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ABS系统的结构与工作原理.ppt

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ABS 系统 结构 工作 原理
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ABS 系统的结构与工作原理 一、 组成与工作原理 ? 如图所示, ABS 系统主要是在普通制动系 的基础上加装了 轮速传感器、 ABS 电控 单元、制动压力调节装置。 制动时, ABS 电控单元( ECU ) 3 从轮速传感器 1 和 5 上获取车轮的转速信息,经分析处理 后判断是否有车轮处于即将抱死拖滑状态。 如果车轮未处于上述状态,制动压力调节器 2 不工作,制动系统按照普通制动过程工作 ,制动轮缸的压力继续增大,此即 ABS 系统的增压过程。 ? 如果电控单元判断出某一车轮即将抱死拖滑 ,即刻向制动压力调节器发出命令,关闭制 动主缸及相关轮缸的通道,使得该轮缸的压 力不再增加,此即 ABS 系统的保压状态。 若电控单元判断出该车轮仍将要处于抱死拖 滑状态,它将向制动压力调节器发出命令, 打开该轮缸与储液室或储能器的通道,使得 该轮缸的油压降低,此即 ABS 系统的减压 状态。装配 ABS 制动系统的制动就是在高 频地进行增压、保压和减压的往复过程 中完 成的。 ? 制动防抱死系统 (ABS) 都是在制动过程中 ,通过调节轮缸(或制动气室)的制动压 力使作用车轮的制动力矩受到控制,从而 控制车轮的滑移率。 ? 1. ABS 的基本组成 : ? 普通制动器 ,轮速传感器、 ABS 电控单元( ECU ) 、制动压力 调节装置。 ( 见图 2-1) ? 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 . ABS 分类 ? A: 按 制 力 对 动 的控制分 类 ? 机械式 ? 图示为机械柱塞 式 ABS 液压制 动系统。速度传 感器 3 由齿圈 12 和感应器组 成。 子式 电 ? 该制动系统也 称 Bosch 式防 抱死制动系统。 图示为 Bosch 防抱制动系统 图。 ? B: 按制 管路的布置方式分 动 类 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。因 此四通道很少用 . 四传感器四通道(前轮独立、后轮选择)控制方式 如图所示,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。 ? 性能特点:由于四通道 ABS 是根据各车轮轮速传感 器输入的信号,分别对各个车轮进行独立控制的,因 此附着系数利用率高,制动时可以最大程度的利用每 个车轮的最大附着力。四通道控制方式特别适用于汽 车左右两侧车轮附着系数接近的路面,不仅可以获得 良好的方向稳定性和方向控制能力,而且可以得到最 短的制动距离。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 ) ,制动时两个 车轮的地面制动力就相差较大,因此会产生横摆力矩 ,使车 身 向制动力较大的一侧 跑 偏,不能保 持 汽车按 预 定方向行 驶 ,会 影响 汽车的制动方向稳定性。因此 , 驾驶员 在部分结冰或积水等 湿 滑的路面行车时,应 降 低车速,不可 盲 目 迷 信 ABS 装置。 四传感器三通道(前轮独立、后轮选择)控制方式 (双 管路前 后 布 置 ) 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 . 如图所示,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。 四传感器三通道控制方式 (双 管路对 角布 置 ) 三传感器三通道(前轮独立、后轮选择) 控制方式 如图所示,此种控 制方式的操纵性和 稳定性较好,制动 效能稍差。 在对 桑塔纳 2000 进行的 60 km/h 紧急 制动对 比试验 中,有 ABS 的车型 比无 ABS 车型的制动距离只短 1 米 ,但是有 ABS 的车型 始终 都有方向,不会 失去 对方向的控制。 ? 对两前轮进行独立控制,主要 考虑 小 轿 车,特别 是前轮 驱 动的汽车,前轮的制动力在汽车 总 制动 中所 占 的 比例 较大 ( 可 达 70 % 左右 ) ,可以 充 分 利用两前轮的附着力。一方面使汽车获得 尽 可能 大的 总 制动力,利于 缩 短制动距离, 另 一方面可 使制动中两前轮 始终 保 持 较大的横向附着力,使 汽车保 持 良好转向能力。 尽 管两前轮独立控制可 能导致两前轮制动力不 平衡 ,但由于两前轮制动 力不 平衡 对汽车行 驶 方向稳定性 影响 相对较小, 而且可以通过 驾驶员 的转向操纵对由此产生的 影 响 进行 修正 。因此,三通道 ABS 在小 轿 车上 被 普 遍 采用。 四传感器二通道(前轮独立)控制方式 如图所示,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。 ? 性能特点:两后轮按低选原则进行一同控制时,可以 保证汽车在各种条 件下 左右两后轮的制动力相等,即 使两侧车轮的附着系数相差较大,两个车轮的制动力 都 限 制在附着力较小的水 平 ,使两个后轮的制动力 始 终 保 持平衡 ,保证汽车在各种条 件下 制动时都 具 有良 好的方向稳定性。 当然 ,在两后轮按低选原则进行一 同控制时,可能出现附着系数较大的一侧后轮附着力 不能 充 分利用的 问题 ,使汽车的 总 制动力 减 小。但应 该 看 到,在 紧急 制动时,由于发生轴 荷 前 移 ,在汽车 的 总 制动力中,后轮制动力所 占 的 比例减 小, 尤 其是 前轮 驱 动的小 轿 车,前轮的附着力 比 后轮的附着力大 得多,通常后轮制动力只 占总 制动力的 30 % 左右,后 轮附着力未能 充 分利用的 损失 对汽车的 总 制动力 影响 不大。 四传感器 二 通道(前轮独立、后轮低选)控制方式 如图所示,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。 二通道的其它形式 ? 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。 二通道各种形式的分析 ? 图 a 所示的 ABS 系统,是按前后 布 置的 双 管路 制动系统 . 在前、后制动 总 管路中各 设 置一个 制动压力调节分装置,分别对两前轮和两后轮 进行一同控制。其中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。对于后轮 驱 动的汽车可以在两个前轮 和传动系统中各 安 装个轮速传感器 , 当 两前轮 的附着力相差较大时,前轮按高选原则一同控 制, 当 两前轮的附着力相差不大时,两前轮 自 动转入按低选原则控制。 图 d 所示的双通道 ABS 系统中两条制动管路是按对 角布置的,在每个制动管路中各设置一个制动力调节 分装置,在前轮上各安装了一个传感器,左前轮和右 后轮的制动压力以不使左前轮发生制动抱死为原则进 行一同控制,右前轮和左后轮的制动压力以不使右前 轮发生制动抱死为原则进一同控制,为防止后轮在前 轮趋于抱死时发生制动抱死,在后制动管路要设置比 例阀。 ? 当 汽车是前轮 驱 动时 , 如果 紧急 制动时离 合 器 没 有分离 , 发动机的制动力矩就会作出于 前轮 造 成前轮在制动压力较小时就 趋 于抱 死 , 此时系统就 开始 进行防抱死制动控制 , 这时后轮的制动力 还远 未 达 到其附着力的 水 平 , 虽然 前后车轮都不会发生制动抱死 , 汽车的方向性、稳定性和转向操作性都较 好 , 但汽车的制动力 减 小 , 制动距离 明显 增 加 . ? 汽车是后轮 驱 动时 , 将 比例阀 调 整 到汽车 正 常制动 情况下 , 前轮 趋 于抱死时 , 使后轮的 制动力接近其附着力 , 在 紧急 制动时,由 于离 合 器很 难及 时分离,发动机的制动力 矩也会作用于后轮 , 导致后轮发生制动抱死 , 使汽车 丧失 方向稳定性。如果将 阀 调 整 到 在离 合 器 没 有分离的 情况下 进行制动时 , 后 轮也不发生制动抱死 . 那么 在一般的制动 情 况下 , 就使后轮的制动力不 足 , 造 成制动距 离 明显 增大。 ? 图 a.b.c 所示三种 双 通道制动防抱死系统在 两侧车轮处于附着系数分离的路面上 , 进行 紧急 制动时三种 双 通道系统的两前轮都将 按高选原则一同控制 , 此时两前轮的制动力 就会相差很大。为了保 持 汽车的行 驶 方向 驾驶员 会通过转动方向 金 使前轮发生偏转 以来用转向车轮产生的横向力与不 平衡 的 制动力相 抗衡 保 持 汽车行 驶 方向的稳定如 下 图 a 所示。 图 b 所示的 ABS 系统与图 a 所示的 ABS 系统的管 路布置设置相同,只是在每个车轮上安装了一个轮速 传感器。对两前轮按高选原则一同控制,对两后轮按 低选原则一同控制。 图 C 所示的双通道 ABS 系统是在前、后制动总管路中 各设置了一个制动压力调节分装置,但只在右前车轮 和左后车轮上各设置了一个传感器,对两前轮以不使 右前轮发生制动抱死为原则进行一同控制;对两后轮 以不使左后轮发生制动抱死为原则进行一同控制。当 右前轮处于低附着系数路面上 , 而左前轮处于高附着 系数路面时 , 两前轮将按低选原则一同控制。尽管这 可以保证汽车的行驶方向稳定性但汽车的制动力会明 显减小,制动距离会显着增大。 ? 但是,在两前轮从附着系数分离路面 驶 入附 着系数 均匀 路面的 瞬间 ,以前轮处于低附着 系数路面而抱死的前轮的制动力会因附着力 突然 增大而 迅 速增大,两前轮的制动力会很 快达 到 平衡 。由于 驾驶员无法 在该 瞬间 将转 向车轮 回正 ,转向轮 仍存 在的横向力将会使 汽车 朝 着转向车轮偏转的方向行 驶 ,如图 b 所示,这在高速行 驶 时是一种 无法 控制的 危 险 状态。 ? 两前轮独立控制的制动防抱死系统在前 后车轮 均 处于附着系数分离路面上的状态与上述 两前轮按高选原则一同控制的制动防抱死系统在 相同路面条 件下 的状态基本相同 , 但两前轮独立 控制的系统 当 前轮从附着系数分离路面 驶 入附着 系数 均匀 路面时 , 以前处于低附着系数路面前轮 的制动力会因制动压力 逐渐 增大而 逐渐 增大到与 一 直 处于高附着系数路面前轮的制动力水 平 . 在 制动力 逐渐 增大的过程中, 驾驶员 有 充足 的时 间 将转向车轮 回正 使汽车的行 驶 方向得到控制。 下 图所示的是两前轮按高选原则一同控制和两前轮 独立控制 情况下 前轮从附着系数分离路面 驶 入附 着系数 均匀 路面时两前轮制动力 随 时 间 的 变化关 系 . 一传感器一通道控制系统 如图所示,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 。 ? 性能特点:单通道 ABS 一般都是对两后轮 按低选原则进行一同控制。单通道 ABS 不 能使两后轮的附着力得到 充 分利用,因此 制动距离不一定会 明显缩 短。 另外 前轮制 动未进行控制,制动时前轮 仍 会出现制动 抱死,因而转向操纵能力也未得到 改善 , 但由于制动时两后轮不会抱死,能够 显着 的 提 高制动时的方向稳定性,在 安全 上是 一大 优 点,同时结构 简 单,成本低等 优 点 ,所以在 轻 型 载货 车上 广泛 应用。 ? 综 上所述, ABS 装置 虽然具 有 缩 短制动距离、 保 持 车轮最 佳 制动效果、保 持 制动方向稳定性 和可操纵性的特点,但是不同类型的 ABS 装置 在 紧急 制动中产生的效果却 并 不相同,所以不 应 被 过分的 宣 传所 误 导,应该了 解 到 ABS 系 统只是一个 辅助安全驾驶 的 设备 , 并 不是 万 能 的。 另外 ,不同类型的 ABS 装置由于组成结构 等原因, 价格 也相差较大,所以选 购 汽车时不 能只 看 到 价格 高低, 还 应 看 到装用的是 那 种类 型的 ABS 装置。 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 整体 式 ABS--- 压力调节器和制动主 缸为一个 总 成
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