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第5章 汽车主动安全系统,主要内容： 概述 ABS ASR EBS 可控悬架系统 电控动力转向系统 先进安全汽车 其他的主动控制系统,第5章 汽车主动安全系统,确保车辆具有和驾驶人员的操作特性相匹配的动特性，主动预防汽车交通事故的发生。 “防患于未然”，通过提高汽车主动安全技术和安全性能，可以最有效地减少道路交通事故的发生，从而从根本上降低道路交通事故对人类生命及财产安全造成的危害，因此当今汽车研发、设计者将主动安全技术作为当今汽车安全技术的重点研究领域和主要发展方向。 汽车电子技术的发展促进了汽车安全新理念，新技术和新设备的产生。,第5章 汽车主动安全系统,一、ABS的基本原理,1. 轮胎与地面的附着特性,附着系数：驱动轮的附着率不能大于地面的附着系数，否则会发生驱动轮滑转的现象。,纵向附着系数：制动附着系数，制动效能,侧向附着系数：侧滑附着系数，方向稳定性,第5章 汽车主动安全系统,1. 轮胎与地面的附着特性,左侧：地面附着力随汽车制动力矩的增加，能提供足够的地面制动力，此时的侧向附着系数也较大，具有足够的抗侧滑能力，稳定区。,右侧：随制动力矩的增大，地面制动力减小，抱死侧滑。,为0时，车轮纯滚动； 为100%时， 最小，抱死，侧滑； 当滑移率为10%-20%时， 达到峰值：,一、ABS的基本原理,第5章 汽车主动安全系统,2. ABS的理论依据,分析：汽车在制动时，将汽车车轮的滑移率控制在10%35%之间，这时既可使纵向附着系数接近峰值，同时又可以获得较大的侧向附着系数（也就是说，能兼顾相对最大的纵向制动力和横向抓地力） ， 从而使汽车获得最佳的制动效能和方向稳定性。,出发点： 用滑移率作为参数，通过调节制动压力来控制车轮的转速，达到防抱死的目的。,一、ABS的基本原理,第5章 汽车主动安全系统,2. ABS的理论依据,理想的制动控制： 车轮滑移率从稳定区进入不稳定区的瞬间，迅速而适度地减少制动器制动力，使车轮的转动回复到稳定区域内； 逐渐地增加制动器制动力直至车轮状态再次越过稳定界限位置，尽量长时间地保持车轮运动于稳定界限附近的最佳滚动状态。,一、ABS的基本原理,第5章 汽车主动安全系统,2. ABS的理论依据,理想的制动控制： 制动车轮始终在纵向峰值附着系数最大处附近的狭小滑移率范围内滚动，既保证了转向操纵和制动方向的稳定性，又获得最小制动距离。 ABS的工作过程实际上是“抱死松开抱死松开”的循环工作过程，使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态，有效克服紧急制动时由车轮抱死产生的车辆跑偏现象，防止车身失控等情况的发生。,一、ABS的基本原理,第5章 汽车主动安全系统,ABS的作用： 防止后轮抱死，提高制动时的行驶稳定性； 防止前轮抱死，提高制动时的操纵性； 减少轮胎磨损，减轻驾驶员的紧张程度； 最大可能利用车轮与地面的附着，减少制动距离。,一、ABS的基本原理,（制动初速度80k m/h）,第5章 汽车主动安全系统,2. ABS的理论依据,ABS与普通制动系统的关系 优于普通制动系统； 建立在普通制动系统正常工作的基础上； 只有超过一定的速度值ABS才开始工作； 只有抱死时才调节。,一、ABS的基本原理,第5章 汽车主动安全系统,二、ABS的结构组成和工作原理,组成：轮速传感器、电子控制器和压力调节器,第5章 汽车主动安全系统,轮速传感器 作用：采集车速旋转速度信号；齿圈安装于车轮或驱动轮差速器输入端，随车轮或驱动轮一起转动，当齿圈转动时，产生正比于其转速的交流感应信号。 电子控制器(ECU) 作用：把从轮速传感器接收到的电信号转换成关于汽车与车轮速度和减速度的有用信息，并根据这些信息向电磁阀发出指令。 压力调节器：液压式和气压式,二、ABS的结构组成和工作原理,传感器的安装位置,支架固定在制动底板上,固定在转向节支架上,第5章 汽车主动安全系统,ECU的电路组成 整形电路： 作用：将转速传感器输入的信号进行调制，使之成为电子控制器能识别的信号。 运算电路 作用：计算车体速度、滑移率和车轮加速度，并与对应的设定值进行比较判断后对电磁阀发出相应的减压、保压或升压指令。 电磁阀驱动、检测控制电路,二、ABS的结构组成和工作原理,第5章 汽车主动安全系统,ECU的电路组成 稳压供电电路： 除ECU芯片5V外，还需具备掉电保护故障代码的功能，应提供一个独立的5V电源。 通信电路 作用：提供多CPU之间的信息传递和运算结果的复合核对(冗余技术)；提供已存储的故障代码和故障出项的先后次序。 故障自诊断电路 作用：功能检查、故障诊断,二、ABS的结构组成和工作原理,第5章 汽车主动安全系统,二、ABS的结构组成和工作原理,第5章 汽车主动安全系统,二、ABS的结构组成和工作原理,ABS的基本工作原理： 汽车在制动过程中，轮速传感器不断把轮速信号传送给ECU，这些信号被ECU进行逻辑判断和分析，并加以计算，一且识别到某一或几个车轮有抱死倾向时，ECU就发出指令，并送至液压或气压调节器中，通过调节器中电磁阀“升压”、“保压”、“降压”3种不同工作状态，及时调节车轮制动缸(气室)中的压力，以防止车轮制动抱死。,第5章 汽车主动安全系统,三、ABS在汽车上的配置,定义：汽车车轮或车轴的制动力矩是否直接受控于防抱制动系统和其他控制方式，以及ABS转速传感器、电磁阀的安装数量和安装部位的设计形式。,第5章 汽车主动安全系统,三、ABS在汽车上的配置,第5章 汽车主动安全系统,三、ABS在汽车上的配置,轴控制的两种选择： 高选调节：以两侧车轮中附着系数较高一侧的传感器信号来确定制动压力的调节充分利用高附着系数侧车轮的制动力，缩短制动距离 低选调节：以两侧车轮中附着系数较低一侧的传感器信号来确定制动压力的调节提高稳定性，避免侧滑。,第5章 汽车主动安全系统,四、ABS的正确使用,第5章 汽车主动安全系统,四、ABS的正确使用,1.不要采用“点刹”制动，要始终踩住制动踏板不放松，保证足够和持续的制动力，使ABS有效地发挥作用。 未装有ABS的车辆在湿滑路面及车速较高情况下实施制动时，需要采用“点刹”的办法达到安全制动的目的。而装上ABS后，由于ABS能自动调整制动力，因此在实施紧急制动时，可一脚将踏板踩到底而不松开，不要担心车轮抱死打滑，否则将大大延长制动距离。,第5章 汽车主动安全系统,四、ABS的正确使用,2.不可忽视ABS指示灯的检查。正常情况下，按通点火开关后，此灯应亮；大约3秒后自动熄灭。这一过程，实质上是电子控制装置在按自检程序对车轮传感器、液压调节器的控制阀进行通电检查，若此灯一直不亮，说明ABS有故障。,5.2 车轮防抱死制动系统（ABS）,ABS的性能主要是以装车后进行实车道路试验的方法进行评价，主要的试验方法和评价项目如下表所示：,五、ABS的试验评价,1、直线行驶制动试验,目的：测定不同路面附着系数下的制动距离，直线制动稳定性。 试验条件：各种附着系数路面和各种制动初速度。,5.2 车轮防抱死制动系统（ABS）,五、ABS的试验评价,1、直线行驶制动试验,5.2 车轮防抱死制动系统（ABS）,五、ABS的试验评价,评价指标：制动距离比(要求110%),直线行驶制动的稳定性评价： 汽车横摆角速度（装ABS）偏转角速度不大于5deg/s,1、直线行驶制动试验,5.2 车轮防抱死制动系统（ABS）,五、ABS的试验评价,评价指标：制动距离比(要求110%),直线行驶制动的稳定性评价： 汽车横摆角速度（装ABS）偏转角速度不大于5deg/s,在越低附着系数路面上，装用ABS后制动距离的缩短量也越大，制动性能改善效果越好。,5.2 车轮防抱死制动系统（ABS）,ABS的性能主要是以装车后进行实车道路试验的方法进行评价，主要的试验方法和评价项目如下表所示：,五、ABS的试验评价,5.3 驱动防滑控制系统(ASR),汽车在行驶时，其驱动力决定于传递到驱动轮上的发动机转矩和轮胎和路面的附着系数。发动机的转矩与发动机的性能和传动系特性有关。汽车在起动或加速时，随着发动机的转矩不断增大，汽车的驱动力随之增大，驱动能力增强。但当驱动力超过地面的附着力时，驱动轮开始滑转。因此，汽车获得的驱动能力只有在轮胎和路面之间附着极限内驱动轮不发生滑转时才有效。,一、理论依据,5.3 驱动防滑控制系统(ASR),驱动轮的滑转程度用驱动轮滑移率来表示：,一、理论依据,轮胎滑移率和路面的附着条件有密切关系,5.3 驱动防滑控制系统(ASR),汽车的驱动轮在滑转时，将其滑转率控制在最佳滑转率（10%-30%）范围内，从而获得较大的附着系数，使路面能够提供较大的附着力，车轮的驱动力能够得到充分利用。,一、理论依据,汽车防滑控制利用驱动滑转率和附着系数之间的关系进行控制,ASR系统主要元部件的车上布置 1ECU；2制动压力调节器；3轮速传感器脉冲盘；4轮速传感器；5差速制动阀；6发动机控制缸；7发动机控制阀,5.3 驱动防滑控制系统(ASR),二、ASR的组成、工作原理和作用,基本原理：车轮速度传感器车轮转速转变为电信号，输送给控制器，控制器计算出驱动车轮的滑转率，如果滑转率超出了目标范围，控制器确定控制方式，输出控制信号使执行器动作，将驱动车轮的滑转率控制在目标范围内. （降低发动机输出转矩，同时控制制动系统，降低传递给驱动车轮的力矩既可控制制动又可控制发动机输出）,5.3 驱动防滑控制系统(ASR),二、ASR的组成、工作原理和作用,5.3 驱动防滑控制系统(ASR),汽车起步、行驶中驱动轮可提供最佳驱动力，与无ASR相比，提高了汽车的动力性，特别是在附着系数较小的路面上，起步、加速性能和爬坡能力较佳； 能保持汽车方向的稳定性和前轮驱动汽车的转向控制能力；(FR型车：猛加油门又快速放松时将使车辆发生不规则旋转；FF型车：猛加油门 将使车辆驱动轮发生空转而失去方向控制。） 减少了轮胎的磨损与发动机油耗。,二、ASR的组成、工作原理和作用,5.3 驱动防滑控制系统(ASR),三、驱动轮防滑控制方式,驱动轮制动控制方式 发动机控制方式发动机输出转矩 综合控制方式,5.3 驱动防滑控制系统(ASR),三、驱动轮防滑控制方式,驱动轮制动控制方式,原理：对发生空转的某个驱动轮直接施加制动(增加车轮制动分泵的压力)，通过差速器的作用使驱动轮上驱动力增加。 优点：反应速度快，能有效防止汽车起步时或从高附着系数路面突然进入低附着系数路面的车轮空转 缺点：只限于低速行驶且单边驱动轮发生空转的场合避免制动器过热、早起磨损（把发动机多输出的功率以热的形式在制动器上消耗掉）或发动机熄火 注意：出于舒适性考虑，控制过程应缓慢升高制动压力，使制动过程平稳,5.3 驱动防滑控制系统(ASR),三、驱动轮防滑控制方式,发动机控制方式,原理：调整发动机加到车轮上的驱动转矩，以使车轮滑移率保持在最佳范围。,思路：根据路面状况调节燃油喷油量（减小或中断供油）、调节点火时间、调节进气量等调整发动机的输出转矩供给驱动车轮和路面附着力相适应的最佳驱动转矩。,5.3 驱动防滑控制系统(ASR),三、驱动轮防滑控制方式,发动机控制方式,缺点：响应速度较慢，在非对称附着系数路面不能实现最佳控制，效能和ABS的低选调节情形相似。（低选调节：以两侧车轮中附着系数较低一侧的传感器信号来确定制动压力的调节，牺牲了高附着系数侧车轮的部分制动力来保持车辆的行驶稳定性。）,5.3 驱动防滑控制系统(ASR),三、驱动轮防滑控制方式,综合控制方式,将驱动轮制动控制和发动机输出转矩控制方式结合起来。 采用合理的控制算法，可以解决各种路面条件的驱动控制问题，使车辆的加速性、经济性、方向稳定性和操纵性达到最佳。,5.3 驱动防滑控制系统(ASR),三、驱动轮防滑控制方式,防滑控制过程,5.3 驱动防滑控制系统(ASR),三、驱动轮防滑控制方式,防滑控制过程,特点：ABS和ASR共用4个轮速传感器，ECU结合为一体，增设了一些ASR的有关装置 工作过程：轮速传感器ECU（不断计算每个车轮的速度，并根据两个前轮速度估算出汽车的行驶速度，然后设定目标控制速度值；驱动轮后轮若发生滑转，后轮的转动速度就会超过目标控制速度）副节气门执行器（关闭副节气门），同时向ASR制动执行器传送信号，使其给后轮制动分泵提供高压制动液，ABS执行器的3位电磁阀通过开关转换控制制动分泵压力，防止车轮滑转。,5.3 驱动防滑控制系统(ASR),三、ASR使用效果,冰、雪路面驱动力对比,左、右轮不同附着系数路面加速性对比,5.3 驱动防滑控制系统(ASR),四、ASR和ABS的比较,5.4 汽车电子控制制动系统(EBS),三、ASR使用效果,冰、雪路面驱动力对比,左、右轮不同附着系数路面加速性对比,实例: 三菱公司车距控制装置,1-转向角传感器 2-停车灯开关 3-节气门执行机构 4-电动负压泵 5-节气门位置传感器(TPS)(内装怠速开关)(不装TCS的车辆) 6-激光雷达 7-自动变速器防手动换挡开关 8-车速传感器 9-发动机和自动变速器ECU 10-ABS用ECU 11-加速踏板位置传感器(内装怠速开关)(装TCS的车辆) 12-预检车速控制用ECU 13-报警蜂鸣器 14-视频摄像,图2-42 三菱公司车距控制装置构成,车距控制系统,减速控制工况：按照该工况下车速、车距、相对速度大小进行节气门全关和自动变速器作低挡变速两个阶段进行减速.,报警工况：与相对速度大的先行车接近或当先行车进行紧急制动时，本车转入减速控制工况并同时报警,稳定控制工况： 当没有先行车时，与原巡航控制相同，控制节气门以保持设定的车速,控制取消工况： 当驾驶者操作控制取消开关或关闭主电源开关，或进行制动操作时，应转到“控制取消工况”。,表2-7 车距控制系统的显示功能,轮胎气压报警装置,原理：根据轮胎气压与轮胎弹性之间存在的相关性原理，当轮胎气压下降时，轮胎弹性下降，计算来自ABS使用的车轮传感器获得轮胎的转速信号变化情况，并由此测算轮胎弹性，从而可随时监测轮胎的气压。,作用：检测轮胎气压，并在仪表盘上装有报警灯，当轮胎气压出现异常时会立即向驾驶员报警，使驾驶员可及早发现轮胎破裂情况，及时防止操纵稳定性和燃油经济性下降。,表2-8 利用轮胎气压报警装置获得的效果,1.1 EyeCar技术,沃尔沃的EyeCar概念车可使每位驾驶员的眼睛处于同样的相对高度上，保证提供一个对路面和周围车道的无阻碍视野和最好的视见度。 EyeCar概念车采用的新技术包括： a)眼位传感器可以测定驾驶员眼睛的位置，然后据此确定、调节座椅的位置； b)电机将座椅自动升降到最佳高度上，为驾驶员提供能够掌握路面情况的最佳视线； c)电机自动调整转向盘、踏板、中央控制台甚至地板高度，提供尽可能舒适的驾驶位置； d)一些有新意的设计，如重新布置的B立柱，可以减少驾驶员视野中的“盲区”；,1.2 CamCar技术,林肯领航者汽车上采用了CamCar技术，旨在帮助提高驾驶员的感知能力。多个铅笔大小的摄像机和三个可切换的视频显示屏为驾驶员提供了前、后视线，这样既可方便停车时的操作，又可在拥挤的交通中提高行驶的安全性。 CamCar的技术特点包括： a)安装在汽车两侧的前向摄像系统，使驾驶员能够绕过大型车辆提前看到隐蔽处的汽车或行人。 b)侧置后视摄像机提供了更广阔的侧面视野。摄像机的覆盖面比传统的后视镜要广，特别是对于相邻的车道。 c)安装在车后、扇面形布置的四个微型摄像机可以获得车后的全景视野。图象经电子合成，具有变焦和160广角能力。 d) “夜眼”(NightEye)摄像机可在低照度条件下，即使在近乎黑暗的情况下也能提供车后近距离内的细小影像。,第5章 汽车主动安全系统,2. ABS的理论依据,分析：汽车在制动时，将汽车车轮的滑移率控制在10%35%之间，这时既可使纵向附着系数接近峰值，同时又可以获得较大的侧向附着系数（也就是说，能兼顾相对最大的纵向制动力和横向抓地力） ， 从而使汽车获得最佳的制动效能和方向稳定性。,出发点： 用滑移率作为参数，通过调节制动压力来控制车轮的转速，达到防抱死的目的。,一、ABS的基本原理,第5章 汽车主动安全系统,2. ABS的理论依据,理想的制动控制： 车轮滑移率从稳定区进入不稳定区的瞬间，迅速而适度地减少制动器制动力，使车轮的转动回复到稳定区域内； 逐渐地增加制动器制动力直至车轮状态再次越过稳定界限位置，尽量长时间地保持车轮运动于稳定界限附近的最佳滚动状态。,一、ABS的基本原理,第5章 汽车主动安全系统,2. ABS的理论依据,理想的制动控制： 制动车轮始终在纵向峰值附着系数最大处附近的狭小滑移率范围内滚动，既保证了转向操纵和制动方向的稳定性，又获得最小制动距离。 ABS的工作过程实际上是“抱死松开抱死松开”的循环工作过程，使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态，有效克服紧急制动时由车轮抱死产生的车辆跑偏现象，防止车身失控等情况的发生。,一、ABS的基本原理,第5章 汽车主动安全系统,ABS的作用： 防止后轮抱死，提高制动时的行驶稳定性； 防止前轮抱死，提高制动时的操纵性； 减少轮胎磨损，减轻驾驶员的紧张程度； 最大可能利用车轮与地面的附着，减少制动距离。,一、ABS的基本原理,（制动初速度80k m/h）,第5章 汽车主动安全系统,2. ABS的理论依据,ABS与普通制动系统的关系 优于普通制动系统； 建立在普通制动系统正常工作的基础上； 只有超过一定的速度值ABS才开始工作； 只有抱死时才调节。,一、ABS的基本原理,第5章 汽车主动安全系统,二、ABS的结构组成和工作原理,组成：轮速传感器、电子控制器和压力调节器,第5章 汽车主动安全系统,轮速传感器 作用：采集车速旋转速度信号；齿圈安装于车轮或驱动轮差速器输入端，随车轮或驱动轮一起转动，当齿圈转动时，产生正比于其转速的交流感应信号。 电子控制器(ECU) 作用：把从轮速传感器接收到的电信号转换成关于汽车与车轮速度和减速度的有用信息，并根据这些信息向电磁阀发出指令。 压力调节器：液压式和气压式,二、ABS的结构组成和工作原理,传感器的安装位置,支架固定在制动底板上,固定在转向节支架上,第5章 汽车主动安全系统,ECU的电路组成 整形电路： 作用：将转速传感器输入的信号进行调制，使之成为电子控制器能识别的信号。 运算电路 作用：计算车体速度、滑移率和车轮加速度，并与对应的设定值进行比较判断后对电磁阀发出相应的减压、保压或升压指令。 电磁阀驱动、检测控制电路,二、ABS的结构组成和工作原理,第5章 汽车主动安全系统,ECU的电路组成 稳压供电电路： 除ECU芯片5V外，还需具备掉电保护故障代码的功能，应提供一个独立的5V电源。 通信电路 作用：提供多CPU之间的信息传递和运算结果的复合核对(冗余技术)；提供已存储的故障代码和故障出项的先后次序。 故障自诊断电路 作用：功能检查、故障诊断,二、ABS的结构组成和工作原理,第5章 汽车主动安全系统,二、ABS的结构组成和工作原理,第5章 汽车主动安全系统,二、ABS的结构组成和工作原理,ABS的基本工作原理： 汽车在制动过程中，轮速传感器不断把轮速信号传送给ECU，这些信号被ECU进行逻辑判断和分析，并加以计算，一且识别到某一或几个车轮有抱死倾向时，ECU就发出指令，并送至液压或气压调节器中，通过调节器中电磁阀“升压”、“保压”、“降压”3种不同工作状态，及时调节车轮制动缸(气室)中的压力，以防止车轮制动抱死。,第5章 汽车主动安全系统,三、ABS在汽车上的配置,定义：汽车车轮或车轴的制动力矩是否直接受控于防抱制动系统和其他控制方式，以及ABS转速传感器、电磁阀的安装数量和安装部位的设计形式。,第5章 汽车主动安全系统,三、ABS在汽车上的配置,第5章 汽车主动安全系统,三、ABS在汽车上的配置,轴控制的两种选择： 高选调节：以两侧车轮中附着系数较高一侧的传感器信号来确定制动压力的调节充分利用高附着系数侧车轮的制动力，缩短制动距离 低选调节：以两侧车轮中附着系数较低一侧的传感器信号来确定制动压力的调节提高稳定性，避免侧滑。,第5章 汽车主动安全系统,四、ABS的正确使用,第5章 汽车主动安全系统,四、ABS的正确使用,1.不要采用“点刹”制动，要始终踩住制动踏板不放松，保证足够和持续的制动力，使ABS有效地发挥作用。 未装有ABS的车辆在湿滑路面及车速较高情况下实施制动时，需要采用“点刹”的办法达到安全制动的目的。而装上ABS后，由于ABS能自动调整制动力，因此在实施紧急制动时，可一脚将踏板踩到底而不松开，不要担心车轮抱死打滑，否则将大大延长制动距离。,第5章 汽车主动安全系统,四、ABS的正确使用,2.不可忽视ABS指示灯的检查。正常情况下，按通点火开关后，此灯应亮；大约3秒后自动熄灭。这一过程，实质上是电子控制装置在按自检程序对车轮传感器、液压调节器的控制阀进行通电检查，若此灯一直不亮，说明ABS有故障。,