主講：胡愛軍汽車系統(tǒng)動力學1第六章縱向動力學控制系統(tǒng)6.1防抱死制動控制系統(tǒng)(Anti-lockBrakingSystem，ABS)6.2驅動力控制系統(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作為ABS的控制目標參數。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，車輪轉速小于滑移率門限值對應的值時，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不一樣的路面上，車輛會產生很大的橫擺力矩，使車輛運動不穩(wěn)定?！龅瓦x控制—

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

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

車輛不會產生橫擺，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—

由高附著系數的那側車輪來決定車輛兩側車輪的制動壓力，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，導致車輛失去轉向能力，還可能產生橫擺力矩；—

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速傳感器，并在通往各制動輪缸的制動管路中各設置一個制動壓力調節(jié)分裝置（通道）。

對應于雙制動管路的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具有結構簡單、成本低的優(yōu)點，因此在輕型貨車上得到廣泛應用。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-前輪轉速傳感器；2-制動壓力調節(jié)器；3-ABS電控單元；4-ABS警告燈；5-后輪轉速傳感器；6-制動燈開關；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6.1防抱死制動控制系統(tǒng)151.車輪轉速傳感器1）電磁式車輪轉速傳感器

目前大多數車輪轉速傳感器都采用電磁式轉速傳感器。車輪轉速傳感器由電磁感應傳感頭和信號轉子兩部分組成。

電磁式車輪轉速傳感器6.1防抱死制動控制系統(tǒng)16

電磁感應傳感頭用來產生感應電壓，通常由永久磁鐵、電磁線圈和極軸等構成，根據極軸的結構不同，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

電磁式車輪轉速傳感器結構圖1—電纜；2—永久磁鐵；3—外殼；4—感應線圈；5—極軸；6—信號轉子（齒圈）6.1防抱死制動控制系統(tǒng)17

車輪轉速傳感器的傳感頭一般安裝在車輪附近上，如制動底板、轉向節(jié)、半軸套管等處（圖）。信號轉子是一個齒圈，齒數多少與車型、ABSECU有關，一般安裝在隨車輪一起轉動的部件上，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

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

電磁式車輪轉速傳感器輸出的電壓信號電磁式車輪轉速傳感器結構簡單，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；傳感器頻率響應較低，當車速過高時，傳感器的頻率響應跟不上，容易產生錯誤信號；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）霍爾式車輪轉速傳感器霍爾式車輪轉速傳感器根據霍爾效應原理產生與車輪轉速相對應的電壓脈沖信號?；魻栜囕嗈D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

霍爾式車輪轉速傳感器電壓波形

霍爾車輪轉速傳感器具有以下優(yōu)點：輸出信號電壓幅值不受轉速的影響；頻率響應高，其響應頻率高達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.制動壓力調節(jié)器制動壓力調節(jié)器又稱為ABS壓力控制器，是ABS系統(tǒng)的執(zhí)行機構，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）等構成，如圖所示。圖制動壓力調節(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；2-警告開關；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）

儲能器的結構形式多種多樣?；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。

氣囊式蓄壓器內則充滿了高壓氮氣，可使制動液的壓力保持在14～18MPa范圍內。為了安全起見，近年來生產的部分車型中，已經取消了蓄壓器。氣囊式蓄壓器1-電動泵；2-回轉球閥式活塞泵；3-單向閥；4-限壓閥；5-蓄壓器；6-壓力開關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）電流小（c）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

根據來自輪速傳感器的信號，ABSECU測量車輪轉速和車速，發(fā)出相應的控制指令。早期生產的ABS系統(tǒng)，其ABSECU與制動壓力調節(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)在生產的ABS系統(tǒng)，其ABSECU與制動壓力調節(jié)器多采用整體式安裝，即ABSECU與制動壓力調節(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動輪滑轉。故有些汽車公司也將該技術稱為驅動防滑系統(tǒng)(AccelerationSlipRegulation,ASR)。當車輪轉動而車身不動或是汽車的速度低于轉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”。

汽車防滑控制系統(tǒng)可以在車輪出現(xiàn)滑轉時，通過對滑轉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，以避免汽車牽引力和行駛穩(wěn)定性下降。6.2驅動力控制系統(tǒng)28車輛在低附著系數路面（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動車輪“滑轉”，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驅動力控制系統(tǒng)29

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

控制方式■發(fā)動機輸出轉矩調節(jié)—

點火參數調節(jié)，燃油供給調節(jié)和節(jié)氣門開度調節(jié)■驅動輪制動力矩調節(jié)—

在發(fā)生打滑的驅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■差速器鎖止調節(jié)—

使左右兩側驅動輪的輸入轉矩可根據控制指令和路面情況而變化，低附著系數一側車輪發(fā)生滑轉時，鎖止差速器，使高附著系數一側驅動輪的驅動力得以充分發(fā)揮■離合器/變速器控制—

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

變速器控制是指通過改變傳動比來改變傳至驅動輪的驅動轉矩，以減小驅動輪的滑轉程度。316.2驅動力控制系統(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□利用控制左右兩側車輪制動力或驅動力之差產生的橫擺力矩來防止難以控制的側滑現(xiàn)象，保證車輛的路徑跟蹤能力。□應用范圍：在大側向加速度、大側偏角的極限工況下工作□縱向動力學+側向動力學6.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)

概述不足轉向過度轉向35前軸側滑出現(xiàn)“駛出”現(xiàn)象加大內側車輪的制動力VSC（ESP）的作用抑制前輪側滑6.3車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)36后軸側滑出現(xiàn)甩尾現(xiàn)象加大外側車輪的制動力抑制后輪側滑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)根據轉向盤轉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前，必須獲得兩個問題的應答：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）和側向加速度