第四章底盤電子控制系統(tǒng)

第四章底盤電子控制系統(tǒng)第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.1汽車防抱死制動系統(tǒng)

汽車防抱死制動系統(tǒng)（Anti-lockBrakingSystem，簡稱ABS）是在傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用電子控制技術(shù)，在制動時防止車輪抱死的一種機電一體化的汽車主動安全控制系統(tǒng)。

汽車防抱死制動系統(tǒng)電子控制單元電磁閥或稱壓力調(diào)節(jié)器輪速傳感器定義汽車防抱制動控制系統(tǒng)的作用在車輛緊急制動時，駕駛員腳踩制動踏板的制動壓力過大時，通過輪速傳感器，電子控制單元ECU可以檢測到車輪有抱死的傾向，此時電子控制單元ECU控制電磁閥動作以減小制動壓力。當車輪輪速恢復(fù)并且輪胎與地面摩擦力有減小趨勢時，電控單元控制電磁閥增加制動壓力。這樣能夠使車輪一直處于最佳的制動狀態(tài)，最有效地利用地面附著力，得到最佳的制動距離和制動穩(wěn)定性。第四章底盤電子控制系統(tǒng)最早的汽車制動防抱死系統(tǒng)ABS專利是英國在1932年發(fā)布的專利382241，防抱死系統(tǒng)的實際應(yīng)用被認為始于1943年，首先是用于鐵路上，美國的西屋公司開始批量生產(chǎn)用于火車上的防抱死制動系統(tǒng)。而飛機發(fā)展的需要進一步推動了ABS的發(fā)展。至上世紀40年代末50年代初，ABS系統(tǒng)已廣泛地應(yīng)用于飛機上。1951年Goodyear航空公司將ABS系統(tǒng)裝于載重車；1954年福特汽車公司在林肯牌轎車上裝用法國航空公司的ABS裝置。60年代開始應(yīng)用電磁傳感器探測車輪輪速，控制部分主要是機械式的，系統(tǒng)相對簡單，只有在特定的車輛參數(shù)和工況下防抱死效果顯著；70年代電子技術(shù)有了很大的發(fā)展。70年代初期ABS系統(tǒng)的制造廠家采用分離元件的電子線路，控制器體積較大，有多達上千個元件，并且可靠性較差，難于實用化。在70年代中期，由于大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，ABS控制器由上千個元件減少到幾百個元件，大大縮小了控制器的體積，并增強了可靠性。但控制功能的實現(xiàn)是靠硬件構(gòu)成的邏輯電路，這決定了控制器不可能實現(xiàn)復(fù)雜的控制邏輯。1978年ABS系統(tǒng)有了突破性的發(fā)展。德國BOSCH公司與奔馳公司合作研制出三通道車輪帶有數(shù)字式控制器的ABS系統(tǒng)，并批量裝備于奔馳轎車上。由于微處理器的引入，使ABS系統(tǒng)開始具有了智能。從而奠定了現(xiàn)代ABS的基礎(chǔ)和基本模式，80年代以后，ABS在技術(shù)上得到了很大的發(fā)展，許多汽車零部件公司紛紛開始生產(chǎn)ABS產(chǎn)品，汽車新車的ABS裝車率在美國等西方發(fā)達國家已超過90%以上。汽車防抱制動系統(tǒng)的發(fā)展歷程4.1

汽車防抱死制動系統(tǒng)第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.1

汽車防抱死制動系統(tǒng)汽車防抱死制動系統(tǒng)的工作原理車輪滑移率的定義Vf—參考車速

--車輪轉(zhuǎn)速R—車輪滾動半徑第四章底盤電子控制系統(tǒng)汽車制動防抱死系統(tǒng)的配置型式主要有單通道、二通道、三通道、四通道和多通道幾種配置形式。目前最常用的是四通道的制動防抱死系統(tǒng)。MK20IABS控制單元

BOSCH5.3ABS控制單元

4.1

汽車防抱死制動系統(tǒng)第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.1

汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS系統(tǒng)的感官—輪速傳感器電磁感應(yīng)式輪速傳感器無源第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.1汽車防抱死制動系統(tǒng)霍爾式輪速傳感器有源第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.1汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS壓力調(diào)節(jié)器的工作原理增壓階段減壓階段保壓階段小步長增壓階段控制階段第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.1汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS系統(tǒng)的控制核心—電子控制單元ECU第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.1汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS系統(tǒng)電子控制單元控制策略—邏輯門限控制法高附著系數(shù)路面上的制動控制邏輯第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.1汽車防抱死制動系統(tǒng)低附著系數(shù)路面上的制動控制邏輯第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.2汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)

汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)(Anti-SlipRegulation，簡稱ASR)或稱牽引力控制系統(tǒng)(TractionControlSystem，簡稱TCS)是為了保證汽車在低附著路面上起步、加速、拐彎行駛的穩(wěn)定性，提高汽車加速性能的主動安全裝置。

定義汽車驅(qū)動防滑的控制方式調(diào)節(jié)發(fā)動機的輸出扭矩：調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度、點火參數(shù)或供油參數(shù)；驅(qū)動車輪制動控制：由于長時間制動很容易發(fā)熱，一般多用于低速工況；第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.2汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)

有的汽車在差速器上安裝可控差速鎖，稱為電子差速鎖(ElectronicDifferentialSystem，簡稱EDS)

對可變鎖止差速器進行控制調(diào)整離合器的分離程度和傳動系傳動比第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.2汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)各種防滑控制方法性能比較第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.2汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)為了結(jié)構(gòu)簡單降低成本，ASR一般與ABS系統(tǒng)集成在一起。ASR主要由驅(qū)動輪制動控制部分、發(fā)動機驅(qū)動扭矩控制部分所組成。

ASR的組成第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.2汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)豐田公司的TRAC（tractioncontrolsystem，簡稱TRAC）系統(tǒng)組成第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.2汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)德國Teves公司MK60

ABS/ASR控制單元第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.2汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)ASR的工作原理車輪滑轉(zhuǎn)率的定義Vf—參考車速

--車輪轉(zhuǎn)速R—車輪滾動半徑第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.2汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)汽車驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)道路試驗不帶ASR功能的道路試驗情況帶ASR功能的道路試驗情況第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.3

汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)基本原理輪胎受力工況分析車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器橫擺角速度傳感器液壓調(diào)節(jié)單元電子控制單元第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.4汽車轉(zhuǎn)向電子控制系統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本要求良好的操縱性合適的轉(zhuǎn)向力特性與位置感具有回正功能適當?shù)穆访娣答伭抗ぷ骺煽抗?jié)省能源安靜、噪聲小汽車電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類電子可變量孔助力轉(zhuǎn)向旁通式助力轉(zhuǎn)向反力式助力轉(zhuǎn)向電磁式助力轉(zhuǎn)向電動液壓助力轉(zhuǎn)向電動助力轉(zhuǎn)向第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.4汽車轉(zhuǎn)向電子控制系統(tǒng)電子可變量孔助力轉(zhuǎn)向電子可變量孔助力轉(zhuǎn)向的組成第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.4汽車轉(zhuǎn)向電子控制系統(tǒng)電子可變量孔助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理助力轉(zhuǎn)向泵的來油經(jīng)過由針閥控制的量孔流向高壓管路，當電磁線圈控制銜鐵帶動針閥的移動來改變量孔的面積，從而改變進入高壓管路的流量。當車速低于16Km/h，轉(zhuǎn)向盤角速度大于90°/s時，系統(tǒng)提供滿負荷助力，大約提供給電磁線圈30mA電流；當車速大于40Km/h，轉(zhuǎn)向盤角速度小于90°/s時，系統(tǒng)將減少轉(zhuǎn)向助力，提供給電磁線圈300mA電流；當車速大于132Km/h時，提供給電磁線圈的電流約為590mA，進一步減小助力。第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.4汽車轉(zhuǎn)向電子控制系統(tǒng)電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)前面幾種助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油泵都是由發(fā)動機直接驅(qū)動，發(fā)動機在轉(zhuǎn)向時和不轉(zhuǎn)向時都要消耗功率來驅(qū)動油泵。而電動液壓助力轉(zhuǎn)向(ElectronicPoweredHydraulicSteering，簡稱EPHS)系統(tǒng)是利用電機直接驅(qū)動液壓轉(zhuǎn)向油泵，當不轉(zhuǎn)向時，電機不工作，不消耗功率，因此能降低油耗。第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.4汽車轉(zhuǎn)向電子控制系統(tǒng)EPHS的工作原理EPHS轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力控制是通過控制電機的轉(zhuǎn)速對轉(zhuǎn)向油泵的供油量進行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)向助力，當車速高時，降低驅(qū)動電壓，減小助力，車速低時，升高驅(qū)動電壓，增加助力。第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.4汽車轉(zhuǎn)向電子控制系統(tǒng)EPHS的控制流程第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.4汽車轉(zhuǎn)向電子控制系統(tǒng)電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)傳統(tǒng)的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般采用液壓式轉(zhuǎn)向，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功率消耗大，容易產(chǎn)生泄漏，轉(zhuǎn)向助力不易有效控制。隨著電機控制技術(shù)的發(fā)展，電動助力轉(zhuǎn)向(ElectronicPoweredSteering，簡稱EPS)有取代傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的趨勢。電動助力轉(zhuǎn)向EPS的特點能夠?qū)崿F(xiàn)精確轉(zhuǎn)向助力，能在汽車轉(zhuǎn)向過程中，根據(jù)不同車速、方向盤轉(zhuǎn)動的快慢，準確提供各種工況下的最佳轉(zhuǎn)向助力。提高車輛高速行駛時的操縱穩(wěn)定性；相對液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)而言，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，取消了油泵、皮帶和皮帶輪液壓管路等元件，結(jié)構(gòu)更加緊湊，安裝、維修方便；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只在轉(zhuǎn)向時由電機驅(qū)動，不轉(zhuǎn)向時不消耗功率，能降低油耗。第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.4汽車轉(zhuǎn)向電子控制系統(tǒng)電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS的基本結(jié)構(gòu)和工作原理第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.5汽車懸架電子控制系統(tǒng)概述懸架系統(tǒng)主要由彈簧、減振器和橫向穩(wěn)定桿組成。對于傳統(tǒng)的懸架，這些元件的特性參數(shù)在設(shè)計選定后就無法改變，稱為被動懸架。而汽車在行駛過程中，載荷、路況和行駛狀態(tài)有較大變化，平順性和操縱穩(wěn)定性對懸架會有不同的要求。被動懸架無法滿足這些在特定工況下對懸架系統(tǒng)的不同要求。20世紀60年代以來國外開始研究采用液壓機構(gòu)作為主動力發(fā)生器。它根據(jù)傳感器測量汽車運動狀態(tài)信號，控制系統(tǒng)經(jīng)分析判斷，給力發(fā)生器發(fā)出指令產(chǎn)生主動控制力滿足不同工況下對懸架系統(tǒng)特性參數(shù)調(diào)節(jié)特殊要求。稱為主動懸架。由于主動懸架結(jié)構(gòu)控制復(fù)雜、能耗高，70年代開始推出半主動懸架，它主要是通過控制閥調(diào)節(jié)減振器的阻尼力，能耗很小，結(jié)構(gòu)比主動懸架相對簡單。90年代以來可以進行懸架剛度、阻尼力有級調(diào)節(jié)和車身高度調(diào)節(jié)的半主動懸架在高檔轎車上應(yīng)用范圍不斷擴大，阻尼力能在10~12ms反應(yīng)道路和行駛狀態(tài)，進入21世紀這個反應(yīng)時間已能進一步縮短，逐步能做到實時動態(tài)調(diào)節(jié)。近年來主動、半主動側(cè)傾控制系統(tǒng)在某些車型開始得到應(yīng)用。第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.5汽車懸架電子控制系統(tǒng)彈簧剛度和減振器阻尼力綜合控制空氣懸架空氣懸架是用充満一定體積壓縮空氣的氣室代替?zhèn)鹘y(tǒng)的螺旋彈簧的一種懸架系統(tǒng)，空氣彈簧通過主氣室與副氣室間的空氣開關(guān)閥改變氣室的有效容積，實現(xiàn)彈簧剛度的調(diào)節(jié)。豐田凌志轎車電控空氣懸架EMAS。第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.5汽車懸架電子控制系統(tǒng)電控空氣懸架的控制執(zhí)行器空氣懸架控制執(zhí)行器裝在每個空氣彈簧頂部，它通過一對齒輪同時驅(qū)動減振器的轉(zhuǎn)閥和空氣彈簧空氣閥控制桿，改變減振器的阻尼力和空氣彈簧的剛度。執(zhí)行器由電磁裝置驅(qū)動，電磁鐵包括四個定子鐵芯和兩對定子線圈。ECU控制每個定子線圈的電流，將定子鐵芯極性從N改變?yōu)镾，或從S改變?yōu)镹，或為非極性，定子線圈產(chǎn)生電磁力驅(qū)動空氣閥控制桿的永磁鐵轉(zhuǎn)動。減振器和空氣彈簧的阻尼和剛度就會發(fā)生改變。第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.5汽車懸架電子控制系統(tǒng)空氣閥控制桿的電磁驅(qū)動裝置第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.5汽車懸架電子控制系統(tǒng)可調(diào)阻尼減振器第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.5汽車懸架電子控制系統(tǒng)可調(diào)剛度的空氣彈簧可調(diào)剛度的空氣彈簧由主氣室和副氣室組成，它們之間的空氣通道由懸架控制執(zhí)行器通過空氣閥控制桿轉(zhuǎn)動的空氣閥來打開或關(guān)閉?？諝忾y打開時，主副氣室同時工作，氣室有效容積增大，懸架彈簧剛度為“軟”，空氣閥關(guān)閉時只有主氣室工作，懸架彈簧剛度為“硬”。第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.5汽車懸架電子控制系統(tǒng)車身高度控制系統(tǒng)第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.5汽車懸架電子控制系統(tǒng)彈簧剛度和減振器阻尼力控制功能表第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.5汽車懸架電子控制系統(tǒng)車身高度控制功能表第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.5汽車懸架電子控制系統(tǒng)連續(xù)可調(diào)的路面感應(yīng)懸架前面可調(diào)阻尼控制系統(tǒng)一般提供3~4級阻尼選擇，而連續(xù)可調(diào)阻尼控制系統(tǒng)可根據(jù)各種工況連續(xù)變化阻尼，能精確滿足各種工況要求。磁流變減振器，它不再使用電磁閥控制減振器的阻尼，而是在減振器中充滿磁流變液體(MagnetoRheological，簡稱MR)，磁流變液體是包含大約40%的懸浮鐵微粒的合成油。減振器活塞內(nèi)的線圈由控制單元控制通電，當線圈不通電時，鐵微粒在MR液體中隨機散開，并具有礦物油的濃度，此時液體容易流過減振活塞上的節(jié)流孔，懸架為“軟”模式；當線圈通電，線圈周圍的磁場將MR液體中的鐵微粒排列成纖維結(jié)構(gòu)，在這個狀態(tài)下MR液體變濃，具有膠體狀，液體流過活塞節(jié)流孔阻力增大，懸架為“硬”模式；因此只要控制活塞內(nèi)線圈的通電電流大小即可控制MR液體的濃度從而可連續(xù)調(diào)節(jié)減振器的阻尼力，同時系統(tǒng)響應(yīng)時間由原來電磁閥控制的10~12ms縮短到1ms基本達到實時精確控制懸架阻尼力的要求。第四章底盤電子控制系統(tǒng)4.5汽車懸架電子控制系統(tǒng)磁流變可調(diào)阻尼減振器