第十章汽车的防滑控制系统 第一节概述 、制动过程分析 驾车经验告诉我们,当行车在湿滑路面上突遇紧急情况而实施紧急制动时,汽车会 发生侧滑,严重时甚至会出现旋转调头,相当多的交通事故便由此而产生。当左右侧车 轮分别行驶于不同摩擦系数的路面上时,汽车的制动也可能产生意想不到的危险。弯道 上制动遇到上述情况则险情会更加严重。所有这些现象的产生,均源自于制动过程中的 车轮抱死。汽车防抱死制动装置就是为了消除在紧急制动过程中出现上述非稳定因素, 避免出现由此引发的各种危险状况而专门设置的制动压力调节系统 图11.1是汽车在水平路面上制动时汽车的受力示意图,图中G是汽车的重力,FZ1 和FZ2是前后轮上作用的地面支承力,F是汽车制动时作用在质心上的减速惯性力,Fxbl 和Fxb2。是地面作用在车轮边缘上的摩擦力。汽车制动减速的过程实际上就是汽车在行 驶方向上受到地面制动力Fxb而改变运动状态的过程。制动效果的好坏完全取决于这种 减速度■■ 行驶方向 图111汽车制动时受力状态 外界制动力的大小及其所具有的特性 由于地面制动力是地面与轮胎之间的摩擦力,因此,它具有一般摩擦力的特性 即:那车减速度(即惯性力)较小时,地面摩擦力未达到极限值,它可随所需惯性力 增加而增加;稍汽车减速度(即惯性力)达到一定数值后,地面摩擦力达到其极限值, 以后便不再增大。按照摩擦的物理特性可知,此时 Fxbmax=Fz·q 式中 Bmax-地面制动力(摩擦力)的最大值; Fi—作用在车轮上的法向载荷 φ—摩擦系数(通常称为附着系数)。 由此可以看出,在汽车紧急制动情况下,若欲提高制动效能,即缩短制动距离或 增大制动减速度,必须设法增大 Xamax。为此,可以采取两条途径:一方面,可以 通过提高正压力Fz来增大 Fxbmax:另一方面,也可以通过提高摩擦系数φ中使 Fxbmax 得以提高。考虑到汽车具体使用情况,后一种途径更具有实际意义 大量试验已经证明,轮胎与路面之间的附着系数主要受到三方面要素影响,即 ①路面的类型、状况:②轮胎的结构类型、花纹、气压和材料:③车轮的运动方式和 车速 通过观察汽车制动过程中车轮与地面接触痕迹的变化(图11.2),可以知道制 纯滑动 边滚边滑 纯滚动 4努》y 图11.2制动时车轮运动状态的变化
1 第十章 汽车的防滑控制系统 第一节 概 述 一、制动过程分析 驾车经验告诉我们，当行车在湿滑路面上突遇紧急情况而实施紧急制动时，汽车会 发生侧滑，严重时甚至会出现旋转调头，相当多的交通事故便由此而产生。当左右侧车 轮分别行驶于不同摩擦系数的路面上时，汽车的制动也可能产生意想不到的危险。弯道 上制动遇到上述情况则险情会更加严重。所有这些现象的产生，均源自于制动过程中的 车轮抱死。汽车防抱死制动装置就是为了消除在紧急制动过程中出现上述非稳定因素， 避免出现由此引发的各种危险状况而专门设置的制动压力调节系统。 图11．l是汽车在水平路面上制动时汽车的受力示意图，图中G是汽车的重力，FZ1 和FZ2是前后轮上作用的地面支承力，FJ是汽车制动时作用在质心上的减速惯性力，Fxbl 和Fxb2。是地面作用在车轮边缘上的摩擦力。汽车制动减速的过程实际上就是汽车在行 驶方向上受到地面制动力Fxb而改变运动状态的过程。制动效果的好坏完全取决于这种 外界制动力的大小及其所具有的特性。 由于地面制动力是地面与轮胎之间的摩擦力，因此，它具有一般摩擦力的特性。 即：那车减速度（即惯性力）较小时，地面摩擦力未达到极限值，它可随所需惯性力 增加而增加；稍汽车减速度（即惯性力）达到一定数值后，地面摩擦力达到其极限值， 以后便不再增大。按照摩擦的物理特性可知，此时 Fxbmax＝Fz·φ 式中： Fxbmax——地面制动力（摩擦力）的最大值； Fi——作用在车轮上的法向载荷； φ——摩擦系数（通常称为附着系数）。 由此可以看出，在汽车紧急制动情况下，若欲提高制动效能，即缩短制动距离或 增大制动减速度，必须设法增大Fxbmax。为此，可以采取两条途径：一方面，可以 通过提高正压力Fz来增大Fxbmax；另一方面，也可以通过提高摩擦系数φ中使Fxbmax 得以提高。考虑到汽车具体使用情况，后一种途径更具有实际意义。 大量试验已经证明，轮胎与路面之间的附着系数主要受到三方面要素影响，即： ①路面的类型、状况；②轮胎的结构类型、花纹、气压和材料；③车轮的运动方式和 车速。 通过观察汽车制动过程中车轮与地面接触痕迹的变化（图11．2），可以知道制
动车轮的运动方式一般均经历了三个变化阶段,即开始的纯滚动、随后的边滚边滑和 表11.1车轮三种不同运动的特征 运动方式 纯滚动 边滚边滑 纯滑动 运动特征 U=r·c l>r·tu 0 后期的纯滑动。这三种不同运动所具有的特征可以归纳为表11.1。 为能够定量地描述上述三种不同的车轮运动状态,即对车轮运动的滑动和滚动成 分在比例上加以量化和区分,便定义了如下的车轮滑动率: 式中: 车轮滑动率;V—车速 r—车轮半径; 车轮角速度 按照上述定义可知,车轮运动特征可由滑动率的大小来表达,即:车轮纯滑动时 干混凝土 干沥青 横向 湿沥青 雪地 ÷= 滑动率(%o 图11.3附着系数随滑动率变化规律 s=100%,车轮纯滚动时S=0%,而当车轮处于边滚边滑状态时0<S<100% 图11.3是试验所获得的车轮与地面摩擦系数随车轮运动状态不同而变化的规律。 从图中可以看出,车轮纵向附着系数(又称制动力系数)随车轮滑动成分的增加呈先上 升后下降的趋势,附着系数最大值(亦称峰值附着系数冲。一般出现在滑动率S=15% 25%之间,滑动率S达到100%(车轮抱死)时的附着系数(也称滑动附着系数)φs 小于峰值附着系数φp。一般情况下,(φp-φs)随道路状况的恶化而增大,即滑动附 着系数φs会远远低于w。同时,当s=100%时,车轮的横向附着系数(又称横向力系数) 中;趋近于0,这时,车轮无法获得地面横向摩擦力。若这种情况岀现在前轮上,通常 发生侧滑的程度不甚严重,但是却会导致前轮无法获得地面侧向摩擦力,导致转向能力
2 动车轮的运动方式一般均经历了三个变化阶段，即开始的纯滚动、随后的边滚边滑和 后期的纯滑动。这三种不同运动所具有的特征可以归纳为表 11．l。 为能够定量地描述上述三种不同的车轮运动状态，即对车轮运动的滑动和滚动成 分在比例上加以量化和区分，便定义了如下的车轮滑动率： S＝ v－ r.w V 式中：S——车轮滑动率；V——车速； r——车轮半径；ω——车轮角速度。 按照上述定义可知，车轮运动特征可由滑动率的大小来表达，即：车轮纯滑动时 s=100％，车轮纯滚动时S＝0％，而当车轮处于边滚边滑状态时0＜S＜100％。 图11．3是试验所获得的车轮与地面摩擦系数随车轮运动状态不同而变化的规律。 从图中可以看出，车轮纵向附着系数（又称制动力系数）随车轮滑动成分的增加呈先上 升后下降的趋势，附着系数最大值（亦称峰值附着系数冲。一般出现在滑动率S＝15％ －25％之间，滑动率S达到100％（车轮抱死）时的附着系数（也称滑动附着系数）φs 小于峰值附着系数φp。一般情况下，（φp一φs）随道路状况的恶化而增大，即滑动附 着系数φs会远远低于w。同时，当s=100％时，车轮的横向附着系数（又称横向力系数） 中；趋近于0，这时，车轮无法获得地面横向摩擦力。若这种情况出现在前轮上，通常 发生侧滑的程度不甚严重，但是却会导致前轮无法获得地面侧向摩擦力，导致转向能力
的丧失;若这种状况出现在后轮上,则会导致后轮抱死,此时,后轴极易产生剧烈的侧 滑,使汽车处于危险的失控状态。 综上所述,理想制动系统的特性应当是:当汽车制动时,将车轮滑动率S控制在峰 值系数滑动率(即S=20%)附近,这样既能使汽车获得较高的制动效能,又可保证它 在制动时的方向稳定性。 汽车防抱死制动系统(ABS)便是一套能在制动过程中随时监控车轮滑转程度,并 依此自动调节作用在车轮上的制动力矩,防止车轮抱死的电子控制装置。它不仅能缩短 制动距离。有效避免各种因制动引起的事故,还可减少轮胎磨损,使其达到使用寿命。 防抱死制动系统的发展历史 20世纪初,原始的防抱死制动系统(ABS)用在铁路机车上,借此来避免机车车轮 因制动导致的“平面现象”和钢轨的早期损坏。1936年德国 Robert bosch公司取得了ABS 专利权。40年代ABS系统被应用于飞机上,以防止飞机着陆时偏离航道及轮胎的爆破 1954年美国Ford汽车公司首次将法国生产的民航机用ABS系统应用在 Lincoln牌高 级轿车上,由此拉开了汽车采用ABS系统的序幕。同一时期, Kelsey Hayes公司与 Hydro Aire公司开始联合生产用于载货车的ABS系统。1957年Ford公司与 Kelsey HayeS公司开 始了ABS系统的开发合作。1969年Ford汽车公司推出了后二轮控制方式的防抱死制动 系统,并在美国和日本的髙级轿车上得到应用。进人70年代,随着电子控制技术及精密 液压元器件加工制造技术的进步,逐步奠定了复杂而精确的控制技术基础,1978年德国 Benz汽车公司首次推出了四轮控制式防抱死制动系统。随着电子技术的进步和电器件价 格的迅速降低,自80年代后期起ABS在汽车上应用得到普及,并逐渐已成为现代汽车上 的一种标准装备。 从ABS出现到今天在汽车上广泛应用,已经经历了半个多世纪的发展过程。至今为 止,ABS系统的整体结构已日渐趋于成熟,今后的发展将集中体现在以下几个方面 ①实时跟踪路面特性变化,采用更加有效的控制算法,实现真正意义上优化控制, 以弥补现今汽车上广为采用的逻辑控制的不足 ②提髙关键元件的性能指标和可靠性,消除系统控制过程的不平滑,易振动,噪声 大的缺陷 ③由单一ABS控制目标转向多目标综合控制,全面提高汽车整体动力学水平 ④进一步降低系统装车成本。 ABS的基本组成 般来说,带有ABS的汽车制动系统由基本制动系统和制动力调节系统两部分组 成,前者是制动主缸、制动轮缸和制动管路等构成的普通制动系统,用来实现汽车的常 规制动,而后者是由传感器、控制器。执行器等组成的压力调节控制系统(如图11.4 所示),在制动过程中用来确保车轮始终不抱死,车轮滑动率处于合理范围内。 后轮速度传感器 ABS ECU 制动灯开关 传感器转子 盘式车轮制动分泵 图114汽车的制动力调节系统
3 的丧失；若这种状况出现在后轮上，则会导致后轮抱死，此时，后轴极易产生剧烈的侧 滑，使汽车处于危险的失控状态。 综上所述，理想制动系统的特性应当是：当汽车制动时，将车轮滑动率S控制在峰 值系数滑动率（即S＝20％）附近，这样既能使汽车获得较高的制动效能，又可保证它 在制动时的方向稳定性。 汽车防抱死制动系统（ABS）便是一套能在制动过程中随时监控车轮滑转程度，并 依此自动调节作用在车轮上的制动力矩，防止车轮抱死的电子控制装置。它不仅能缩短 制动距离。有效避免各种因制动引起的事故，还可减少轮胎磨损，使其达到使用寿命。 二、 防抱死制动系统的发展历史 20世纪初，原始的防抱死制动系统（ABS）用在铁路机车上，借此来避免机车车轮 因制动导致的“平面现象”和钢轨的早期损坏。1936年德国Robert Bosch公司取得了ABS 专利权。40年代ABS系统被应用于飞机上，以防止飞机着陆时偏离航道及轮胎的爆破。 1954年美国Ford汽车公司首次将法国生产的民航机用ABS系统应用在Lincoln牌高 级轿车上，由此拉开了汽车采用ABS系统的序幕。同一时期，Kelsey Hayes公司与Hydro Aire公司开始联合生产用于载货车的ABS系统。1957年 Ford公司与Kelsey HayeS公司开 始了 ABS系统的开发合作。1969年Ford汽车公司推出了后二轮控制方式的防抱死制动 系统，并在美国和日本的高级轿车上得到应用。进人70年代，随着电子控制技术及精密 液压元器件加工制造技术的进步，逐步奠定了复杂而精确的控制技术基础，1978年德国 Benz汽车公司首次推出了四轮控制式防抱死制动系统。随着电子技术的进步和电器件价 格的迅速降低，自80年代后期起ABS在汽车上应用得到普及，并逐渐已成为现代汽车上 的一种标准装备。 从ABS出现到今天在汽车上广泛应用，已经经历了半个多世纪的发展过程。至今为 止，ABS系统的整体结构已日渐趋于成熟，今后的发展将集中体现在以下几个方面。 ①实时跟踪路面特性变化，采用更加有效的控制算法，实现真正意义上优化控制， 以弥补现今汽车上广为采用的逻辑控制的不足。 ②提高关键元件的性能指标和可靠性，消除系统控制过程的不平滑，易振动，噪声 大的缺陷。 ③由单一ABS控制目标转向多目标综合控制，全面提高汽车整体动力学水平。 ④进一步降低系统装车成本。 三、 ABS的基本组成 一般来说，带有ABS的汽车制动系统由基本制动系统和制动力调节系统两部分组 成，前者是制动主缸、制动轮缸和制动管路等构成的普通制动系统，用来实现汽车的常 规制动，而后者是由传感器、控制器。执行器等组成的压力调节控制系统（如图11．4 所示），在制动过程中用来确保车轮始终不抱死，车轮滑动率处于合理范围内
在制动压力调节系统中,传感器承担感受系统控制所需的汽车行驶状态参数,将运动物 理量转换成为电信号的任务。控制器即电子控制装置(ECU)根据传感器信号及其内部 存储信号,经过计算、比较和判断后,向执行器发出控制指令,同时监控系统的工作状 况。而执行器(制动压力调节器)则根据ECU的指令,依靠由电磁阀及相应的液压控 制阀组成的液压凋节系统对制动系统实施增压、保压或减压的操作,让车轮始终处于理 想的运动状态。 第二节ABS的控制 从汽车使用性能上来说,防抱死制动系统控制效果的优劣主要取决于系统的控制方 式和控制通道类型等方面,但无论如何,汽车上所采用的ABS系统一般均具有以下的控 制共性 ①在制动过程中,只有当车轮趋于抱死时,ABS系统才起作用,此前保持常规制动 状态。 ②ABS系统只在车速超过一定值时才起作用。 ③ABS系统具有自诊断功能,以确保系统岀现故障时,常规制动系统仍能正常工作。 ABS对车轮制动压力的调节通常可以采用以下两种方式进行。 ①双参数感测控制。该方法同时利用两种传感器获得车速和车轮转速信号,并按照 一定的控制方法由计算机控制制动系统工作。由于目前测取车速信号需借助多普勒雷 达作为传感器,价格较高,故实际使用较少。 ②单参数感测控制。此方法仅仅利用车轮转速传感器获取车轮转速信号,通过计算 机,依靠某种计算方法估算岀汽车速度、加速度信号,根据这些数据由计算杋控制制 动系统工作。由于这种方法性能价格比较好,故得到了广泛的使用 ABS控制过程 在计算机控制过程中,为了提髙控制效率和加快控制收敛速度,各国研究人员提出 了许多控制方法,如:逻辑门限控制法、滑动模态变结枃控制法、最优控制法和模糊控 制法等。它们在实现控制的系统结构难度上、系统制造成本上、自身控制速度上各有不 同,其中以逻辑门限控制方法使用最广泛。其控制过程举例如下(如图11.5所示)。 车速参考速度 速度滑移率门槛值 车轮角速度 车轮加速度 连轮加速度门尷 减速度门槛 制动分泵压力 图11.5ABS的制动压力调节过程 该控制方式以车轮减速度和车轮加速度为控制参数,在ECU中预先设定好车轮加、 减速度门槛值,并以参考滑动率和参考速度为辅助控制参数,对制动过程实施控制
4 在制动压力调节系统中，传感器承担感受系统控制所需的汽车行驶状态参数，将运动物 理量转换成为电信号的任务。控制器即电子控制装置（ECU）根据传感器信号及其内部 存储信号，经过计算、比较和判断后，向执行器发出控制指令，同时监控系统的工作状 况。而执行器（制动压力调节器）则根据 ECU 的指令，依靠由电磁阀及相应的液压控 制阀组成的液压凋节系统对制动系统实施增压、保压或减压的操作，让车轮始终处于理 想的运动状态。 第二节 ABS的控制 从汽车使用性能上来说，防抱死制动系统控制效果的优劣主要取决于系统的控制方 式和控制通道类型等方面，但无论如何，汽车上所采用的ABS系统一般均具有以下的控 制共性。 ①在制动过程中，只有当车轮趋于抱死时，ABS系统才起作用，此前保持常规制动 状态。 ②ABS系统只在车速超过一定值时才起作用。 ③ABS系统具有自诊断功能，以确保系统出现故障时，常规制动系统仍能正常工作。 ABS对车轮制动压力的调节通常可以采用以下两种方式进行。 ①双参数感测控制。该方法同时利用两种传感器获得车速和车轮转速信号，并按照 一定的控制方法由计算机控制制动系统工作。由于目前测取车速信号需借助多普勒雷 达作为传感器，价格较高，故实际使用较少。 ②单参数感测控制。此方法仅仅利用车轮转速传感器获取车轮转速信号，通过计算 机，依靠某种计算方法估算出汽车速度、加速度信号，根据这些数据由计算机控制制 动系统工作。由于这种方法性能价格比较好，故得到了广泛的使用。 一、ABS控制过程 在计算机控制过程中，为了提高控制效率和加快控制收敛速度，各国研究人员提出 了许多控制方法，如：逻辑门限控制法、滑动模态变结构控制法、最优控制法和模糊控 制法等。它们在实现控制的系统结构难度上、系统制造成本上、自身控制速度上各有不 同，其中以逻辑门限控制方法使用最广泛。其控制过程举例如下（如图11．5所示）。 该控制方式以车轮减速度和车轮加速度为控制参数，在ECU中预先设定好车轮加、 减速度门槛值，并以参考滑动率和参考速度为辅助控制参数，对制动过程实施控制
在制动开始阶段,轮缸压力快速上升,车轮减速度很快超出门槛值,电磁阀从升压 切换到保压状态,同时,以控制起始时刻的车轮角速度作为初始参考速度,计算出制动 控制的参考车速,并以该参考车速和车轮角速度为依据,计算出参考滑动率门槛曲线。 在保压阶段,轮速继续下降,当轮速降到低于滑动率门槛值时,电磁阀由保压切换到减 压状态。在减压过程中,轮速在一段时间以后会开始上升,当车轮减速度减小,逐渐越 过减速度门槛值时,系统又进人保压状态。若在规定的保压时间内,车轮加速度不超过 加速度门槛值,则判定此时路面属于低附着系数情况,以另外方式实施以后的控制。若 可超过加速度门槛值,则继续保压。为了适应不同附着系数的路况需要,在加速度门槛 值的上方又设定了一道旨在识别大附着系数路面的第二加速度门槛值。当角加速度超过 了第二门槛值时,则要对轮缸实施増压,直至车轮加速度低于该门槛值后,再行保压措 施,直到车轮减速度再次低于第一加速度门槛值。随后的升压过程中,一般采用比初始 增压慢得多的上升梯度,电磁阀在增压和保压之间不断切换,直至车轮减速度再次向下 穿过减速度门槛值。以后相类似地重复上述调节过程。 由此可以看出,ABS控制过程实际上就是利用制动压力调节系统对制动管路油压高 速地进行“增压一保压一减压”的循环调节过程。近年来,随着控制和执行元件技术的 日益进步,这种调节循环的工作频率通常可达15-20次/秒。 ABS系统控制通道、控制方式及布置类型 ABS控制通道是指ABS系统中能够独立进行压力调节的制动管路。按照系统对制 动压力调节方式的不同,可将ABS控制方式分为两大类,即独立控制和同时控制。前 者指一条控制通道只控制一个车轮;而后者为一条控制通道同时控制多个车轮,依照 这些车轮所处位置不同,同时控制又有同轴控制和异轴控制之分,同轴控制是一个控 制通道控制同轴两车轮,而异轴控制则是一个控制通道控制非同轴两车轮。如果按照 控制时控制依据选择不同,也可将ABS的同时控制区分为低选控制和高选控制两种。 在低选控制中是以保证附着系数小的一侧车轮不发生抱死来选择控制系统压力,而高 选控制却是从保证附着系数较大一侧车轮不发生抱死出发来实施制动系统压力调节, 一般说来,如能在汽车四个车轮上独立地进行压力调节控制,意味着汽车有可能 IEHA: 图11.8三传感器三通道控制系统 R武 一执行器 L一传感器 图1.6四传感器四通道控制系统 图11.7四传感器三通道控制系统 在四个车轮上都发挥出地面上最大的附着能力。按照ABS通道数目和传感器数目的多 少可以对ABS控制系统进行分类。 按照传感器数目不同,ABS可以分为四传感器(4S)、三传感器(3S)、两传感 器(2S)和单传感器(1S)等几种系统。按照通道数目不同,也可将ABS分为四通道 式、三通道式、二通道式和一通道式等
5 在制动开始阶段，轮缸压力快速上升，车轮减速度很快超出门槛值，电磁阀从升压 切换到保压状态，同时，以控制起始时刻的车轮角速度作为初始参考速度，计算出制动 控制的参考车速，并以该参考车速和车轮角速度为依据，计算出参考滑动率门槛曲线。 在保压阶段，轮速继续下降，当轮速降到低于滑动率门槛值时，电磁阀由保压切换到减 压状态。在减压过程中，轮速在一段时间以后会开始上升，当车轮减速度减小，逐渐越 过减速度门槛值时，系统又进人保压状态。若在规定的保压时间内，车轮加速度不超过 加速度门槛值，则判定此时路面属于低附着系数情况，以另外方式实施以后的控制。若 可超过加速度门槛值，则继续保压。为了适应不同附着系数的路况需要，在加速度门槛 值的上方又设定了一道旨在识别大附着系数路面的第二加速度门槛值。当角加速度超过 了第二门槛值时，则要对轮缸实施增压，直至车轮加速度低于该门槛值后，再行保压措 施，直到车轮减速度再次低于第一加速度门槛值。随后的升压过程中，一般采用比初始 增压慢得多的上升梯度，电磁阀在增压和保压之间不断切换，直至车轮减速度再次向下 穿过减速度门槛值。以后相类似地重复上述调节过程。 由此可以看出，ABS控制过程实际上就是利用制动压力调节系统对制动管路油压高 速地进行“增压一保压一减压”的循环调节过程。近年来，随着控制和执行元件技术的 日益进步，这种调节循环的工作频率通常可达15－20次／秒。 二、ABS系统控制通道、控制方式及布置类型 ABS控制通道是指ABS系统中能够独立进行压力调节的制动管路。按照系统对制 动压力调节方式的不同，可将ABS控制方式分为两大类，即独立控制和同时控制。前 者指一条控制通道只控制一个车轮；而后者为一条控制通道同时控制多个车轮，依照 这些车轮所处位置不同，同时控制又有同轴控制和异轴控制之分，同轴控制是一个控 制通道控制同轴两车轮，而异轴控制则是一个控制通道控制非同轴两车轮。如果按照 控制时控制依据选择不同，也可将ABS的同时控制区分为低选控制和高选控制两种。 在低选控制中是以保证附着系数小的一侧车轮不发生抱死来选择控制系统压力，而高 选控制却是从保证附着系数较大一侧车轮不发生抱死出发来实施制动系统压力调节。 一般说来，如能在汽车四个车轮上独立地进行压力调节控制，意味着汽车有可能 在四个车轮上都发挥出地面上最大的附着能力。按照ABS通道数目和传感器数目的多 少可以对ABS控制系统进行分类。 按照传感器数目不同，ABS可以分为四传感器（4S）、三传感器（3S）、两传感 器（2S）和单传感器（1S）等几种系统。按照通道数目不同，也可将ABS分为四通道 式、三通道式、二通道式和一通道式等
四传感器四通道(四轮独立)控制方式如图11.6(a)所示,该系统是通过各车轮 轮速传感器的信号分别对各车轮制动压力进行单独控制。其制动距离和转向控制性能 好,但在附着系数不对称路面上制动时,由于汽车左右侧车轮地面制动力差异较大,因 此形成较大的偏转力矩,从而导致汽车在制动时的方向稳定性较差 四传感器四通道(前轮独立、后轮选择)控制方式如图11.6(b)所示,该系统适 用于X型制动管路系统,由于左右后轮不共用一条制动管路,故对它们实施同时控制( 般为低选控制)需采用两个通道。此种控制方式的操纵性和稳定性较好,制动效能稍差。 四传感器三通道(前轮独立、后轮选择)控制方式如图11.7所示,使用在制动管 路前后布置的后轮驱动汽车上,后轮一般采用低选控制,其控制效果是操纵性和稳定性 较好,制动效能稍差。 三传感器三通道(前轮独立、后轮选择)控制方式如图11.8所示,该系统适用于 ⅹ型制动管路系统,由于左右后轮不共用一条制动管路,故对它们实施同时控制(一般 为低选控制)需采用用两个通道。此种控制方式的操纵性和稳定性较好,制动效能稍差。 四传感器二通道(前轮独立)控制方式如图11.9所示,此结构多用于Ⅹ型制动系 统中,前轮独立控制,制动液通过比例阀(PV阀)按一定比例减压后传至对角后轮。 采用此种控制方式的汽车在不对称的路面上制动时,高附着系数路面一侧前轮产生高制 动压力,该压力传至低附着系数路面一侧的后轮时,会导致该后轮抱死。而低附着系数 路面一侧前轮制动压力较低,对应的高附着系数一侧的后轮不会抱死。从而有利于制动 时方向稳定性,但与三通道和四通道控制系统相比较,其后轮制动力稍有降低,制动效 高压低附着系数路面 P(比例)阚 高附着系数路面 图11.9四传感器二通道(前轮独立)控制系统 能稍有下降,但后轮侧滑较小。 四传感器M通道(前轮独立、后轮低选)控制方式如图11.10所示,在通往后轮的 两通道上增设一个低选择阀KLV阀)。当汽车在不对称路面制动时,高附着系数一侧前 轮的高压不直接传至低附着系数侧对角后轮,而通过低选阀只上升到与低附着系数侧前 口M 低附着系数路面 SLV(低选择)阀 低 轮 高附着系数路面 图11.10四传感器二通道(前轮独立、后轮低选)控制系统 轮相同的压力,这样就可以避免低附着系数侧后轮抱死。 传感器一通道控制系统如图10.11所示,此种控制方式用于制动管路前后布置的 汽车,只对后轮进行控制,一个传感器装于后桥差速器上,只对后轮采用低选控制的方 式。能较有效地防止后轮抱死,但由于前轮无控制,故易抱死,转向操纵性差,制动距 离较长
6 四传感器四通道（四轮独立）控制方式如图11．6（a）所示，该系统是通过各车轮 轮速传感器的信号分别对各车轮制动压力进行单独控制。其制动距离和转向控制性能 好，但在附着系数不对称路面上制动时，由于汽车左右侧车轮地面制动力差异较大，因 此形成较大的偏转力矩，从而导致汽车在制动时的方向稳定性较差。 四传感器四通道（前轮独立、后轮选择）控制方式如图11．6（b）所示，该系统适 用于X型制动管路系统，由于左右后轮不共用一条制动管路，故对它们实施同时控制（一 般为低选控制）需采用两个通道。此种控制方式的操纵性和稳定性较好，制动效能稍差。 四传感器三通道（前轮独立、后轮选择）控制方式如图11．7所示，使用在制动管 路前后布置的后轮驱动汽车上，后轮一般采用低选控制，其控制效果是操纵性和稳定性 较好，制动效能稍差。 三传感器三通道（前轮独立、后轮选择）控制方式如图11．8所示，该系统适用于 X型制动管路系统，由于左右后轮不共用一条制动管路，故对它们实施同时控制（一般 为低选控制）需采用用两个通道。此种控制方式的操纵性和稳定性较好，制动效能稍差。 四传感器二通道（前轮独立）控制方式如图11．9所示，此结构多用于X型制动系 统中，前轮独立控制，制动液通过比例阀（PV阀）按一定比例减压后传至对角后轮。 采用此种控制方式的汽车在不对称的路面上制动时，高附着系数路面一侧前轮产生高制 动压力，该压力传至低附着系数路面一侧的后轮时，会导致该后轮抱死。而低附着系数 路面一侧前轮制动压力较低，对应的高附着系数一侧的后轮不会抱死。从而有利于制动 时方向稳定性，但与三通道和四通道控制系统相比较，其后轮制动力稍有降低，制动效 能稍有下降，但后轮侧滑较小。 四传感器M通道（前轮独立、后轮低选）控制方式如图11.10所示，在通往后轮的 两通道上增设一个低选择阀KLV阀）。当汽车在不对称路面制动时，高附着系数一侧前 轮的高压不直接传至低附着系数侧对角后轮，而通过低选阀只上升到与低附着系数侧前 轮相同的压力，这样就可以避免低附着系数侧后轮抱死。 一传感器一通道控制系统如图10.11所示，此种控制方式用于制动管路前后布置的 汽车，只对后轮进行控制，一个传感器装于后桥差速器上，只对后轮采用低选控制的方 式。能较有效地防止后轮抱死，但由于前轮无控制，故易抱死，转向操纵性差，制动距 离较长
图11.11一传感器一通道控制系统 在各种轿车制动系统上采用不同类型的ABS可以产生不同的使用效果,综合的性能 比较可以参见表11.3 表113不同类型ABS所产生的不同的使用效果 系统名称传感器数通道数适用制动控制方法 回路类型 四轮均可充分利用地面附着力,但 HH四轮独立控制 在对分路面或左右轮载荷差别较大 时制动,汽车方向稳定性不好,较少 4S4M 前轮独立控制后轮低制动效能稍差,但汽车方向稳定性 选控制 4s3M 3x或 前轮独立控制、后轮选 择控制 占总附着力80%的两前轮独立控 制,两后轮按低选同时控制,是大多 3S3M 前轮独立、后轮近似选数汽车采用的型式之 择控制 前轮独立控制、后轮选 452M 2 X 择控制 在各种复杂路面上难以使方向稳定 性、制动距离和转向操纵能力得到 前轮独立后轮对角前兼顾较少采用 轮控制 ISIM HH|前轮无控制、后轮近似后轴车轮按低选原则控制,可改善 选择控制 汽车的方向稳定性 三、ABS制动的过程 ABS的制动过程分为常规制动和ABS调节制动两部分,当ABS系统检测认定制动车 轮未发生抱死的情况下,汽车制动系统执行常规制动过程,而当系统认定车轮有抱死趋 势时,便开始进行制动压力的调节。在图1112所示的ABS系统中,两种制动过程的系 统元件工作情况如下。 7
7 在各种轿车制动系统上采用不同类型的ABS可以产生不同的使用效果，综合的性能 比较可以参见表11．3。 三、ABS制动的过程 ABS的制动过程分为常规制动和ABS调节制动两部分，当ABS系统检测认定制动车 轮未发生抱死的情况下，汽车制动系统执行常规制动过程，而当系统认定车轮有抱死趋 势时，便开始进行制动压力的调节。在图11.12所示的ABS系统中，两种制动过程的系 统元件工作情况如下
中画 左前制动器右后制动器 右前制动器左后制动器 图1112ABS调压系统 l—电动泵;2—储液罐;3—制动主缸;4回液电磁阀;5—进液电磁阀 1.常规制动 ABS不介入控制,各进液调压电磁间断电导通,各回液电磁阀断电关闭,电动泵不 通电运转,各制动轮缸与储液器隔绝,系统处于正常制动状态。 2.调节制动 制动压力调节过程由制动保压、制动减压和制动增压组成。 1)制动保压 当传感器告知ECU右前轮趋于抱死,右前轮进液调压电磁阀通电关闭,右前轮回 液调压电磁阀仍断电关闭,实现制动保压;其他车轮仍随制动主缸增压。 2)制动减压 当传感器告知ECU右前轮抱死趋势无改善,右前轮回液调压电磁间也通电导通, 轮缸制动液回流储液器,实现制动减压。 3)制动增压 当传感器告知有前轮抱死趋势已消失,右前轮进液调压电磁阀和回液凋压电磁间均断 电,进液调压阀导通,回液调压阀关闭,电动泵运转,与主缸一起向右前轮轮缸送液, 实现制动增压。 第三节防抱死制动系统的结构及工作原理 、传感器 ABS系统的传感器是感受汽车运动参数(车轮转速)的元件,用来感受系统控制所需的基本 信号,其作用如同人的眼睛和耳朵。通常,ABS系统中所使用的传感器主要包含有以变换车轮转 速信号为目的的轮速传感器和以感受车身加速度为目的的加速度传感器 轮速传感器有电磁感应式与霍尔式两大类。前者利用电磁感应原理,将车轮转动的位移信号 转化为电压信号(如图111所示),由随车轮旋转的齿盘和固定的感应元件组成。图11.14示出 了各种传感器在汽车上的安装位置。此类传感器的不足之处在于,传感器输出信号幅值随转速而 变,低速时检测难,频响低,高速时易产生误信号,抗干扰能力差。后者利用霍尔半导体元件的 霍尔效应工作。当电流Iv流过位于磁场中的霍尔半导体层时(如图11.15所示),电子向垂直于 差速齿轮架 励磁齿圈盆形锥齿轮 车轮传感器 整体式的轮 毂/轴承总成 前轮转速传感器 图1.14车轮转速传感器安装位置
8 1．常规制动 ABS不介入控制，各进液调压电磁间断电导通，各回液电磁阀断电关闭，电动泵不 通电运转，各制动轮缸与储液器隔绝，系统处于正常制动状态。 2．调节制动 制动压力调节过程由制动保压、制动减压和制动增压组成。 l）制动保压 当传感器告知ECU右前轮趋于抱死，右前轮进液调压电磁阀通电关闭，右前轮回 液调压电磁阀仍断电关闭，实现制动保压；其他车轮仍随制动主缸增压。 2）制动减压 当传感器告知ECU右前轮抱死趋势无改善，右前轮回液调压电磁间也通电导通， 轮缸制动液回流储液器，实现制动减压。 3）制动增压 当传感器告知有前轮抱死趋势已消失，右前轮进液调压电磁阀和回液凋压电磁间均断 电，进液调压阀导通，回液调压阀关闭，电动泵运转，与主缸一起向右前轮轮缸送液， 实现制动增压。 第三节 防抱死制动系统的结构及工作原理 一、传感器 ABS系统的传感器是感受汽车运动参数（车轮转速）的元件，用来感受系统控制所需的基本 信号，其作用如同人的眼睛和耳朵。通常，ABS系统中所使用的传感器主要包含有以变换车轮转 速信号为目的的轮速传感器和以感受车身加速度为目的的加速度传感器。 轮速传感器有电磁感应式与霍尔式两大类。前者利用电磁感应原理，将车轮转动的位移信号 转化为电压信号（如图11.13所示），由随车轮旋转的齿盘和固定的感应元件组成。图11.14示出 了各种传感器在汽车上的安装位置。此类传感器的不足之处在于，传感器输出信号幅值随转速而 变，低速时检测难，频响低，高速时易产生误信号，抗干扰能力差。后者利用霍尔半导体元件的 霍尔效应工作。当电流Iv流过位于磁场中的霍尔半导体层时（如图11．15所示），电子向垂直于
磁场和电流的方向转移,在半导体横断面上出现霍尔电压UH,这种现象称之为霍尔效应 霍尔传感器可以将带隔板的转子置于永磁铁和霍尔集成电路之间的空气间隙中。霍尔集成电 路由一个带封闭的电子开关放大器的霍尔层构成,当隔板切断磁场与霍尔集成电路之间的通路 时,无霍尔电压产生,霍尔集成电路的信号电流中断;若隔板离开空气间隙,磁场产生与霍尔集 成电路的联系,则电路中出现信号电流。 霍尔轮速传感器由传感头和齿圈组成,传感头包含有永磁体。霍尔元件和电子电路等结构(如 图11.16所示)。永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮,当齿轮处于图11.16(a)位置时, 穿过霍尔元件的磁力线分散于两齿之中,磁场相对较弱。当齿轮位于图11.16(b)位置时,穿过 霍尔元件的磁力线集中于一个齿上,磁场相对较强。穿过霍尔元件的磁力线密度所发生的这种变 化会引起霍尔电压的变化,其输出一个毫伏级的准正弦波电压。此电压经波形转换电路转换成标 准的脉冲电压信号输人ECU 轮速传感器 交流电压 齿盘 盘 手动时波形 怠速时(5km/h)波形 AAAAAA 断热抽曲盟 霍尔元件 图11.15霍尔传感器原理 由霍尔传感器输出的毫伏级正弦波电压经过放大器放大为伏级正弦波信号电压,在施密特触 发器中将正弦波信号转换成标准的脉冲信号,由放大级放大输出。各级输出波形信号也一并显示 在图11.16中。 霍尔车轮转速传感器与前述电磁感应式传感器相比较,具有以下的优点: ①输出信号电压的幅值不受车轮转速影响,当汽车电源电压维持在12V时,传感器输出信号 电压可以保持在11.5-12V,即使车轮转速接近于零 ②频率响应高,该传感器的响应频率可高达20kth(此时相当于车速I000km/h) ③抗电磁波干扰能力强
9 磁场和电流的方向转移，在半导体横断面上出现霍尔电压UH，这种现象称之为霍尔效应。 霍尔传感器可以将带隔板的转子置于永磁铁和霍尔集成电路之间的空气间隙中。霍尔集成电 路由一个带封闭的电子开关放大器的霍尔层构成，当隔板切断磁场与霍尔集成电路之间的通路 时，无霍尔电压产生，霍尔集成电路的信号电流中断；若隔板离开空气间隙，磁场产生与霍尔集 成电路的联系，则电路中出现信号电流。 霍尔轮速传感器由传感头和齿圈组成，传感头包含有永磁体。霍尔元件和电子电路等结构（如 图 11．16所示）。永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，当齿轮处于图 11．16（a）位置时， 穿过霍尔元件的磁力线分散于两齿之中，磁场相对较弱。当齿轮位于图 11．16(b)位置时，穿过 霍尔元件的磁力线集中于一个齿上，磁场相对较强。穿过霍尔元件的磁力线密度所发生的这种变 化会引起霍尔电压的变化，其输出一个毫伏级的准正弦波电压。此电压经波形转换电路转换成标 准的脉冲电压信号输人ECU。 由霍尔传感器输出的毫伏级正弦波电压经过放大器放大为伏级正弦波信号电压，在施密特触 发器中将正弦波信号转换成标准的脉冲信号，由放大级放大输出。各级输出波形信号也一并显示 在图 11．16中。 霍尔车轮转速传感器与前述电磁感应式传感器相比较，具有以下的优点： ①输出信号电压的幅值不受车轮转速影响，当汽车电源电压维持在 12 V时，传感器输出信号 电压可以保持在 11．5－12 V，即使车轮转速接近于零； ②频率响应高，该传感器的响应频率可高达 20 kth（此时相当于车速I000km／h）； ③抗电磁波干扰能力强
减速度传感器在结构上有光电式。水银式和差动式等各种型式。其中光电式传感器利用发光 极管和受光(光电)三极管构成的光电偶合器所具有的光电转换效应,以沿径向开有若干条透 光窄槽的偏心圆盘作为遮光板,制成了能够随减速度大小而改变电量的传感器(如图1117所示)。 这光板设置在发光二极管和受光三极管之间,由发光二极管发出的光束可以通过板上窄槽到达受 光三极管,光敏的三极管上便会出现感应电流。当汽车制动时,质量偏心的遮光板在减速惯性力 的作用下绕其转动轴偏转,偏转量与制动强度成正比,如果像图11.17所示那样,在光电式传感 器中设置两对光电偶合器,根据两个三极管上出现电量的不同组合就可区分出如表中所示的四种 减速度界限,因此,它具有感应多级减速度的能力。 施密特 触发器 霍尔轮速传感器电子线路框图 霍尔元件s,霍尔元c 4 图11.16霍尔轮速传感器磁路 「 信号转换电路透光板 透光板 J速行驶 成速行驶 光电三极管 透光板 透光板 发光二极管 光电三极管 关 光电三极管
10 减速度传感器在结构上有光电式。水银式和差动式等各种型式。其中光电式传感器利用发光 二极管和受光（光电）三极管构成的光电偶合器所具有的光电转换效应，以沿径向开有若干条透 光窄槽的偏心圆盘作为遮光板，制成了能够随减速度大小而改变电量的传感器（如图11.17所示）。 这光板设置在发光二极管和受光三极管之间，由发光二极管发出的光束可以通过板上窄槽到达受 光三极管，光敏的三极管上便会出现感应电流。当汽车制动时，质量偏心的遮光板在减速惯性力 的作用下绕其转动轴偏转，偏转量与制动强度成正比，如果像图11．17所示那样，在光电式传感 器中设置两对光电偶合器，根据两个三极管上出现电量的不同组合就可区分出如表中所示的四种 减速度界限，因此，它具有感应多级减速度的能力
