储器，随车带）电子控制单元内部设有故障存储器，随车带有故障诊断接口，借助诊断仪调取故障码可以很方便有故障诊断接口，借助诊断仪调取故障码可以很方便地进行故障诊断。地进行故障诊断。（4 4）MK20MK20I ABSI ABS采用四传感器、三通道控制系采用四传感器、三通道控制系统，其控制原则是对两前轮进行独立控制，对两后轮统，其控制原则是对两前轮进行独立控制，对两后轮按低选原则一同控制。按低选原则一同控制。其目的
26、是在于制动过程中确保后轮不会先于前轮其目的是在于制动过程中确保后轮不会先于前轮抱死，从而获得良好的制动稳定性。抱死，从而获得良好的制动稳定性。2 2、控制模块、控制模块 控制模块由液压控制单元和电子控制单元组成。控制模块由液压控制单元和电子控制单元组成。液压控制单元由储液器、电动回液泵、电磁阀等组成。液压控制单元由储液器、电动回液泵、电磁阀等组成。电子控制单元电子控制单元ECUECU中具有两个完全相同的微处理器，中具有两个完全相同的微处理器，它们按照同样的程序对输入信号进行计算处理，并将最终它们按照同样的程序对输入信号进行计算处理，并将最终结果进行比较，一旦发现最终结果不一致，即判定自身存结果
27、进行比较，一旦发现最终结果不一致，即判定自身存在故障，它会自动关闭在故障，它会自动关闭ABSABS，同时将仪表板上的，同时将仪表板上的ABSABS警告灯警告灯点亮。点亮。3 3、故障警示灯、故障警示灯 在仪表板及仪表板附加部件上装有两个故障警示在仪表板及仪表板附加部件上装有两个故障警示灯，一个是灯，一个是ABSABS警示灯（警示灯（K47K47），另一个是制动装置警），另一个是制动装置警示灯（示灯（K118K118）。）。打开点火开关后打开点火开关后ABSABS警示灯亮约警示灯亮约2 S2 S熄灭，说明自熄灭，说明自检结束的同时已启动检结束的同时已启动ABSABS。若。若ABSABS警示灯常亮
28、，说明警示灯常亮，说明ABSABS出现故障。出现故障。（三）液压控制系统（三）液压控制系统 桑塔纳桑塔纳2000Gsi2000Gsi轿车上采用的轿车上采用的MK20MK20I ABSI ABS液压控液压控制系统为对角线双回路控制系统。制系统为对角线双回路控制系统。防抱制动系统防抱制动系统ABSABS的控制参数的控制参数 预测技术（以车轮减速度作为控制参数）预测技术（以车轮减速度作为控制参数）以滑移率最为控制参数以滑移率最为控制参数 以车轮减速度和加速度作为控制参数以车轮减速度和加速度作为控制参数 以车轮减速度、加速度、滑移率作为控制参数以车轮减速度、加速度、滑移率作为控制参数 实用化的控制方法实用化的控制方法
