1、发展论汽车防滑控制系统的应用与发展【关键字】发展安 徽 农 业 大 学毕 业 论 文课 题 名 称:论汽车防滑控制系统的应用与发展院、 专 业: 安徽农业大学职业技术学院、汽车检测与维修设计人姓名: 张章指 导 老 师: 胡伟论汽车防滑控制系统的应用与发展 摘要 近几年来，随着道路的加宽和车辆行驶密度的增加。汽车行驶安全问题越来越受到社会各界人士的高度关注。与此同时一些有关提高汽车行驶安全的措施也被提出。汽车防滑控制系统（ABS、ASR）就是在这种潮流中应运而生，并得到了很好的发展和很好的应用。本文就是基于此种原因展开了对防滑控制系统的讨论。本文分别从防滑控制系统的基本概念、基本工作理论、控制
2、原理、重要组成部件的结构和工作原理、以及防滑控制系统在国内外的发展情况和发展趋势等方面对防滑控制系统进行了简单的阐述。向大家说明了防滑控制系统在汽车安全方面所起到的重要作用。希望能对大家的行车安全有所帮助。 关键词：防滑控制系统、ABS、ASR、汽车、安全、理论、Abstract In the last few years, along with path broaden and vehicles travel density increase.The automobile travel security problem more and more receives the social pe
3、ople from all walks of lifes high attention.At the same time some related enhance the automobile travel security the measure also to propose.The automobile skid prevention control system (ABS, ASR) are arise at the historic moment in this kind of tidal current, and obtained the very good development
4、 and the very good application.This article has launched based on this kind of reason to the skid prevention control system discussion.This article separately from the skid prevention control system basic concept, the basic work theory, the control principle, importantly composed the part the struct
5、ure and the principle of work, as well as the skid prevention control system in domestic and foreign aspects and so on development situation and trend of development has carried on the simple elaboration to the skid prevention control system.Explained to everybody the skid prevention control system
6、the vital role which plays in the auto safety aspect.The hope can have the help to everybody traffic safety. Key word: Skid prevention control system, ABS, ASR, automobile, security, theory, 目录 第一章：概述.第二章：防滑控制系统的基本结构.4 第三章：防滑控制系统的工作原理.6第四章：防滑控制系统的控制原理.12第五章：防滑控制系统的应用.14第六章：防滑控制系统的发展19结论：.24 致谢：.25 参
7、考文献：.26第一章 概述1、1防滑控制系统的简介 随着时代的发展社会的进步，汽车工业得到了飞速的发展。汽车不仅从它的外观、舒适度、动力性、速度等方面有了很大的进步。同时汽车安全也得到了发展。那么汽车防滑控制系统就是在这种发展潮流中应运而生，并得到了很快的发展和在汽车上很好应用。 汽车防滑控制系统最初只是在制动过程中防止车轮被制动抱死，避免车轮在道路上做纯碎的滑移，提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵能力，缩短制动距离。随着对汽车安全性能的不断提高，防滑控制系统也得到了进一步的发展。不仅仅能在刹车过程中防止车轮抱死而且能够在驱动过程中（特别是起步、加速、转弯等过程中）防止驱动车轮发生滑转
8、。从而进一步提高汽车驱动过程中的方向稳定性，转向操纵能力和加速性能。纵观防滑控制系统的发展历程大体可以分为四个阶段：第一阶段重点在于解决控制方面的技术难题。第二阶段则侧重于提高系统的安全性和可靠性。第三阶段更注重于降低成本，以达到防滑控制系统在汽车上日益普及的目的。第四阶段以追求高的效能成本比为目的。1、2防滑控制系统的基本知识1、2、1防滑控制系统的概念防滑控制系统包括两方面的内容：1、制动防抱死系统-ABS；2、驱动防滑控制系统-ASR；ABS是汽车制动防抱死系统的饿英文缩写，全称是Anti-Lock Brack System其目的是防止汽车制动时车轮被抱死，在路面上做纯碎的滑移。ASR是
9、汽车驱动防滑控制系统的英文缩写，全称是Acceleration Slip Regulation 起目的是防止车轮在驱动过程中做纯碎的滑转。1、2、2车轮滑动率在汽车的实际行驶过程中，车轮在路面上的纵向运动可以分为两种运动形式-滑动和滚动。车轮相对于路面的滑动又可以区分为滑移和滑转两种形式。引入车轮滑动率的概念可以表征在车轮纵向运动中滑动成分所占的比例。汽车在行驶过程中存在两种速度：1、车速（车轮中心的纵向速度），2、轮速（车轮圆周速度）。当两者相同时车轮在路面上做纯滚动，当两者不同时则发生滑动。汽车在制动过程中，车轮可能相对于路面做滑移。滑移成分在车轮中心纵向速度中所占的比例可以有滑移率S1来
10、表征即 S1=(vwr)/v100% （公式一）式中S1车轮滑移率； V车轮速度（车轮中心纵向速度m/s） W车轮转动角速度（rad/s）； r车轮半径（m）a、当v=wr时 滑移率S1=0 车轮做纯滚动（最佳）b、当wr=0时 滑移率S1=100% 车轮被抱死，做纯滑动（应防止）c、当wr时滑移率0S1100% 车轮边滚边滑，行驶中既滚动又滑动汽车在驱动时，驱动车轮可能相对于路面发生滑转。滑转成分在车轮中心纵向速度中所占的比例可以由滑转率S2来表征即 S2=(wrv)/wr100% （公式二） 式中S2车轮滑转率； V车轮速度（车轮中心纵向速度m/s） W车轮转动角速度（rad/s）； r车
11、轮半径（m）a、当v=wr时 滑转率S2=0 车轮做纯滚动（最佳）b、当v=0时 滑转率S2=100% 车轮在路面上做纯滑转（应防止） c、当vwr时 滑转率0S2100% 车轮边滚边滑转，行驶中既滚动又滑动1、2、3附着系数与滑动率S的关系车轮滑动率的大小对车轮与地面附着系数有很大的影响。下面给出了在不同路面上弹性轮胎与路面间的附着系数和滑动率S的一般性关系滑动率与纵向附着系数的关系由下图可以看出：（1）附着系数随路面的不同而呈大幅度的变化；（2）在各种路面上， S=20%左右时，附着系数达到峰值；（3）上述趋势无论制动还是驱动几乎一样。（4）汽车滑转率与附着系数的关系和滑移率与附着系数的关
12、系基本相同。但是滑转率所指的只是针对驱动轮胎。对其他的非驱动轮胎不适用。（5）图中制动时的滑转率就是滑移率。图 1-1（附着系数与滑动率的关系）1、2、5防滑控制系统对汽车行驶性能的影响由于汽车防滑控制系统能够使被控制的车辆在制动和驱动、加速等过程中，获得较大的横向作用力和纵向作用力，从而大大改善了汽车的行驶性能。1、提高汽车行驶的方向稳定性；2、保持汽车的转向操纵能力；3、缩短汽车懂得制动距离；4、提高汽车的加速性能和爬坡能力。 第二章：防滑控制系统的基本结构通过上述的简单了解，我们知道防滑控制系统包括ABS、ASR两方面内容。防滑控制系统在汽车安全方面是不可或缺的。它的存在可以让驾驶员放心
13、的驾驶。无论在制动或启动时都不必过渡紧张。对行车安全是一个很大的保障。那么防滑控制系统到底有那几部分组成的呢？下面让我们简单了解一下。2、1 、1 ABS的基本组成ABS通常都由车轮转速传感器、制动压力调节装置、电子控制单元和ABS指示灯等组成。（图21）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不尽相同。1车轮转速传感器 为了检测车轮的转速，在前后左右各车轮上都安装一个轮速传感器。这种布置方法被称为传感器布置方式。 在前轮驱动汽车上，可使用3传感器方式，即在前差速器前部安装一个车轮转传感器，然后在左右后轮各安装一个车轮转速传感器
14、。 齿轮脉冲信号发生器装在车轮上，齿轮脉冲信号发生器产生的脉冲数和车轮的转速成正比。 以上传感器信号都输往电子控制装置。 2、制动压力调节装置 一般汽车的制动系统分为三个独立的液压系统，即左前轮、右前轮和左右后轮。制动压力调节装置按照电子控制装置中电脑的指令，通过增压、保持油压、调压来调节上述三个系统4个车轮的制动油压。 制动压力调节装置附有专用的电动泵，如果需要提高油压，驱动电动机提高油压。 3、电子控制装置 基于各车轮传感器送来的信号，利用电子控制装置的电脑，按预先确定好的判断程序计算各车轮的制动力。根据计算结果，如果需要加大制动力，就打开进油电磁阀，如果需要解除制动就打开泄油电磁阀。图
15、21（ABS的基本组成）2、1、2 ABS的分类 按机械式、电子式分类,两者有以下不同 1、电子式ABS是根据不同的车型所设计的，它的安装需要专业的技术，如果换装至另一辆车就必须改变它的线路设计和电瓶容量，没有通用性；机械式ABS的通用性强，只要是液压刹车装置的车辆都可使用，可以从一辆车换装到另一辆车上，而且安装只要30分钟。2、电子式ABS的体积大，而成品车不一定有足够的空间安装电子ABS，相比之下，机械式的ABS的体积较小，占用空间少。 3、机械式ABS是在车轮锁死的刹那开始作用，每秒钟作用612次；电子式ABS在踩刹车时就开始工作，根据不同的车速，每秒钟可作用60120次。 4、电子式A
16、BS的成本较高，相比之下，使用机械式ABS要经济实用些。按控制通道分类,有以下几种: 四通道式、特点：附着系数利用率高，制动时可以最大程度的利用每个车轮的最大附着力。但是如果汽车左右两个车轮的附着系数相差较大(如路面部分积水或结冰)，会影响汽车的制动方向稳定性。广州本田即是使用四通道ABS装置。 三通道式、特点：汽车在各种条件下制动时都具有良好的方向稳定性。三通道ABS在小轿车上被普遍采用。二通道式、特点：二通道式ABS难以在方向稳定性、转向控制性和制动效能各方面得到兼顾，目前采用很少一通道式、特点：结构简单，成本低等，在轻型载货车上广泛应用。另外ABS 按照传感器可以分为：四传感器（4S）、
17、三传感器（3S）、两传感器（2S）和单传感器（1S）等几种系统，这里就不做重点介绍。2、2 、1 ASR的基本组成 ECU：ASR电控单元 执行器：制动压力调节器 节气门驱动装置 传感器：车轮轮速传感器 节气门开度传感器图22（ASR的基本组成）2、2、2 ASR的传感器1车轮轮速传感器：与ABS系统共享。2节气门开度传感器：与发动机电控系统共享。3ASR选择开关：ASR专用的信号输入装置。ASR选择开关关闭时ASR不起作用。2、2、3 ASR的电控单元（ECU） 1、ASR的ECU也是以微处理器为核心，配以输入输出电路及电源等组成。2、ASR与ABS的一些信号输入和处理是相同的，为减少电子器
18、件的应用数量，ASR控制器与ABS电控单元常组合在一起。2、2、4 ASR的执行机构1、单独方式的制动压力调节装置与ABS制动压力调节装置在结构上各自独立2、组合方式的ASR制动压力调节器ABS/ASR组合压力调节器2、3 ABS与ASR的比较1、ASR和ABS都是控制车轮和路面的滑移率，以使车轮与地面的附着力不下降，因此两系统采用的是相同的技术，它们密切相关，常结合在一起使用，共享许多电子组件和共同的系统部件来控制车轮的运动，构成行驶安全系统。ASR系统与ABS系统的不同主要在于：（1）ABS系统是防止制动时车轮抱死滑移，提高制动效果，确保制动安全；ASR系统（TRC）则是防止驱动车轮原地不
19、动而不停的滑转，提高汽车起步、加速及滑溜路面行驶时的牵引力，确保行驶稳定性。（2）ABS系统对所有车轮起作用，控制其滑移率；而ASR系统只对驱动车轮起制动控制作用。（3）ABS是在制动时，车轮出现抱死情况下起控制作用，在车速很低（小于8km/h）时不起作用；而ASR系统则是在整个行驶过程中都工作，在车轮出现滑转时起作用，当车速很高（80120 km/h）时不起作用。第三章 防滑控制系统的工作原理 通过对上一章的简单了解，我们对防滑控制系统（ABS/ASR）的基本结构有了初步的认识。那么防滑控制系统的各个组成单元有是怎样相互配合工作的呢？下面让我们简单了解一下防滑控制系统的工作原理。3、1 AB
20、S的工作原理在常见的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
21、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
22、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
23、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320HZ。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
24、进行自适应循环调节，来防止被控制车轮发生制动抱死。3、2 ASR的工作原理ASR的工作原理与ABS的工作原理有很大的相似之处，其基本工作原理是基本相同的。车速传感器将行驶汽车驱动车轮转速及非驱动车轮转速转变为电信号，输送给电控单元ECU。ECU根据车速传感器的信号计算驱动车轮的滑移率，若滑移率超限，控制器再综合考虑节气门开度信号、发动机转速信号、转向信号等因素确定控制方式，输出控制信号，使相应的执行器动作，使驱动车轮的滑移率控制在目标范围之内。3、3、1 车轮转速传感器轮速传感器的功用是检测车轮的速度，并将速度信号输入ABS/ASR的电控单元（ECU）。目前，用于ABS/ASR系统的速度的速度
25、传感器主要有电磁式和霍尔式两种（1）电磁式转速传感器结构传感头的结构如下图（31）所示，它由永磁体2、极轴5和感应线圈4等组成,极轴头部结构有凿式和柱式两种。 1、电缆 2、永磁铁 3、外壳 4、感应线圈 5、极轴 6、齿圈图31（电磁式传感头结构）齿圈6旋转时，齿顶和齿隙交替对向极轴。在齿圈旋转过程中，感应线圈内部的磁通量交替变化从而产生感应电动势，此信号通过感应线圈末端的电缆1输入ABS/ASR的电控单元。当齿圈的转速发生变化时，感应电动势的频率也变化。ABS/ASR电控单元通过检测感应电动势的频率来检测车轮转速。 电磁式轮速传感器结构简单、成本低，但存在下述缺点：一是其输出信号的幅值随转
26、速的变化而变化。若车速过慢，其输出信号低于1V，电控单元就无法检测；二是响应频率不高。当转速过高时，传感器的频率响应跟不上；三是抗电磁波干扰能力差。目前，国内外ABS系统的控制速度范围一般为15160km/h，今后要求控制速度范围扩大到8260km/h以至更大，显然电磁感应式轮速传感器很难适应。（2）霍尔轮速传感器 霍尔轮速传感器也是由传感头和齿圈组成。传感头由永磁体，霍尔元件和电子电路等组成，永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，如下图所示。 1、磁铁 2、霍尔元件 3、齿圈 图32（霍尔式传感头结构）当齿轮位于图中(a)所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱；而当齿轮位于图中(b
27、)所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。齿轮转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个毫伏(mV)级的准正弦波电压。此信号还需由电子电路转换成标准的脉冲电压。 霍尔轮速传感器具有以下优点：其一是输出信号电压幅值不受转速的影响。；其二是频率响应高。其响应频率高达20kHz，相当于车速为1000km/h时所检测的信号频率；其三是抗电磁波干扰能力强。因此，霍尔传感器不仅广泛应用于ABS/ASR轮速检测，也广泛应用于其控制系统的转速检测。3、3、2 制动压力调节装置 制动压力调节器串接在制动主缸与轮缸之间，通过电磁阀直接或间接地控制轮缸的制动
28、压力。通常，把电磁阀直接控制轮缸制动压力的制动压力调节器称作循环式调节器，把间接控制制动压力的制动压力调节器称作可变容积式调节器。 循环式制动压力调节器 此种形式的制动压力调节器是在制动总缸与轮缸之间串联一电磁阀，直接控制轮缸的制动压力。这种压力调节系统的特点是制动压力油路和ABS控制压力油路相通。 该系统的工作原理如下： (1)常规制动 常规制动过程中，ABS系统不工作。电磁线圈中无电流通过，电磁阀处于“升压”位置，此时制动主缸与轮缸直通，由制动主缸来的制动液直接进入轮缸，轮缸压力随主缸压力而增减。此时回油泵也不需工作。 (2）保压过程 当轮速传感器发出抱死危险信号时，ECU向电磁线圈通入一
29、个较小的保持电流(约为最大电流的1/2)时，电磁阀处于“保压”位置。此时主缸、轮缸和回油孔相互隔离密封，轮缸中的制动压力保持一定。 图33（3）减压过程 如果在“保持压力”命令发出后，仍有车轮抱死信号，ECU即向电磁线圈通入一个最大电流，电磁阀处于“减压”位置，此时电磁阀将轮缸与回油通道或储液室接通，轮缸中制动液经电磁阀流入储液室，轮缸压力下降。 图34（4）增压过程 当压力下降后车轮加速太快时，ECU便切断通往电磁阀的电流，主缸和轮缸再次相通，主缸中的高压制动液再次进入轮缸，使制动压力增加。图353、3、3电子控制装置（ECU）防滑控制系统的电子控制装置（ECU）是以微处理器为控制核心，配有
30、输入和输出电路及电源组成。ASR与ABS的一些信号输入和处理是相同的，为减少电子器件的应用数量，ASR控制器与ABS电控单元常组合在一起。ECU由以下几个电路组成：1、车速传感器的输入放大电路。安装在各车轮上的车速传感器根据轮速输出交流信号，输入放大电路将交流信号放大成矩形波并整形后送往运算电路。2、运算电路。 运算电路主要运行车轮线速度、初始速度、滑移率、加减速度的运算，以及电磁阀的开启控制运算和监控运算。3、电磁阀控制电路。接受来自运算电路的减压、保持和增压信号，控制电磁阀的电流。4、稳压电源、电源监控系统故障反馈电路和继电器驱动电路。在蓄电池供给ECU内部所用5V稳压电压的同时，上述电路监控着12V和5V电压是否在规定范围内，并对轮速传感器输入放大电路、运算电路和电磁阀控制电路的故障信号进行监视，控制着继动电动机和继动阀门。出现故障信号时，关闭继动阀门，停止ABS工作，返回常规制动状态，同时仪表盘上的ABS警报灯变亮，让驾驶员知道有异常情况发生。 ECU的工作原理：ECU是ABS系统的控制中心，它的本质是微型数字计算机，一般是由两个微处理器和其它必要电路组
