第四章 底盘电子控制系统

4.1.1 ABS与TCS的发展历史
ＡＢＳ早就开始应用于火车与飞机，但首次应用于汽车是在１９５４年， Ｆｏｒｄ公司把法国生产的民航机用ＡＢＳ应用到林肯牌轿车上。
１９９５年博世公司生产的ＡＢＳ５．３型，重量轻（为２．５ｋｇ）， 体积小（为１００ｍｍ×８０ｍｍ×１６０ｍｍ），采用微型混合电路， 可靠性好，标志着ＡＢＳ已进入成熟期。
4.1.2 汽车防滑控制系统的基本原理
滑移率与侧向力系数、纵向附着系数的关 系由下2图可以看出：
图4.1.2纵向滑转率与附着系数关系
4.1.2 汽车防滑控制系统的基本原理
通常当Ｓｂ（或Ｓｔ）在１５％～３０％之间时，φｂ（或 φｔ）具有最大值，即φｐ，对应的峰值滑动率（滑转率）为 Ｓｐ，而在干路面上当Ｓｂ（或Ｓｔ）＝１时，φｂ（或φｔ） 要比φｐ小１０％～２０％，湿路面上还要小得多。当Ｓｂ （或Ｓｔ）为零时，侧向力系数φＬ最大。
用滑转率St表示车轮滑转的程度，可用下式表达： St=(vc-v)/vc*100%= (ω*r-v)/vc*100%
式中：v是车身瞬时速度，vc是车轮圆周速度，r是车轮半径，ω 是车轮转动角速度。
4.1.2 汽车防滑控制系统的基本原理
轮胎与地面之间的侧向力系数φＬ定义为
φＬ=ＦＬ/Ｆｚ
Ｆｚ———轮胎与地面之间的垂直载荷； ＦＬ———轮胎与地面之间的侧向力。
4.1.3 ABS的构成
当车轮高速旋转制动时，ＣＰＵ就指示制动压力调节装 置增加轮缸的制动压力（简称加压），以增大制动力矩；
当滑动率超过一定的值，车轮快要抱死时，就要减少轮 缸的制动压力（简称减压），以减少制动力矩；
当车轮的滑动率达到最佳区域时，就希望保持轮缸的制 动压力（简称保压），将其维持在最佳状态。
轮速传感器系统及其输入电路
ＡＢＳ的控制需要一系列的计算参数，其中最主要的是轮 速、轮加速度、参考车速和滑移率 。轮速输入信号是这些 参数计算的基础。轮速处理过程如图：
4.1.3 ABS的构成
轮速传感器系统一般由两部分组成：轮速传感器和随车轮旋转的齿圈。 ＡＢＳ和ＡＳＲ的轮速传感器目前主要有电磁感应式轮速传感器和霍尔 效应式轮速传感器两种。
第四章 底盘电子控制系统
4.1汽车防滑控制系统 4.2汽车转向电子控制系统 4.3悬架电子控制系统
4.１ 汽车防滑控制系统
4.1.1 ABS与TCS的发展历史 4.1.2 汽车防滑控制系统的基本原理 4.1.3 ABS的构成 4.1.4 驱动防滑系统 4.1.5 汽车稳定性控制系统
4.1.1 ABS与TCS的发展历史
通过改变制动轮缸的有效容积调 节制动压力。
三位三通电磁阀变容积式 动力活塞5在控制油压的作用下左
右移动，增大或减小轮缸有效容积， 动力活塞的控制油压由电磁阀8控制。
变容积式制动压力调节器
普通制动 电磁阀断电，保持在左位，使动力 活塞控制油腔接储液器（低压）， 动力活塞在弹簧作用下左移，顶开 单向阀2，使轮缸与主缸相通。
4.1.3 ABS的构成
4.电子控制单元
（１）实时要求（抱死的状态检测得越及时，车轮抱死的可能性就越小 ） （２）高速输入要求（轮速信号是ＡＢＳ的最重要输入信号。范围大约在５０～
３０００Ｈｚ之间。一般系统中有四个轮速传感器 ） （３）定时器要求（至少要有两个硬件定时器） （４）寄存器和运算能力要求（至少支持１６位×１６位的乘法和３２位／１６
位的除法）。 （５）Ｉ／Ｏ需求（ＡＢＳ的输入有轮速信号、踏板信号、诊断信号等，需要驱
动的有电动泵、电磁阀、故障灯） （６）电磁兼容性要求 （７）ＡＢＳ对主芯片的定时资源、通信功能、存储器容量等都有一定的要求
4.1.3 ABS的构成
ＭＲ２０的ＥＣＵ的框图
电磁阀的驱动电路
4.1.3 ABS的构成
５．故障诊断 当ＡＢＳ发生故障时，一定要退出ＡＢＳ的控制，使系统恢复
缸中的制动压力。主要有液压式和气压式两类。
液压式制动压力调节器：
流通调压方式和变容调压方式。
气压式制动压力调节器
制动压力调节器
由电磁阀和液压元件组成，用于调节制动器制动压力的大小。
按与制动主缸的关系：整体式、分体式。
按压力调节方式：循环流动式、变容积式。
制动压力调节器
循环流动式压力调节器
到常规的制动。 故障诊断的内容一般包括轮速传感器的故障、电磁阀的故障和
电源的故障。 轮速传感器的故障类型有：轮速传感器断路、短路；轮速传感
器与齿圈间隙过大；齿圈损坏使传感器波形发生畸变等。电源故 障表现为电源电压过低或者断路。电磁阀、电机的故障主要有开 路、短路等。任何故障的发生ＣＰＵ都记录在案，并且点亮警告 灯，提醒驾驶员，所以要有警告灯的驱动与返回电路。电子控制 单元上一定要有诊断的接口。
ＡＢＳ与ＡＳＲ大多都组合为一体，并且正朝着与主动悬架、半 主动悬架、电控液压转向、电子控制自动变速器等组合装置的方 向发展，成为改善汽车性能不可缺少的一环。同时随着技术的发 展，也必将进一步降低成本。
4.1.2 汽车防滑控制系统的基本原理
所谓汽车打“滑”有两种情况，一是汽车制动时车 轮的滑移，二是汽车驱动时车轮的滑转。
电磁阀动作包括吸合过程和释放过程，相应有吸合时间和释放时 间。
提高驱动电压和减小线圈电感均可提高线圈电流变化率，缩短吸 合触动时间。同时，提高驱动电压可以增大线圈电流，提高电磁力， 缩短吸合运动时间。
断电后衔铁在弹簧力和气体压力作用下回ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。因此，弹簧力越大， 释放运动时间就会越短。
4.1.3 ABS的构成
4.1.3 ABS的构成
典型的ＡＢＳ
4.1.3 ABS的构成
该系统具有三个独立进行压力调节的管路，所以称 为三通道系统。一般轿车的ＡＢＳ按通道数可分为 四通道、三通道、二通道和单通道。目前大多数汽 车都采用三通道或四通道的系统，而６×２的货车可 以有六通道的系统。
与不装ＡＢＳ的制动系统相比，ＡＢＳ增加了车轮 轮速传感器，电子控制单元（ＥＣＵ）、制动压力 调节器和警报灯。
变容积式制动压力调节器
增压过程 电磁阀断电，保持在左位，使动力活 塞控制油腔接储液器（低压），动力 活塞在弹簧作用下左移，左腔容积减 小，再左移，顶开单向阀2，使轮缸 与主缸相通。
4.1.3 ABS的构成
ＡＢＳ电磁阀动态响应特性 为了准确及时地调节压力，电磁阀必须具备足够快的响应速度，
动作时间越长，压力控制滞后越严重，最终的压力调节效果也越差。 动作时间是衡量电磁阀动态性能的重要指标之一，也是设计ＡＢＳ 控制逻辑的重要依据。
从图４．１．２还可以看出，在自由滚动时，侧向力系数最 大，而在Ｓｂ（或Ｓｔ）＝１时，侧向力系数很小，几乎为０。 也就是说，制动时车轮完全抱死（Ｓｂ＝１），驱动时车轮完 全滑转（Ｓｔ＝１），都会使汽车失去承受侧向力的能力，也 就是说不能抵抗外界的横向力。
4.1.2 汽车防滑控制系统的基本原理
一般在峰值附着系数滑动率Ｓｐ附近，其侧向力系数可达最大 侧向力系数的５０％～７５％。因此如果将车轮的转动状态控 制在Ｓｐ附近，车轮的纵向附着系数最大，同时也有比较大的 侧向力系数，从而保证汽车不仅具有最大的制动（驱动）力， 而且具有较大转向力和防止侧滑的侧向力，因此提高了转向操 纵能力和方向稳定性。ＡＢＳ要将车轮的Ｓｂ控制在0.2左右； 而ＡＳＲ要将Ｓｔ控制在0.05～0.15之间。
4.1.3 ABS的构成
每个车轮旋转的速度由安 装在车轮上的电磁式轮速传 感器连续不停地检测，当齿 圈跟随车轮一起旋转时，传 感器中的铁心与齿圈之间的 间隙随齿顶与齿根而交替变 化，产生交替的感应电动势。 感应电动势变化的频率与齿 圈的齿数相对应。传感器产 生的电压信号经滤波去掉其 干扰信号，整形得到５Ｖ的 方波。ＣＰＵ接收方波脉冲 后，就可以计算出车轮旋转 的速度和加速度，从而实现 对车轮运动状态的监测与分 析。
电磁感应式轮速传感器原理：齿圈在磁场中旋转时，齿圈齿顶和电极之 间的间隙就以一定的速度变化，这样就会使齿圈和电极组成的磁路中的 磁阻发生变化。其结果使磁通量周期性增减，在线圈两端产生正比于磁 通量增减速度的感应电压。
电磁感应式轮速传感器的基本结构
安装方式
4.1.3 ABS的构成
• 霍尔式转速传感器是利用霍尔效应的原理制成的。霍尔效应是指在 一个矩形半导体薄片上有一电流通过，此时如有一磁场也作用于该 半导体材料上，则在垂直于电流方向的半导体两端，会产生一个很 小的电压，该电压就称为霍尔电压。当磁性材料制成的传感器转子 上的凸齿交替经过永久磁铁的空隙时，就会有一个变化的磁场作用 于霍尔元件上，使霍尔电压产生脉冲信号。根据所产生的脉冲数目 即可检测转速。
1.汽车防滑控制系统由两部分组成：
防抱制动系统(ABS)和驱动防滑系统(ASR)
防抱制动系统(ABS)是汽车上的一种主动安全装置。其作 用是在汽车制动时，防止车轮抱死而在路面上拖滑，以提高 汽车制动过程中的方向稳定性、转向控制能力和缩短制动距 离，使汽车制动更为安全有效。
随着对汽车性能要求的提高，不仅要求在制动过程中防止 车轮抱死，而且也要求防止在驱动过程中（起步、加速）， 特别是在非对称路面或转弯时驱动轮滑转，以提高汽车在驱 动过程中的方向稳定性、转向控制能力和加速性能。因此， 现代汽车采用了电控驱动防滑转系统(ASR)
4.1.1 ABS与TCS的发展历史
１９８６年在底特律汽车巡回展中，美国ＧＭ汽车公司Ｃｈｅｖ ｅｒｏｌｅｔ分部在其生产的克尔维特·英迪牌轿车上安装了ＡＳ Ｒ系统，为ＡＳＲ的发展作了良好的宣传。
截至１９９０年底，世界上已有２３个厂牌的５０余种车型安装 了驱动防滑装置，并且许多厂家开始削减四轮驱动车型号，而改 为发展ＡＳＲ系统。
2.驱动防滑控制系统一般要通过牵引力控制来实现驱动车轮滑 转控制，所以又称为牵引力控制系统(TCS)。现代高级轿车， 一般把ABS和TCS合并起来，组成汽车统一的防滑控制系统。