汽车ABS原理分析.docx

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汽车ABS原理分析

毕业论文（设计）

题目汽车ABS原理分析

指导老师

专业班级汽车技术服务与营销102

姓名

学号

2012年5月30日

摘要：

汽车ABS是由控制装置,电磁阀,传感器,总成线束,齿圈,ABS警示灯等组成，在不同的ABS系统中，制动压力调节装置的结构形式和工作原理往往不同，电子控制装置的内部结构和控制逻辑也可能ABS通常都由车轮转速传感器、制动压力调节装置、电子不尽相同。

在常见的ABS系统中，每个车轮上各安装一个转速传感器，将有关各车轮转速的信号输入电子控制装置。

电子控制装置根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测和判定，并形成相应的控制指令。

制动压力调节装置主要由调压电磁阀组成，电动泵组成和储液器等组成一个独立的整体，通过制动管路与制动主缸和各制动轮缸相连。

制动压力调节装置受电子控制装置的控制，对各制动轮缸的制动压力进行调节。

关键词：

ABS；制动压力调节装置；转速传感器；电子控制装置；调压电磁阀

引言……………………………………………………………………………….……1

1汽车制动控制系统基本原理…………………………………………………...……2

1.1轮胎与地面的附着特性………………………………………………………..……2

1.2滑移率……………………………………………………………………………....2

1.3车轮抱死的危害………………………………………………………………..……3

1.4防抱死制动系统的作用与目的…………………………………………………..…4

2ABS控制系统的结构及工作原理………………………………………………4

2.1ABS基本结构……………………………………………………..…………………4

2.2ABS工作原理………………………………………………………………..……6

3ABS的控制技术………………………………………………………………………9

3.1控制参数的单参数控制方式………………………………………………………10

3.2ABS整车控制技术…………………………………………………………………10

结论……………………………………………………………………………….……11

参考文献……………………………………………………………………….………11

引言

ABS”（Anti-lockedBrakingSystem）中文译为“防抱死刹车系统”.它是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统。

ABS是常规刹车装置基础上的改进型技术，可分机械式和电子式两种。

现代汽车上大量安装防抱死制动系统，ABS既有普通制动系统的制动功能，又能防止车轮锁死，使汽车在制动状态下仍能转向，保证汽车的制动方向稳定性，防止产生侧滑和跑偏，是目前汽车上最先进、制动效果最佳的制动装置。

普通制动系统在湿滑路面上制动，或在紧急制动的时候，车轮容易因制动力超过轮胎与地面的摩擦力而安全抱死。

近年来由于汽车消费者对安全的日益重视，大部分的车都已将ABS列为标准配备。

如果没有ABS，紧急制动通常会造成轮胎抱死，这时，滚动摩擦变成滑动摩擦，制动力大大下降。

而且如果前轮抱死，车辆就失去了转向能力；如果后轮先抱死，车辆容易产生侧滑，使车行方向变得无法控制。

所以，ABS系统通过电子机械的控制，以非常快的速度精密的控制制动液压力的收放，来达到防止车轮抱死，确保轮胎的最大制动力以及制动过程中的转向能力，使车辆在紧急制动时也具有躲避障碍的能力。

据统计，汽车突然遇到情况踩刹车时，百分之九十以上的驾驶者往往会一脚将刹车踏板踩到底来个急刹车，这时候的车子十分容易产生滑移并发生侧滑，即人们俗称的“甩尾”，这是一种非常容易造成车祸的现象。

造成汽车侧滑的原因很多，例如行驶速度，地面状况，轮胎结构等都会造成侧滑，但最根本的原因是汽车在紧急制动时车轮轮胎与地面的滚动摩擦会突然变为滑动摩擦，轮胎的抓地力几乎丧失，此时此刻驾驶者尽管扭动方向盘也会无济于事。

针对这种产生侧滑现象的根本原因，汽车专家就研制出车用ABS这样一套防滑制动装置。

随着世界汽车工业的迅猛发展，安全性日益成为人们选购汽车的重要依据。

目前广泛采用的防抱制动系统（ABS）使人们对安全性要求得以充分的满足。

汽车制动防抱系统，简称为ABS，是提高汽车被动安全性的一个重要装置。

有人说制动防抱系统是汽车安全措施中继安全带之后的又一重大进展。

汽车制动系统是汽车上关系到乘客安全性最重要的二个系统之一。

随着世界汽车工业的迅猛发展，汽车的安全性越来越为人们重视。

汽车制动防抱系统，是提高汽车制动安全性的又一重大进步。

ABS防抱制动系统由汽车微电脑控制，当车辆制动时，它能使车轮保持转动，从而帮助驾驶员控制车辆达到安全的停车。

这种防抱制动系统是用速度传感器检测车轮速度，然后把车轮速度信号传送到微电脑里，微电脑根据输入车轮速度，通过重复地减少或增加在轮子上的制动压力来控制车轮的打滑率，保持车轮转动。

在制动过程中保持车轮转动，不但可保证控制行驶方向的能力，而且，在大部分路面情况下，与抱死车轮相比，能提供更高的制动力量。

1汽车制动控制系统基本原理

1.1轮胎与地面的附着特性

车辆制动距离和制动减速度是由车辆制动力即地面制动力所决定。

取决于地面制动力、制动器制动力及附着力。

当地面制动力Fxb<附着力Fφ时Fxb=Fμ公式1—1

地面制动力Fxb的最大值不能超过附着力。

Fxb≤Fφ

图1.1轮胎与地面附着特性

1.2滑移率

实际制动时道路作用于车轮上的纵向附着力Fφx就等于汽车的制动力。

道路给予汽车转向轮的横向附着力Fφy就是使汽车转向的侧向力。

实验证明，道路的附着系数受车轮结构、材料，道路表面形状、材料有关，不同性质道路其附着系数变化甚大。

滑移率来表示车轮滑动所占的份额。

车轮完全抱死时，滑移率为1，车轮纯滚动，滑移率为0。

此外，由下图可知，汽车制动时的附着系数与制动时滑移率有很大关系。

图1.2滑移率测试地面

附着系数与路面“状态”有关；附着系数随滑移率发生变化前轮抱死，汽车将失去转向能力，后轮抱死，汽车易发生侧滑现象。

1.3车轮抱死的危害

前轴产生侧滑，由于离心力与侧滑方向相反能减小侧滑量，后轴一旦侧滑，离心力与侧滑方向相同，导致侧滑程度不断加剧，以至可能翻车，这是十分危险的运动状态。

目前已经认识到：

制动时，若后轴比前轴先拖滑，就可能发生侧滑；前后轴同时抱死可后轴始终不抱死，则能防止后轴侧滑。

前轮抱死—失去转向能力；后轮抱死—统计表明，后轴侧滑是造成交通事故的主要原因；制动效能下降。

1.4防抱死制动系统的作用与目的

有效防止后轮抱死而导致的侧滑、甩尾等现象，大大提高车辆制动过程的方向稳定性。

防止前轮抱死导致车辆丧失转向能力，提高了汽车躲避前方障碍物的操纵性和弯道制动时的轨迹保持能力。

制动距离比同类车型不带防抱死系统的车辆的制动距离要短。

图1.3滑移率与附着系数之间的关系

2ABS控制系统

2.1ABS基本结构

ABS系统主要由传感器、电子控制装置和执行器三个部分组成。

1）传感器

①车速传感器:

检测车速，给ECU提供车速信号，用于滑移率控制方式。

②轮速传感器

检测车轮速度，给ECU提供轮速信号。

轮速传感器与普通的交流发电机原理相同，永久磁铁产生一定强度的磁场，齿圈在磁场中旋转时，齿圈齿顶和电极之间的间隙以一定的速度发生变化，这样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衰减，在线圈两端产生正比于磁通量增减速度的感应电压。

图2.4轮速传感器

③减速传感器：

检测制动时汽车的减速度，识别是否是冰雪等易滑路面，只用于四轮驱动控制系统

2）执行器

①制动压力调节器

接受ECU的指令，通过电磁阀的动作实现制动系统压力的增加、保持和降低。

ABS系统中的制动压力调节器是ABS的执行机构。

其主要作用是接受来自于ECU的指令，直接或间接地控制制动压力的增、减。

是由电磁阀、液压泵和电动机等组成。

又可分为循环式和可变容积式。

②液压泵

受ECU控制，在可变容积式制动压力调节器的控制油路中建立控制油压；在循环式制动压力调节器调节压力降低的过程中，将由轮缸流出的制动液经蓄能器泵回主缸，以防止ABS工作时制动踏板行程发生变化。

③ABS警告灯

ABS出现故障时，由EUC控制将其点亮，向驾驶员发出报警，并由ECU控制闪烁显示故障代码

ECU

接受车速、轮速、减速等传感器的信号，计算出车速、轮速、滑移率和车轮的减速度、加速度，并将这些信号加以分析、判别、放大，由输出级输出控制指令，控制各种执行器工作。

2.2ABS工作原理

控制装置和ABS警示灯等组成，在不同的ABS系统中，制动压力调节装置的结构形式和工作原理往往不同，电子控制装置的内部结构和控制逻辑也可能ABS通常都由车轮转速传感器、制动压力调节装置、电子不尽相同。

在常见的ABS系统中，每个车轮上各安装一个转速传感器，将有关各车轮转速的信号输入电子控制装置。

电子控制装置根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测和判定，并形成相应的控制指令。

制动压力调节装置主要由调压电磁阀组成，电动泵组成和储液器等组成一个独立的整体，通过制动管路与制动主缸和各制动轮缸相连。

制动压力调节装置受电子控制装置的控制，对各制动轮缸的制动压力进行调节。

ABS的工作过程可以分为常规制动，制动压力保持制动压力减小和制动压力增大等阶段。

在常规制动阶段，ABS并不介入制动压力控制，调压电磁阀总成中的各进液电磁阀均不通电而处于开启状态，各出液电磁阀均不通电而处于关闭状态，电动泵也不通电运转，制动主缸至各制动轮缸的制动管路均处于沟通状态，而各制动轮缸至储液器的制动管路均处于封闭状态，各制动轮缸的制动压力将随制动主缸的输出压力而变化，此时的制动过程与常规制动系统的制动过程完全相同。

在制动过程中，电子控制装置根据车轮转速传感器输入的车轮转速信号判定有车轮趋于抱死时，ABS就进入防抱制动压力调节过程。

例如，电子控制装置判定右前轮趋于抱死时，电子控制装置就使控制右前轮刮动压力的进液电磁阀通电，使右前进液电磁阀转入关闭状态，制动主缸输出的制动液不再进入右前制动轮缸，此时，右前出液电磁阀仍末通电而处于关闭状态，右前制动轮缸中的制动液也不会流出，右前制动轮缸的刮动压力就保持一定，而其它末趋于抱死车轮的制动压力仍会随制动主缸输出压力的增大而增大；如果在右前制动轮缸的制动压力保持一定时，电子控制装置判定右前轮仍然趋于抱死，电子控制装置又使右前出液电磁阀也通电而转入开启状态，右前制动轮缸中的部分制动波就会经过处于开启状态的出液电磁阀流回储液器，使右前制动轮缸的制动压力迅速减小右前轮的抱死趋势将开始消除，随着右前制动轮缸制动压力的减小，右前轮会在汽车惯性力的作用下逐渐加速；当电子控制装置根据车轮转速传感器输入的信号判定右前轮的抱死趋势已经完全消除时，电子控制装置就使右前进液电磁阀和出液电磁阀都断电，使进液电磁阀转入开启状态，使出液电磁阀转入关闭状态，同时也使电动泵通电运转，向制动轮缸泵输送制动液，由制动主缸输出的制动液经电磁阀进入右前制动轮缸，使右前制动轮缸的制动压力迅速增大，右前轮又开抬减速转动。

ABS通过使趋于抱死车轮的制动压力循环往复而将趋于防抱车轮的滑动率控制，在峰值附着系数滑动率的附近范围内，直至汽车速度减小至很低或者制动主缸的常出压力不再使车轮趋于抱死时为止。

制动压力调节循环的频率可达3~20HZ。

在该ABS中对应于每个制动轮缸各有对进液和出液电磁阀，可由电子控制装置分别进行控制，因此，各制动轮缸的制动压力能够被独立地调节，从而使四个车轮都不发生制动抱死现象。

尽管各种ABS的结构形式和工作过程并不完全相同，但都是通过对趋于抱死车轮的制动压力进行自适应循环调节，来防止被控制车轮发生制动抱死。

制动时方向的稳定性，是指汽车制动时仍能按指定的方向的轨迹行驶。

如果因为汽车的紧急制动（尤其是高速行驶时）而使车轮完全抱死，那是非常危险的。

若前轮抱死，将使汽车失去转向能力；若后轮抱死，将会出现甩尾或调头（跑偏、侧滑）尤其在路面湿滑的情况下，对行车安全造成极大的危害。

汽车的制动力取决于制动器的摩擦力，但能使汽车制动减速的制动力，还受地面附着系数的制约。

当制动器产生的制动力增大到一定值时，汽车轮胎将在地面上出现滑移。

其滑移率

　　δ＝（Vt-Va）/Vt×100％公式（2.1）

δ--滑移率；Vt--汽车的理论速度；Va--汽车的实际速度。

据试验证实，当车轮滑移率δ＝15％一20％时附着系数达到最大值，因此，为了取得最佳的制动效果，一定要控制其滑移率在15％～20％范围内。

ABS的功能即在车轮将要抱死时，降低制动力，而当车轮不会抱死时又增加制动力，如此反复动作，使制动效果最佳。

3ABS的控制技术

3.1控制参数的单参数控制方式

汽车上一般采用间接的方法由车轮的角速度和负加速度构造车辆的参考车速在初始制动时，当车轮的负加速度小于-a时，把此时对应的车轮速度当作初始参考速度VRe0，以后以减速度aRe（通常取汽车在一般路面制动时能达到的减速度）计算参考车速。

则车轮的参考滑移率为：

公式（2.1）

图3.1滑移率单参数控制图

在制动刚开始时，采用快速升压，车轮轮速度低于的门限值λ开始减压，至负加速度超过门限值λ内结束。

随后以慢速升压到车轮减速度再次低于门限值λ，似此周期地重复，直至汽车完全制动。

仅以减速度-a作为门限值的逻辑控制，车轮的滑移率变化较大，也不能适应路面附着系数的变化

vR—车轮转动速度，由轮速传感器测得；vF—汽车车速；vRe0—汽车参考车速，可由公式计算；λ—车轮瞬时运动滑移率。

3.2ABS整车控制技术

如前所述，ABS单轮控制技术的本质是把车轮的滑移率控制在附着系数的峰值点。

因此在制动时可保证取得最短的制动距离和转向时和操纵稳定性。

但作为整车，如所有车都采用单轮方式进行独立控制，在非对称路面制动时，会产生偏转力距，使汽车不能保持行驶方向的稳定性。

在当前技术下，最为实用方法就是通过ABS自身的整车布置方式和整车控制技术来满足汽车在不同路面条件下的操纵性和稳定性。

根据轮速传感器的数量和控制通道数，ABS可分为以下几种：

1.四传感器四通道（四轮独立控制方式）

2.四传感器四通道（前轮独立—后轮选择控制方式）

3.四传感器三通道（前轮独立—后轮低选择控制方式）

4.三传感器三通道（前轮独立—后轮低选择控制方式）

5.四传感器二通道（前轮独立控制）

6.四传感器二通道（前轮独立控制—后轮低选择控制方式）

7.一传感器一通道（后轮近似低选择控制方式）

ABS系统中，能够独立进行制动压力调节的制动管路称为控制通道。

四通道ABS：

由于四通道ABS可以最大程度地利用每个车轮的附着力进行制动，因此汽车的制动效能最好。

但在附着系数分离（两侧车轮的附着系数不相等）的路面上制动时，由于同一轴上的制动力不相等，使得汽车产生较大的偏转力矩而产生制动跑偏。

因此，ABS通常不对四个车轮进行独立的制动压力调节。

[3]

三通道ABS：

可采用两前轮独立控制（轮控），按低选方式对后轮施加相等的制动力矩（轴控）。

故称为四传感器三通道系统。

由于三通道ABS对两后轮进行一同控制，对于后轮驱动的汽车可以在变速器或主减速器中只设置一个转速传感器来检测两后轮的平均转速。

　　汽车紧急制动时，会发生很大的轴荷转移，使得前轮的附着力比后轮的附着力大很多（前置前驱动汽车的前轮附着力约占汽车总附着力的70%-80%）。

故可充分利用两前轮的附着力对汽车进行制动，有利于缩短制动距离，并且汽车的方向稳定性却得到很大改善。

双通道ABS：

两前轮可以根据附着条件进行高选和低选转换，两后轮则按低选原则一同控制。

双通道ABS多用于制动管路对角布置的汽车上，两前轮独立控制，制动液通过比例阀（P阀）按一定比例减压后传给对角后轮。

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，因此目前很少被采用。

ABS总体性能与通道数和传感器数目有关，一般而言，传感器和通道数越多，则ABS性能越好。

四传感器四通道ABS系统是最完备的布置方式，由于各个车轮均能任意设定其控制目标，因而可取得最佳效果。

但所有车轮均采用独立控制，则会导致汽车在非对称路面失方向稳定性。

因此，对四传感器四通道ABS系统，必须研究分析整车控制技术，使全部的控制通道在各种路况均能发挥它们的作用，以保证ABS总体性能最佳。

从ABS系统的几种布置形式可以看出，ABS系统通常采用由二路独立的液压回路组成，并布置成前后或对角两种形式。

总结

通过这次写论文让我了解更多ABS系统的知识，特别是控制部分这一块，ABS系统就是要充分利用轮胎和地面的附着系数，使各个制动器产生尽可能大的制动力而不会抱死，提高汽车制动能力，改善了操纵性和稳定性，在写论文时我也查阅了许多的ABS相关知识，它其实和ASR有着同样的作用和原理。

很多都是相关联的，通过查阅书籍，使我的视野更加开阔了，也给即将毕业的我增加了一部分的知识。

参考文献

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[2]卢文博.基于滑移率的液压ABS控制算法研究[J].吉林大学，2011（02）：

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机械工业出版社，2006．76-98.

[5]李书江，张宝玉.谈ABS系统故障特征与警告灯指示[J].汽车与配件，2000（05）：

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