第4章汽车制动稳定性控制系统 汽车电子控制技术(第2版)凌永成 电子课件

（a）电流为0
3.ABS ECU 根据来自轮速传感器的信号，ABS ECU测量车轮转速和 车速，发出相应的控制指令。早期生产的ABS系统，其ABS ECU与制动压力调节器多采用分体式安装，但接线较多。 得益于ABS ECU体 积的日益小型化，且出 于散热和减少接线的考 虑，现在生产的ABS系 统，其ABS ECU与制 动压力调节器多采用整 体式安装，即ABS ECU与制动压力调节器 直接安装到一起，成为 一个总成。
霍尔元件输出的是毫伏级的准正弦波电压，通过电子电 路转换成标准的脉冲电压输出信号，电压幅值为7V～14V， 如图4-15所示。
图4-15 霍尔式车轮转速传感器电压波形
霍尔车轮转速传感器具有以下优点：输出信号电压幅值 不受转速的影响；频率响应高，其响应频率高达20 kHz，相 当于车速为1000km／h时所检测的信号频率；抗电磁干扰能 力强。
汽车电子控制技术
沈阳大学
凌永成
配套教材信息
教材名称：汽车电子控制技术（第2版） 教材主编：凌永成 教材定价：40RMB 出版社：北京大学出版社 出版时间/版次：2011年7月第2版 国际标准书号（ISBN ）： 978-7-301-19225-2 教材所属系列： 21世纪全国高等院校汽车类 创新型应用人才培养规划教材
1）电动液压泵 在ABS运行时，电动液压泵根据ECU的信号确定是否工 作，从而起到循环控制制动液油压或迅速建立制动液油压的 作用。它可在汽车起动1min内将制动液压力提高到14～22 MPa。
图4-17 柱塞式电动液压泵 1-控制开关；2-警告开关；3-限压阀；4-出油口；5-单向阀；6-滤芯；7-进油口；8-电动机
2）霍尔式车轮转速传感器 霍尔式车轮转速传感器根据霍尔效应原理产生与车轮转 速相对应的电压脉冲信号。霍尔车轮转速传感器也是由传感 头和齿圈组成。传感头由永久磁体、霍尔元件和电子电路等 组成，如图4-14所示。
（a）霍尔元件磁场较弱
（b）霍尔元件磁场较强
图4-14 霍尔式车轮转速传感器
1—霍尔元件；2—永久磁铁；3-齿圈
第4章 汽车制动稳定性控制系统
教学提示：防抱死制动系统和牵引力控制系统能很 好地提高汽车制动性能，已逐渐成为汽车的标准配 置。融合ABS、TRC和EBD技术于一身的电子稳定 程序——ESP技术的应用日益广泛。
教学要求：本章主要介绍以ABS、TRC、ESP为代 表的汽车制动稳定性控制系统。要求学生了解汽车 制动稳定性控制系统在汽车上的应用情况和发展趋 势，熟悉其基本组成和工作原理。
图4-28 ABS ECU系统控制电路图
1）车轮转速控制功能 2）继电器的控制功能 电磁线圈继电器控制功能。当满足下列条件时，ECU接 通电磁线圈继电器。 ①点火开关接通。 ②初始检查功能完成，这一功能在点火开关接通后立即执行。 ③诊断中未发现故障（故障代码37除外）。 如果上述条件中有任何一项不满足，ECU就断开电磁线 圈继电器。
（b）四传感器前后布置
（c）三传感器前后布置
图4-6 三通道控制方式
3）双通道控制方式
（a）前后布置 （b）对角线布置 图4-7 双通道控制方式
由于双通道ABS难以在方向稳定性、转向操纵能力和制 动距离等方面得到兼顾，所以目前很少被采用。 4）单通道控制方式 单通道ABS一般对两后轮 按低选原则一同控制，其主要 作用是提高汽车制动时的方向 稳定性。单通道ABS具有结构 简单、成本低的优点，因此在 轻型货车上得到广泛应用。
4.1 汽车防抱死制动系统
在车辆制动时如果车轮抱死滑移，则车轮与路面间的侧向 附着能力将完全丧失。防抱死制动系统（Anti-1ock Braking System，ABS）的设计目的，就是在汽车制动过程中，不论 道路情况如何，始终将车轮滑移率控制在20％左右，从而保 证车辆能获得最佳的制动性能和转向操纵性能。 4.1.1防抱死制动系统的功能和分类 1.汽车制动时的车轮运动分析 汽车在制动过程中，当制动器制动力大于轮胎-道路附着 力时，车轮就会抱死滑移。只有汽车具有足够的制动器制动 力，同时地面又能提供较大的附着力时，汽车才能获得良好 的制动效果。
图4-2 干燥硬实路面上附着系数与滑移率的关系
φB—纵向附着系数；φS—横向附着系数； S—滑移率
横向附着系数是研究汽车行驶稳定性的重要指标之一。 横向附着系数越大，汽车制动时的方向稳定性和保持转向控 制的能力越强。 当滑移率为零时，横向附着系数最大；随着滑移率的增 加，横向附着系数逐渐减小。当车轮抱死时，横向附着系数 接近于零，汽车将失去方向稳定性和转向控制能力，其危害 极大。
2.制动压力调节器
制动压力调节 器又称为ABS压力 控制器，是ABS系 统的执行机构，其 功用是接受ECU的 指令，通过电磁阀 的动作控制车轮制 动轮缸的制动压力， 通常主要由电动液 压泵、液压控制单 元（包括储能器和 电磁阀）等构成， 如图4-16所示。
图4-16 制动压力调节器 1-继电器盒；2-接ABS电控单元；3-液压泵电动机4液压泵总成；5-液压控制单元（包括储能器和电磁 阀）；6、7-制动液油管
2.防抱死制动系统的作用 防抱死制动系统能防止汽车在常规制动过程中由于车轮 完全抱死而出现的后轴侧滑、前轮丧失转向能力等现象，从 而充分发挥轮胎与路面间的潜在附着力，最大限度地改善汽 车的制动性能，以提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转 向操纵能力，从而满足行车安全的需要。
ABS的作用
目前欧、美、日、韩等国家和地区的汽车使用最多的ABS 的品牌有德国的博世（Bosch）、德国戴维斯公司的坦孚 （TEVES），另外还有美国德尔科公司（Delco）、美国本 迪克斯公司（BENDIX）等。
2）储能器（蓄压器） 储能器的结构形式多种多样。活塞-弹簧式储能器一般位 于电磁阀与回油泵之间，由轮缸来的液压油进入储能器，进 而压缩弹簧使储能器液压腔容积变大，以暂时储存制动液。 气囊式蓄压 器内则充满了高 压氮气，可使制 动液的压力保持 在14～18 MPa 范围内。为了安 全起见，近年来 生产的部分车型 中，已经取消了 蓄压器。
如果前轮抱死，虽然汽车 能沿直线向前行驶，但是失去 转向控制能力。由于前轮维持 转弯运动能力的横向附着力丧 失，因此，汽车仍将按原行驶 方向滑行，可能冲入其他车道 与车辆相撞或冲出路面与障碍 物相撞而发生恶性交通事故。
（a）前轮防滑控制 （b）后轮防滑控制 有无ABS的比较（蓝车无ABS，灰车有ABS）
气囊式蓄压器 1-电动泵； 2-回转球阀式活塞泵；
3-单向阀；
4-限压阀； 5-蓄压器； 6-压力开关
3）电磁阀 ABS系统中通常有4～8个电磁阀，分别对应控制前后轮 的制动。常用的电磁阀有三位三通电磁阀和二位二通电磁阀 等多种形式。
（b）电流小 （c）电流大 图4-19 三位三通电磁阀的动作 1-线圈；2-固定铁芯；3-电流；4-通主缸；5-通储液器；6-通轮缸；7-衔铁
单通道控制方式
4.1.2防抱死制动系统的组成
图4-9 典型的汽车ABS系统组成 1-前轮转速传感器；2-制动压力调节器；3-ABS电控单元；4-ABS警告灯；5-后轮转速传感器； 6-制动灯开关；7-制动主缸；8-比例分配阀；9-制动轮缸；10-蓄电池；11-点火开关
1.车轮转速传感Leabharlann Baidu 1）电磁式车轮转速传感器 目前大多数车轮转速传感器都采用电磁式转速传感器。 车轮转速传感器由电磁感应传感头和信号转子两部分组成。
如果后轮抱死，汽车的制动稳定性就会变差，抵抗横向 外力的能力很弱，后轮稍有外力(如侧向风力或地面障碍物阻 力)作用就会发生侧滑(甩尾)，甚至出现调头(即突然出现 180°转弯)等危险现象，如图4-3（b）所示。
（a）前轮防滑控制 （b）后轮防滑控制 有无ABS的比较（蓝车无ABS，灰车有ABS）
综上所述，为了获得最佳制动效能和制动时的方向稳定 性，应将车轮滑移率控制在最佳滑移率范围（20%左右）内。 因此，通过采用ABS，使汽车在制动过程中自动调节车轮的 制动力，防止车轮抱死滑移，从而缩短制动距离，提高方向 稳定性，增强转向控制能力，减少交通事故的发生。
电磁式车轮转速传感器外形图
电磁感应传感头用来产生感应电压，通常由永久磁铁、 电磁线圈和极轴等构成，根据极轴的结构不同，又可分为凿 式极轴传感头、柱式极轴传感头两种，如图4-11所示。
（a）凿式极轴传感头 （b）柱式极轴传感头 图4-11 电磁式车轮转速传感器结构图 1—电缆；2—永久磁铁；3—外壳；4—感应线圈；5—极轴；6—信号转子（齿圈）
车轮转速传感器的传感头一般安装在车轮附近上，如制 动底板、转向节、半轴套管等处（图4-12）。信号转子是一 个齿圈，齿数多少与车型、ABS ECU有关，一般安装在随车 轮一起转动的部件上，如轮毂、半轴、制动盘等处。
（a）前轮 （b）后轮 图4-12 车轮转速传感器的安装位置 1-制动盘；2、5-传感器；3-齿圈；4—传感器安装支架
轮胎滑移的程度用滑移率S来表示。车轮滑移率是指实际 车速v与车轮速度vw之差同实际车速v的比值，其表达式为 S =
v vw 100 % v vw 1 100 % v r 1 100 % v
式中，S为车轮滑移率；v为车速(车轮中心纵向速度，m/s)；vw为车 轮速度(车轮瞬时圆周速度，vw = rw，m/s)；r为车轮半径(m)；w为车轮 转动角速度(rad/s)。
（a）前后布置 （b）对角线布置 图4-5 四通道控制方式
2）三通道控制方式 四轮ABS大多为三通 道系统，而三通道系统都 是对两前轮的制动压力进 行单独控制，对两后轮的 制动压力按低选原则一同 控制。使用三通道控制方 式的常见车型有：桑塔纳 2000GSi、北京切诺基等。
（a）四传感器对角线布置
4.1.3丰田循环式防抱死制动系统 1.丰田循环式ABS系统的部件
图4-21 雷克萨斯LS400轿车的ABS部件
1）轮速传感器 2）ABS执行器
LS400轿车的ABS执行器
3）ABS系统管路
ABS系统管路示意图
2.丰田循环式ABS系统的工作过程 1）常规制动（ABS不工作）
图 4-24 ABS
车轮转速传感器产生的信号如图4-13所示。当车轮转速 较高时，感应电压的频率和波幅均较大；反之，感应电压的 频率和波幅均较小。
图4-13 电磁式车轮转速传感器输出的电压信号
电磁式车轮转速传感器结构简单，成本低，但存在以下缺 点：当车速很低时，传感器输出的电压信号较弱；传感器频率 响应较低，当车速过高时，传感器的频率响应跟不上，容易产 生错误信号；传感器的抗电磁干扰能力较差。
3.ABS的控制方式分类 1）四通道控制方式 为了对四个车轮的制动压力进行独立控制，在每个车轮 上各安装一个转速传感器，并在通往各制动轮缸的制动管路 中各设置一个制动压力调节分装置（通道）。 对应于双制动管路的H型（前后）或X型（对角）两种布 置形式，四通道ABS也有两种布置形式，如图4-5所示。使 用四通道控制方式的常见车型有：奥迪（前轮驱动）、红旗 轿车、广州本田（X型）。
执行器泵电动机继电器控制功能。当满足下列条件时， ECU接通电动机继电器。 ①在ABS运作中或初始检查中。 ②当电磁线圈继电器接通时。 如果上述条件中有任何一项不满足，ECU就断开电动机 继电器。
当v = vw时，滑移率S = 0，车轮自由滚动； 当vw = 0时，滑移率S = 100%，车轮完全抱死滑移； 当v ＞ vw时，滑移率0 ＜ S ＜ 100%，车轮既滚动又滑移。 滑移率越大，车轮滑移程度越大。
图4-1 附着系数与滑移率的关系 (虚线与实线标注的上下顺序一一对应)
φB—纵向附着系数；φS—横向附着系数； S—滑移率
正 常 制 动 时 （ 不 工 作 ） 油 路
2）紧急制动（ABS工作） ①“压力降低”模 式。
图 4-25 ABS
系 统 “ 压 力 降 低 ” 模 式
②“保持”模式。
图4-26 ABS系统“保持”模式
③“压力提高”模式。
图4-27 ABS系统“压力提高”模式
3.丰田循环式ABS ECU的功能