6汽車系統(tǒng)動力學(xué)-縱向動力學(xué)控制系統(tǒng)

主講：胡愛軍汽車系統(tǒng)動力學(xué)1第六章縱向動力學(xué)控制系統(tǒng)6.1防抱死制動控制系統(tǒng)(Anti-lockBrakingSystem，ABS)6.2驅(qū)動力控制系統(tǒng)(TractioncontrolSystem，TCS)6.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(ElectronicStabilityProgram，ESP)2

控制目標6.1防抱死制動控制系統(tǒng)——由于前輪抱死，車輛失去轉(zhuǎn)向能力；而后輪抱死屬于不穩(wěn)定工況，易引起車輛急速摔尾的危險?！苿恿νǔＴ诨坡蕿槟骋惶囟ㄖ蹈浇_到最大值，因而將該滑移率值認為是最佳滑移率，并作為ABS的控制目標?！捎谲囕喌幕坡什灰字苯訙y得，因此必須采用其他參數(shù)作為ABS的控制目標參數(shù)。ABS控制目標■車輪的角減速度■相對滑移率3第1階段，駕駛員的作用，制動器管路壓力增加。（增壓）

控制過程6.1防抱死制動控制系統(tǒng)第2階段，車輪角加速度達到或小于某一門限值(-a)，附著力接近最大，制動壓力保持在當前值不變。（保壓）第3階段，車輪轉(zhuǎn)速小于滑移率門限值對應(yīng)的值時，減小制動壓力。（減壓）第4階段，車輪角加速度再次達到門限值(-a)時，重新進入保壓狀態(tài)。（保壓）第5階段，車輪慣性作用進一步加速轉(zhuǎn)動，若車輪角加速度越過門限值(+A)，再次升高制動壓力。（增壓）第6階段，保持制動壓力使車輪角加速度在(+A)~(-a)

，然后慢慢升壓，直至車輪角加速度再次達到門限值（-a）。46.1防抱死制動控制系統(tǒng)

控制過程5ABS系統(tǒng)原理6ABS系統(tǒng)7■單輪控制

控制策略6.1防抱死制動控制系統(tǒng)—

每個車輪都有一套傳感器和制動管路實現(xiàn)各個車輪的獨立控制，可獲得最大的制動強度；—

在左右車輪附著系數(shù)不一樣的路面上，車輛會產(chǎn)生很大的橫擺力矩，使車輛運動不穩(wěn)定?！龅瓦x控制—

對同一車軸兩側(cè)車輪同時施加制動壓力控制，大小由附著系數(shù)低的那側(cè)車輪來決定；—

不能充分發(fā)揮行駛于高附著系數(shù)路面上的那側(cè)車輪的附著能力，卻能獲得較大的轉(zhuǎn)彎側(cè)向力；—

車輛不會產(chǎn)生橫擺，穩(wěn)定性較好，一般適用于后軸車輪的制動控制。8

控制策略6.1防抱死制動控制系統(tǒng)■高選控制—

由高附著系數(shù)的那側(cè)車輪來決定車輛兩側(cè)車輪的制動壓力，可獲得更高的制動強度；—

低附著路面的那個車輪可能會抱死，導(dǎo)致車輛失去轉(zhuǎn)向能力，還可能產(chǎn)生橫擺力矩；—

能獲得更高的制動強度，適合前軸車輪的制動控制。96.1防抱死制動控制系統(tǒng)ABS控制策略的不同組合形式及特點106.1防抱死制動控制系統(tǒng)ABS控制策略的不同組合形式及特點11

ABS的控制方式1）四通道控制方式

為了對四個車輪的制動壓力進行獨立控制，在每個車輪上各安裝一個轉(zhuǎn)速傳感器，并在通往各制動輪缸的制動管路中各設(shè)置一個制動壓力調(diào)節(jié)分裝置（通道）。

對應(yīng)于雙制動管路的H型（前后）或X型（對角）兩種布置形式，四通道ABS也有兩種布置形式，如圖所示。使用四通道控制方式的常見車型有：奧迪（前輪驅(qū)動）、紅旗轎車、廣州本田（X型）。（a）前后布置（b）對角線布置

四通道控制方式6.1防抱死制動控制系統(tǒng)122）三通道控制方式

四輪ABS大多為三通道系統(tǒng)，而三通道系統(tǒng)都是對兩前輪的制動壓力進行單獨控制，對兩后輪的制動壓力按低選原則一同控制。使用三通道控制方式的常見車型有：桑塔納2000GSi、北京切諾基等。

三通道控制方式（a）四傳感器對角線布置（b）四傳感器前后布置（c）三傳感器前后布置6.1防抱死制動控制系統(tǒng)133）雙通道控制方式（a）前后布置（b）對角線布置圖4-7雙通道控制方式

由于雙通道ABS難以在方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向操縱能力和制動距離等方面得到兼顧，所以目前很少被采用。4）單通道控制方式單通道ABS一般對兩后輪按低選原則一同控制，其主要作用是提高汽車制動時的方向穩(wěn)定性。單通道ABS具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的優(yōu)點，因此在輕型貨車上得到廣泛應(yīng)用。單通道控制方式6.1防抱死制動控制系統(tǒng)14

防抱死制動系統(tǒng)的組成典型的汽車ABS系統(tǒng)組成1-前輪轉(zhuǎn)速傳感器；2-制動壓力調(diào)節(jié)器；3-ABS電控單元；4-ABS警告燈；5-后輪轉(zhuǎn)速傳感器；6-制動燈開關(guān)；7-制動主缸；8-比例分配閥；9-制動輪缸；10-蓄電池；11-點火開關(guān)6.1防抱死制動控制系統(tǒng)151.車輪轉(zhuǎn)速傳感器1）電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器

目前大多數(shù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器都采用電磁式轉(zhuǎn)速傳感器。車輪轉(zhuǎn)速傳感器由電磁感應(yīng)傳感頭和信號轉(zhuǎn)子兩部分組成。

電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器6.1防抱死制動控制系統(tǒng)16

電磁感應(yīng)傳感頭用來產(chǎn)生感應(yīng)電壓，通常由永久磁鐵、電磁線圈和極軸等構(gòu)成，根據(jù)極軸的結(jié)構(gòu)不同，又可分為鑿式極軸傳感頭、柱式極軸傳感頭兩種，如圖所示。（a）鑿式極軸傳感頭（b）柱式極軸傳感頭圖

電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)圖1—電纜；2—永久磁鐵；3—外殼；4—感應(yīng)線圈；5—極軸；6—信號轉(zhuǎn)子（齒圈）6.1防抱死制動控制系統(tǒng)17

車輪轉(zhuǎn)速傳感器的傳感頭一般安裝在車輪附近上，如制動底板、轉(zhuǎn)向節(jié)、半軸套管等處（圖）。信號轉(zhuǎn)子是一個齒圈，齒數(shù)多少與車型、ABSECU有關(guān)，一般安裝在隨車輪一起轉(zhuǎn)動的部件上，如輪轂、半軸、制動盤等處。（a）前輪（b）后輪圖

車輪轉(zhuǎn)速傳感器的安裝位置1-制動盤；2、5-傳感器；3-齒圈；4—傳感器安裝支架6.1防抱死制動控制系統(tǒng)18

車輪轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的信號如圖4-13所示。當車輪轉(zhuǎn)速較高時，感應(yīng)電壓的頻率和波幅均較大；反之，感應(yīng)電壓的頻率和波幅均較小。圖

電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸出的電壓信號電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但存在以下缺點：當車速很低時，傳感器輸出的電壓信號較弱；傳感器頻率響應(yīng)較低，當車速過高時，傳感器的頻率響應(yīng)跟不上，容易產(chǎn)生錯誤信號；傳感器的抗電磁干擾能力較差。6.1防抱死制動控制系統(tǒng)192）霍爾式車輪轉(zhuǎn)速傳感器霍爾式車輪轉(zhuǎn)速傳感器根據(jù)霍爾效應(yīng)原理產(chǎn)生與車輪轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的電壓脈沖信號?；魻栜囕嗈D(zhuǎn)速傳感器也是由傳感頭和齒圈組成。傳感頭由永久磁體、霍爾元件和電子電路等組成，如圖所示。（a）霍爾元件磁場較弱（b）霍爾元件磁場較強圖

霍爾式車輪轉(zhuǎn)速傳感器1—霍爾元件；2—永久磁鐵；3-齒圈6.1防抱死制動控制系統(tǒng)20圖

霍爾式車輪轉(zhuǎn)速傳感器電壓波形

霍爾車輪轉(zhuǎn)速傳感器具有以下優(yōu)點：輸出信號電壓幅值不受轉(zhuǎn)速的影響；頻率響應(yīng)高，其響應(yīng)頻率高達20kHz，相當于車速為1000km／h時所檢測的信號頻率；抗電磁干擾能力強。

霍爾元件輸出的是毫伏級的準正弦波電壓，通過電子電路轉(zhuǎn)換成標準的脈沖電壓輸出信號，電壓幅值為7V～14V，如圖所示。6.1防抱死制動控制系統(tǒng)212.制動壓力調(diào)節(jié)器制動壓力調(diào)節(jié)器又稱為ABS壓力控制器，是ABS系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，其功用是接受ECU的指令，通過電磁閥的動作控制車輪制動輪缸的制動壓力，通常主要由電動液壓泵、液壓控制單元（包括儲能器和電磁閥）等構(gòu)成，如圖所示。圖制動壓力調(diào)節(jié)器1-繼電器盒；2-接ABS電控單元；3-液壓泵電動機4-液壓泵總成；5-液壓控制單元（包括儲能器和電磁閥）；6、7-制動液油管6.1防抱死制動控制系統(tǒng)221）電動液壓泵在ABS運行時，電動液壓泵根據(jù)ECU的信號確定是否工作，從而起到循環(huán)控制制動液油壓或迅速建立制動液油壓的作用。它可在汽車起動1min內(nèi)將制動液壓力提高到14～22MPa。

圖4-17柱塞式電動液壓泵1-控制開關(guān)；2-警告開關(guān)；3-限壓閥；4-出油口；5-單向閥；6-濾芯；7-進油口；8-電動機6.1防抱死制動控制系統(tǒng)232）儲能器（蓄壓器）

儲能器的結(jié)構(gòu)形式多種多樣?；钊?彈簧式儲能器一般位于電磁閥與回油泵之間，由輪缸來的液壓油進入儲能器，進而壓縮彈簧使儲能器液壓腔容積變大，以暫時儲存制動液。

氣囊式蓄壓器內(nèi)則充滿了高壓氮氣，可使制動液的壓力保持在14～18MPa范圍內(nèi)。為了安全起見，近年來生產(chǎn)的部分車型中，已經(jīng)取消了蓄壓器。氣囊式蓄壓器1-電動泵；2-回轉(zhuǎn)球閥式活塞泵；3-單向閥；4-限壓閥；5-蓄壓器；6-壓力開關(guān)6.1防抱死制動控制系統(tǒng)243）電磁閥

ABS系統(tǒng)中通常有4～8個電磁閥，分別對應(yīng)控制前后輪的制動。常用的電磁閥有三位三通電磁閥和二位二通電磁閥等多種形式。（a）電流為0（b）電流?。╟）電流大圖4-19三位三通電磁閥的動作1-線圈；2-固定鐵芯；3-電流；4-通主缸；5-通儲液器；6-通輪缸；7-銜鐵6.1防抱死制動控制系統(tǒng)253.ABSECU

根據(jù)來自輪速傳感器的信號，ABSECU測量車輪轉(zhuǎn)速和車速，發(fā)出相應(yīng)的控制指令。早期生產(chǎn)的ABS系統(tǒng)，其ABSECU與制動壓力調(diào)節(jié)器多采用分體式安裝，但接線較多。

ABSECU體積的日益小型化，且出于散熱和減少接線的考慮，現(xiàn)在生產(chǎn)的ABS系統(tǒng)，其ABSECU與制動壓力調(diào)節(jié)器多采用整體式安裝，即ABSECU與制動壓力調(diào)節(jié)器直接安裝到一起，成為一個總成。6.1防抱死制動控制系統(tǒng)266.2驅(qū)動力控制系統(tǒng)

基本原理和控制目標■TCS(Bosch公司ASR)是在ABS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的主動安全系統(tǒng)27

汽車牽引力控制系統(tǒng)的作用

汽車牽引力控制系統(tǒng)（TractioncontrolSystem，TCS。也稱TRC）是繼防抱死制動系統(tǒng)之后應(yīng)用于車輪防滑的電子控制系統(tǒng)，其功用是防止汽車在起步、加速時和在滑溜路面行駛時的驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)。故有些汽車公司也將該技術(shù)稱為驅(qū)動防滑系統(tǒng)(AccelerationSlipRegulation,ASR)。當車輪轉(zhuǎn)動而車身不動或是汽車的速度低于轉(zhuǎn)動車輪的輪緣速度時，輪胎與地面之間就有相對的滑動，這種滑動稱為“滑轉(zhuǎn)”。

汽車防滑控制系統(tǒng)可以在車輪出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)時，通過對滑轉(zhuǎn)車輪施以制動力或控制發(fā)動機的動力輸出來抑制車輪的滑轉(zhuǎn)，以避免汽車牽引力和行駛穩(wěn)定性下降。6.2驅(qū)動力控制系統(tǒng)28車輛在低附著系數(shù)路面（冰雪、濕滑、泥濘路面）上加速起步時，裝備TRC的汽車可以很好地沿著既定車道行駛，而未裝備TRC的汽車則很容易出現(xiàn)甩尾、側(cè)滑等現(xiàn)象。

TRC的作用

TRC與ABS的比較

ABS和TRC都是用來控制車輪相對地面的滑動，以提高車輪與地面之間的附著力。但ABS控制的是汽車制動時車輪的“滑移”，主要用來提高汽車的制動效能和制動時的方向穩(wěn)定性；而TRC是控制汽車行駛時的驅(qū)動車輪“滑轉(zhuǎn)”，用于提高汽車起步、加速及在滑溜路面行駛時的牽引力和確保行駛穩(wěn)定性。

一般在車速很低（小于8km／h）時ABS不起作用，而TRC一般在車速很高（大于80km／h）時不起作用。6.2驅(qū)動力控制系統(tǒng)29

TCS6.2驅(qū)動力控制系統(tǒng)無TCS有TCS306.2驅(qū)動力控制系統(tǒng)

控制方式■發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)—

點火參數(shù)調(diào)節(jié)，燃油供給調(diào)節(jié)和節(jié)氣門開度調(diào)節(jié)■驅(qū)動輪制動力矩調(diào)節(jié)—

在發(fā)生打滑的驅(qū)動輪上施加制動力矩來降低輪速，使車輪滑移率處于最理想的范圍內(nèi)■差速器鎖止調(diào)節(jié)—

使左右兩側(cè)驅(qū)動輪的輸入轉(zhuǎn)矩可根據(jù)控制指令和路面情況而變化，低附著系數(shù)一側(cè)車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)時，鎖止差速器，使高附著系數(shù)一側(cè)驅(qū)動輪的驅(qū)動力得以充分發(fā)揮■離合器/變速器控制—

離合器控制是指當發(fā)現(xiàn)車輛驅(qū)動輪發(fā)生過度滑轉(zhuǎn)時，減弱離合器的結(jié)合程度，使離合器主、從動盤之間出現(xiàn)部分相對滑轉(zhuǎn)，從而減小傳至驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩—

變速器控制是指通過改變傳動比來改變傳至驅(qū)動輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，以減小驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)程度。316.2驅(qū)動力控制系統(tǒng)

控制方式32ABS、TCS336.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

概述□在ABS和TCS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的

寶馬稱其為動態(tài)穩(wěn)定控制（Dynamic

Stability

Control，DSC）系統(tǒng)，豐田稱其為車輛穩(wěn)定控制（VehicleStabilityControl，VSC）系統(tǒng)，三菱稱其為主動穩(wěn)定控制

(ActiveStabilityControl，ASC)系統(tǒng)，但其工作原理和作用基本相同。

汽車安全性方面最重要的就是避免發(fā)生事故，也就是所謂的主動安全。汽車規(guī)避事故的功能是汽車重要而又基本的性能，它可幫助避免或自動避免事故的發(fā)生。ESP系統(tǒng)的作用主要是在汽車將要出現(xiàn)失控時，主動地參與避免事故發(fā)生的控制過程，有效地增加汽車穩(wěn)定性。34□利用控制左右兩側(cè)車輪制動力或驅(qū)動力之差產(chǎn)生的橫擺力矩來防止難以控制的側(cè)滑現(xiàn)象，保證車輛的路徑跟蹤能力?！鯌?yīng)用范圍：在大側(cè)向加速度、大側(cè)偏角的極限工況下工作□縱向動力學(xué)+側(cè)向動力學(xué)6.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

概述不足轉(zhuǎn)向過度轉(zhuǎn)向35前軸側(cè)滑出現(xiàn)“駛出”現(xiàn)象加大內(nèi)側(cè)車輪的制動力VSC（ESP）的作用抑制前輪側(cè)滑6.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)36后軸側(cè)滑出現(xiàn)甩尾現(xiàn)象加大外側(cè)車輪的制動力抑制后輪側(cè)滑VSC（ESP）的作用6.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)371.躲避前方突然出現(xiàn)的障礙物6.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

ESP典型工作工況386.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

ESP典型工作工況2.在急轉(zhuǎn)彎車道上高速行駛396.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

ESP典型工作工況3.地面附著力不同的路面行駛40有無ESP對比6.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)416.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

系統(tǒng)組成和工作原理□系統(tǒng)組成：ABS+TCS+YSC□ABS和TCS只在制動和驅(qū)動情況下工作，控制車輛的縱向滑移率□YSC在車輛行駛的任何時刻都起作用42VSC系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和制動主缸壓力等信號判斷駕駛員的駕駛意圖，計算出理想的車輛運行狀態(tài)參數(shù)值，通過與各傳感器測得的實際車輛狀態(tài)信號值的比較，根據(jù)控制邏輯算法計算出期望的橫擺力矩，然后通過控制液壓調(diào)節(jié)制動系統(tǒng)，對各車輪施加制動力，以實現(xiàn)所需要的車輛橫擺力矩。6.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

系統(tǒng)組成和工作原理43ESP對危急駕駛情況作出反應(yīng)前，必須獲得兩個問題的應(yīng)答：從方向盤角度傳感器（1）和輪速傳感器（2）得到a問題答案。a、駕駛者想操縱車駛向哪里？b、車輛實際駛向哪里？從橫擺率傳感器（3）和側(cè)向加速度