防抱死制动系统(ABS)通过防止紧急制动或易打滑路面制动时产生的车轮抱死,来确保各车轮的滑移率S正常,防止回转力降低,从而保证制动控制时的方向稳定性和转向稳定性,同时获得最佳制动力。
下面这个图(μ-S特性)表现了制动时产生的车轮滑移率S、轮胎与路面的摩擦系数μ、回转力之间的关系(实际情况可能因路面及轮胎的条件而异)。
其特点是,最大摩擦系数可在滑移率为20%附近获得。在滑移率为100%(车轮抱死状态)的条件下,分配给稳定性及转向操纵性的回转力基本为0。依据此特性,后轮抱死时车辆处于不稳定状态,前轮抱死时转向操作失效。
下图为ABS的基本系统构成。以各车轮中设置的车轮速度传感器的转动信息为基础,通过ABS ECU判定各车轮的滑移状态,驱动主缸和轮缸之间设置的ABS执行器,独立调节制动时各车轮制动器的液压。
车轮速度传感器是检测车轮转动速度的传感器,汽车上应用较多的是检测与车轮一同转动的转子(齿轮转子或磁性转子)产生的磁场变化的非接触型。
早期的车轮速度传感器大多采用由齿轮转子、磁体、线圈构成的电磁信号发生器方式。而近年来大多采用通过霍尔元件或MR元件检测转子转速的半导体方式,其优势是最低检测速度低且搭载方便。下图为不同方式传感器的检测原理、构造及输出信号。
ABS执行器是依据ABS ECU发出的控制指令,调节制动时轮缸液压的装置。下图为其液压回路和构造的示例。
ABS执行器的示例(出处:ADVICS“ASD-A2”)
各车轮带有配对的一套电磁阀(保持阀和减压阀),根据其通断操作,输出增压、保持及减压的三种模式的液压,调节各车轮的轮缸液压。减少轮缸液压时,其液压油存储于各系统的储液罐中,通过电机驱动泵吸入上游的主缸系统。
控制ABS时,泵的动作或电磁阀的油路切换,会发出振动声或动作声。因此,有些ABS也会对电机转速或电磁阀电流进行控制,使振动声或动作声缓和。
■ ABS ECU的构成
ABS ECU是一种使用了微控制器的数字控制电路,微控制器依据车轮速度传感器的信息,计算各车轮的滑移状态,并向ABS执行器发出指令。
下图为ABS ECU的电路构成的示例。以用于控制计算的微控制器为核心,周边电路由车轮速度传感器输出、电磁阀驱动、电机继电器、失效保护用电磁阀继电器、监测电路等构成,这些周边电路大多使用高集成电路。此外,为了系统搭载方便性提升,节省线束,通常将ABS ECU与ABS执行器做成一体,搭载于发动机舱内。
■ ABS控制方法
下图为ABS控制方法的概要。
ECU利用通过各车轮速度传感器的脉冲周期求出的车轮速度、车轮速度微分后的车轮加速度、通过4轮的车轮速度推测的车体速度,对ABS进行控制。
① 踩下制动踏板,各轮的轮缸液压上升,则车轮速度降低(滑移率增加)。紧急制动等车轮滑移率超过最大摩擦系数时,车轮速度急剧朝着抱死方向发展,车轮滑移率、加速度均变化增大。如车轮速度超过设定的滑移基准和加速度基准,则判定具有车轮抱死倾向,同时输出减压模式信号,使轮缸液压减少,减小制动力。
② 接着,在液压保持状态下等待车轮速度恢复。
③ 如车轮速度再次上升(滑移率降低),则切换至脉冲增压模式(增压和保持的循环),通过缓慢增加轮缸液压,再次使车轮速度降低(滑移率增加)。
④ 通过此循环重复至车辆停止,防止车轮抱死,维持正常的车轮滑移率。
如上所述,ABS ECU实时监测各车轮的状态,切换液压的控制模式。这些相关计算通常以5~10ms为周期循环执行。
■ 失效保护
为了避免ABS故障导致制动系统整体失效,ECU带有自我诊断功能,实时监视系统的故障。当故障发生时,警报灯点亮通知驾驶者,同时将系统切换至失效保护状态,以维持常规制动器的功能。并且,对于故障原因已知的故障部位信息,系统还带有记忆、显示等功能。
以上图文内容来自图书
《图解汽车电子技术》(系统篇)
日本电装汽车电子技术研究会 著
本书详细介绍了汽车各大控制系统的电子技术、发展趋势、零部件设计要点,主要包括传动系统控制、混合动力系统控制、行驶安全控制、车身控制、车载导航系统控制以及通信等。
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